Microtúbulo
Os microtúbulos son estruturas tubulares presentes nas células, de 25 nm de diámetro exterior e uns 12 nm de diámetro interior, con lonxitudes que varían entre uns poucos nanómetros a micrómetros, que se estenden ao longo de todo o citoplasma. Atópanse nas células eucariotas e están formados pola polimerización dun dímero constituído por dúas proteínas globulares, a
Atopamos microtúbulos no citoplasma formando parte da rede do citoesqueleto (xunto cos microfilamentos e os filamentos intermedios), nos cilios e flaxelos, nos tripletes dos centríolos e no fuso mitótico.
Os microtúbulos interveñen en diversos procesos celulares que implican movemento de vesículas de secreción, movemento de orgánulos, transporte intracelular de substancias (con intervención das proteínas dineína e cinesina), así como na división celular (mitose e meiose). Ademais, constitúen a estrutura interna dos apéndices móbiles da célula eucariota, cilios e flaxelos.
Estrutura
[editar | editar a fonte]Os microtúbulos son heteropolímeros de
Unha importante característica dos microtúbulos é a súa polaridade. A tubulina polimeriza por adición de dímeros nun ou en ambos os extremos do microtúbulo. A adición faise por unión cabeza con rabo durante a formación dos protofilamentos. Así, vanse formando ringleiras de monómeros de
Funcións
[editar | editar a fonte]Citoesqueleto
[editar | editar a fonte]Como compoñentes do citoesqueleto (xunto coa actina e os filamentos intermedios), danlle á célula un soporte estrutural. Poden crecer e minguar para orixinar forza.
Mobilidade de cilios
[editar | editar a fonte]Os microtúbulos do axonema dos cilios e flaxelos eucariotas (os procariotas son diferentes) permiten a mobilidade destes en asociación con certas proteínas.
Transporte
[editar | editar a fonte]Funcionan como autoestradas polas que se moven as proteínas motoras que arrastran vesículas, orgánulos e outros factores celulares ao longo do microtúbulo. Estas proteínas aproveitan a hidrólise do ATP para xerar enerxía mecánica e moverse sobre os microtúbulos. Son a dineína, transportador retrógrado, e a cinesina, transportador anterógrado.
- A dineína é unha molécula de estrutura similar á cinesina: consta de dúas cadeas pesadas idénticas que conforman dúas cabezas globulares e dun número variable de cadeas intermedias e de cadeas lixeiras. Transportan desde o extremo (+) cara ao (-) da canle intramicrotubular. Pénsase que a actividade de hidrólise de ATP, fonte de enerxía da célula, atópase nas cabezas globulares. A dineína transporta vesículas e orgánulos, polo que debe interaccionar coas súas membranas, e, para interactuar con elas, require un complexo proteico, cuxo elemento máis salientable é a dinactina.
- A maioría das cinesinas interveñen no transporte anterógrado de vesículas, é dicir, implican un movemento cara á parte máis distal da célula ou da neurita (dendrita, axón), desde o extremo (-) cara ao (+) dos microtúbulos, sobre os que se desprazan. Polo contrario, outra familia de proteínas motoras, as dineínas, empregan os mesmos carrís pero dirixen as vesículas á parte máis proximal da célula, polo que o seu transporte é retrógrado.
Mitose
[editar | editar a fonte]Unha importante estrutura feita de microtúbulos é o fuso mitótico usado nas células eucariotas para separar os cromosomas durante a dividsión celular. A mitose é facilitada por un subgrupo de microtúbulos denominado microtúbulos astrais, definidos como microtúbulos orixinados no centrosoma que non se conectan cos cinetocoros dos cromosomas. Os microtúbulos astrais interacionan co córtex celular e axudan na orientación do fuso. Colócanse en disposición radial arredor dos centrosomas. O grao de recambio ou reciclaxe desta poboación de microtúbulos é maior có de calquera outra poboación. Os microtúbulos astrais funcionan concertadamente coas proteínas motoras dineínas, as cales están orientadas coas súas cadeas lixeiras unidas á membrana celular e a súa porción dinámica unida ao microtúbulo. Isto permite que a contracción da dineína empuxe o centrosoma cara á membrana, facilitando a citocinese. Os microtúbulos astrais non son imprescindibles para que progrese a mitose, pero requírense para asegurar a fidelidade do proceso, xa que interveñen no correcto posicionamento e orientación do fuso mitótico. Tamén están implicados na determinación do plano de división celular baseado na xeometría e polaridade das células.
No desenvolvemento
[editar | editar a fonte]O citoesqueleto de microtúbulos é esencial durante os procesos morfoxenéticos do desenvolvemento dos organismos. Por exemplo, durante a embrioxénese na mosca da froita Drosophila melanogaster, requírese unha rede de microtúbulos intacta e polarizada dentro do oocito a fin de establecer os eixes do ovo; deste modo, os sinais entre as células foliculares e as do oocito (como os factores semellantes ao TGF-alfa) provocan a reorganización dos microtúbulos situando o seu extremo (-) na zona anterior do oocito, o que polariza a estrutura e comporta a aparición dun eixe dorsoanterior.[3] Esta implicación na arquitectura do corpo tamén se dá en mamíferos.[4]
Outro campo no cal os microtúbulos son esenciais é a formación do sistema nervioso en vertebrados superiores; neles a dinámica da tubulina e das proteínas asociadas aos microtúbulos (MAPs) é controlada con precisión a fin de desenvolver a base neuronal do cerebro.[5]
Regulación da expresión xénica
[editar | editar a fonte]- Artigo principal: Regulación da expresión xénica.
O citoesqueleto celular é un elemento dinámico que actúa a moitos niveis na célula: ademais de dotala dunha forma determinada e de vertebrar o tránsito de vesículas e orgánulos, pode influír na expresión xénica. Porén, as vías celulares (é dicir, os mecanismos de transdución de sinais) que interveñen nesta comunicación son moi pouco coñecidos. Non obstante, describiuse a relación entre a despolimerización de microtúbulos mediada por fármacos e a expresión específica de factores de transcrición e, en consecuencia, a expresión diferencial dos xenes dependentes da presenza destes factores.[6] Esta comunicación entre o citoesqueleto e a regulación da resposta celular está tamén relacionada coa xeración de factores de crecemento: por exemplo, esta relación existe para o factor de crecemento do tecido conectivo.[7]
Na terapia contra o cáncer este feito ten vital importancia pois o paclitaxel (comercialmente coñecido como taxol, un antitumoral moi empregado) posúe como albo o citoesqueleto de microtúbulos, e é precisamente a interacción deste último con elementos que modulan o ciclo celular o que provoca, en presenza do antitumoral, unha serie de fallos celulares nas células cancerosas que conducen á súa morte celular programada ou apoptose.[8]
Dinámica microtubular
[editar | editar a fonte]A polimerización dos microtúbulos realízase nun centro organizador de microtúbulos. Nestes centros existe un tipo de tubulina, chamada
Inestabilidade dinámica
[editar | editar a fonte]Durante a polimerización, ambas as unidades de tubulina están unidas a unha molécula de guanosín trifosfato ou GTP.[1] O GTP desempeña unha función estrutural na
Agora ben, este proceso, de adición ou non de novos monómeros, depende da concentración de dímeros de
Estes feitos están modulados por proteínas asociadas a microtúbulos ou MAPs.
Propiedades da polimerización da tubulina
[editar | editar a fonte]Resumo global de ditas propiedades:
- Con concentracións de
α β -tubulina superiores á Cc os dímeros polimerizan para formar microtúbulos; por debaixo da Cc, os microtúbulos sofren despolimerización. - O nucleótido, GTP ou GDP, unido á
β -tubulina fai que a Cc para a ensamblaxe nos extremos (+) e (-) dun microtúbulo sexa diferente; por analoxía coa ensamblaxe da actina filamentosa, defínese o extremo (+) como o preferido pola ensamblaxe. - Con concentraciones superiores de
α β -tubulina á Cc para a polimerización, os dímeros agréganse en maior cantidade ao extremo (+). - Cando a concentración de
α β -tubulina é máis elevada ca a Cc do extremo (+) pero menor ca a Cc do (-), pódese dar un crecemento nunha soa dirección agregando subunidades a un extremo e disociando subunidades do extremo oposto.
Estas características explican que exista unha inestabilidade dinámica nos microtúbulos, que consiste en que, nunha mesma célula, algúns microtúbulos están despolimerizándose (o que se chama catástrofe) e outros elongándose (o que se chama rescate).
Alteración farmacolóxica da dinámica microtubular
[editar | editar a fonte]Existen unha gran cantidade de drogas capaces de unirse á tubulina, modular o seu estado de activación e así interferir coa dinámica microtubular a concentracións intracelulares moito máis baixas ca a de tubulina. Deste xeito, as células deteñen o seu ciclo celular, o que pode conducir á morte celular programada. Os compostos que modulan a actividade da tubulina poden dividirse de forma xeral en dous grandes grupos: en primeiro lugar están os inhibidores da súa polimerización, como a colchicina[11] e a vincristina,[12] que se unen a esta impedindo que forme microtúbulos. Por outro lado, están os axentes estabilizantes de microtúbulos (MSAs), como o paclitaxel (coñecido comercialmente como taxol)[13] e o docetaxel,[14] os cales se unen preferentemente á tubulina ensamblada, minimizando a disociación da tubulina-GDP dos extremos dos microtúbulos e inducindo a ensamblaxe da tubulina-GDP normalmente inactiva. Os fármacos moduladores da polimerización de microtúbulos foron moi usados na terapia antitumoral. Ao seren indispensables para a mitose e detela, conseguen actuar contra o tumor, mais tamén se ven afectados aqueles tecidos en rápida proliferación (medula ósea, mucosa intestinal...). O éxito clínico do paclitaxel e o docetaxel conduciron á procura de novos compostos co mesmo mecanismo de acción e á descuberta nos últimos anos dunha gran cantidade de axentes estabilizantes de microtubulos con polo menos dous sitios de unión distintos.
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ 1,0 1,1 Weisenberg RC. 1972. Microtubule formation in vitro in solutions containing low calcium concentrations. Science 177:1104–5
- ↑ Walker RA, O’Brien ET, Pryer NK, Soboeiro MF, Voter WA, et al. 1988. Dynamic in- stability of individual microtubules analyzed by video light microscopy: rate constants and transition frequencies. J. Cell Biol. 107:1437–48
- ↑ Van Eeden F. Stjohnston (1999). "The polarisation of the anterior-posterior and dorsal-ventral axes during Drosophila oogenesis" (PDF). Current Opinion in Genetics & Development: 396–404. ISBN 10.1016/S0959-437X(99)80060-4.
- ↑ Beddington R.S.P., Robertson E.J., Hill M. (1999). "Axis Development and Early Asymmetry in Mammals" (PDF). Cell 96: 195–209. doi:10.1016/S0092-8674(00)80560-7.
- ↑ Tucker R.P. (1990). "The roles of microtubule-associated proteins in brain morphogenesis: a review" (w). Brain Res Brain Res Rev 15 (2): 101–20. doi:10.1016/0165-0173(90)90013-E.
- ↑ Rosette C., Karin M. (1995). "Cytoskeletal control of gene expression: depolymerization of microtubules activates NF-kappa B" (w). The Journal of Cell Biology 128 (6): 1111–1119. PMID 7896875. doi:10.1083/jcb.128.6.1111.
- ↑ Ott Christian, Iwanciw Dominika, Graness Angela, Giehl Klaudia, Goppelt-struebe Margarete (2003). "Modulation of the Expression of Connective Tissue Growth Factor by Alterations of the Cytoskeleton". Journal of Biological Chemistry 278 (45): 44305–44311. PMID 12951326. doi:10.1074/jbc.M309140200. Arquivado dende o orixinal o 26 de agosto de 2005. Consultado o 15 de maio de 2011.
- ↑ Chen J.G., Yang C.P.H., Cammer M., Band Horwitz S. (2003). "Gene Expression and Mitotic Exit Induced by Microtubule-Stabilizing Drugs" (w). Cancer Research 63 (22): 7891–7899.
- ↑ Desai, A., and T. J. Mitchison. 1997. Microtubule polymerization dynamics. Ann. Rev. Cell Dev. Biol. 13:83–117.
- ↑ Weisenberg RC, Deery WJ, Dickinson PJ. 1976. Tubulin-nucleotide interactions during the polymerization and depolymerization of microtubules. Biochemistry 15:4248–54
- ↑ Margolis Robert L., Wilson Leslie (1977). "Addition of colchicine-tubulin complex to microtubule ends: the mechanism of substoichiometric colchicine poisoning" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 74 (8): 3466–3470. PMID 269406. doi:10.1073/pnas.74.8.3466.
- ↑ Himes R.H. (1976). "Action of the vinca alkaloids vincristine, vinblastine, and desacetyl vinblastine amide on …" (PDF). Cancer Research 36 (10): 3798–3802.
- ↑ Rowinsky Eric K., Donehower Ross C. (1995). "Paclitaxel (Taxol)". The New England Journal of Medicine 332 (15): 1004–1014. PMID 7885406. doi:10.1056/NEJM199504133321507. Arquivado dende o orixinal o 03 de febreiro de 2009. Consultado o 15 de maio de 2011.
- ↑ Cortes J.E., Pazdur R. (1995). "Docetaxel" (PDF). Journal of Clinical Oncology 13 (10): 2643.
Bibliografía
[editar | editar a fonte]- Alberts; et al. (2004). Biología molecular de la célula. Barcelona: Omega. ISBN 54-282-1351-8.
- Lodish; et al. (2005). Biología celular y molecular. Buenos Aires: Médica Panamericana. ISBN 950-06-1974-3.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte] |
Wikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría: Microtúbulo  |
Outros artigos
[editar | editar a fonte]Ligazóns externas
[editar | editar a fonte]- Vídeo[Ligazón morta] do laboratorio de Eva Nogales, en Berkeley, que mostra diversos aspectos da polimerización e despolimerización dun microtúbulo vistas por tomografía crioelectrónica.
