(12) citoesqueleto22

Filamentos Intermedios

Prof. Héctor A. Hurtazo

Tipos de componentes del citoesqueleto:

8-9 10 24

Diámetro (nm):

• Microfilamentos o filamentos de actina (AF): “cables”

de 2 cadenas de actina filamentosa-FLEXIBLES

(protuberancias de la membrana)

• Microtúbulos o filamentos de tubulina (MT): tubos

huecos con paredes de tubulina polimerizada- RIGIDOS

(red de carreteras, esqueleto axonal y huso miótico)

• Filamentos intermedios (IF): compuestos de proteínas

específicas de cada tipo celular o compartimento

(láminas en el núcleo, queratinas en epitelio, etc)-

RESISTENTES (andamio de estructuras como el núcleo)

FILAMENTOS INTERMEDIOS

Son fibras fuertes semejantes a las cuerdas que proporcionan fuerza mecánica a las células que se someten a la tensión física como a las neuronas, células musculares y epiteliales

Se esparcen por el citoplasma y se conectan con los microtúbulos u otros filamentos intermedios por puentes delgados y frágiles (plectina)

Filamentos intermediosBIOLOGÍA CELULAR264

tituyen la queratina por la vimentina. Los filamentos in-termedios están ausentes en vegetales y protistas. Sediscute si están presentes en los invertebrados y, aun-que se han descrito en algunas especies, posiblementedifieren de los tipos mencionados en los vertebrados.

Todos los filamentos intermedios presentan una es-tructura muy similar, que ha sido estudiada fundamen-talmente en la queratina (Fig. 6.21). Cada polipéptidoposee 310 aminoácidos y mide 48 nm de longitud. Lamolécula tiene una configuración helicoidal, excepto en tres pequeñas porciones, donde se despliega lige-ramente; la más desarrollada está en el centro de la mo-lécula. Estas tres porciones separan cuatro secuenciasde aminoácidos muy repetitivas. Los dos extremos,aminoterminal (cabeza) y carboxiloterminal (cola), sonde longitud variable dependiendo del tipo de polipépti-do, y de forma globular. Cada polipéptido se ensamblahelicoidalmente con otro para dar lugar a un dímero, de1.5 nm de grosor. La unión antiparalela de dos dímerosforma un tetrámero, de unos 3 nm de grosor. A su vez,los tetrámeros se disponen alineados uno a continua-ción de otro para formar protofilamentos (también lla-mados subfilamentos). Las cabezas y colas de cada po-lipéptido no se alinean con el eje del protofilamento(quedan como protuberancias laterales) en el montajede éste, por lo que el segmento repetitivo es de 42 nmde longitud. Varios de estos protofilamentos (posible-mente ocho) se adosan, desfasados en una longitud demedio tetrámero, para formar el filamento intermedio.

La fosforilación interviene en el ensamblaje-desen-samblaje de los filamentos intermedios; al menos, la

fosforilación de la vimentina y de las láminas nuclearespor la Cdk2 (quinasa dependiente de ciclinas 2) causa sudisgregación.

En algunos tipos celulares se han detectado polipép-tidos correspondientes a dos o más filamentos interme-dios diferentes. Es posible que coexistan ambos tiposde filamentos intermedios, pero es también posible queambos tipos de polipéptidos puedan copolimerizarsejuntos en un mismo tipo de filamento. Lo mismo puedeocurrir con los filamentos de queratina, que compren-den diferentes polipéptidos.

Se han tratado de hallar posibles centros organiza-dores de filamentos intermedios. Así, se ha supuestoque el centro organizador de la vimentina pudiera ser laenvoltura nuclear, el de las queratinas los desmosomas,el de la desmina las zonas densas en el músculo liso olos discos Z en el músculo estriado. Sin embargo, hastaahora los intentos de hallar estos centros han sido in-fructuosos. Tras la inyección de un mRNA codificantede queratinas en fibroblastos en cultivo (que expresanvimentina), la formación de queratinas comenzó simul-táneamente en muchos sitios dispersos por toda la cé-lula, sin que se observara asociación con estructura al-guna.

Se conocen algunas proteínas asociadas a los fila-mentos intermedios (IFAP), que unen filamentos entresí o con otras estructuras. Algunas de ellas son inespe-cíficas, como la plectina (500 kDa) que, además de unirfilamentos de vimentina entre sí formando haces, unefilamentos intermedios en general a otras estructuras:microtúbulos, filamentos de actina, miosina II y mem-

Nombre y tipo PM (kDa) Diámetro Tipos celulares

Queratinas 8 nm Células epitelialesÁcidas (tipo I) 40-57Básicas-neutras (tipo II) 53-67

Gliofilamentos (tipo III) 50 8 nm Astrocitos y algunas células tipo las de Schwann

Desmina (tipo III) 53 10 nm Células musculares y asimiladas

Vimentina (tipo III) 57 10 nm Células de origen mesodérmico

Neurofilamentos (tipo IV) 10 nm NeuronasNF-L (PM bajo) 70NF-M (PM medio) 150NF-L (PM alto) 200

Filamentos menos comunesPeriferina (tipo III) 57 10 nm Neuronas con axones en el sistema nervioso periféricoInternexina ! (tipo IV) 66 10 nm Neuronas del sistema nervioso periféricoNestina (tipo IV) 200 10 nm Neuronas embrionarias

Láminas nucleares (tipo V) Redes Lámina nuclear de todas las célulasLámina A 72Lámina B1 65Lámina B2 78Lámina C 67

TABLA 6.1. Filamentos intermedios. Entre paréntesis figura un modelo de clasificación utilizado por algunos autores

Filamentos

intermedios

Microfotografía electrónica de los

filamentos de láminas bajo la

membrana nuclear

Ensamble de los filamentos intermedios

Se cree que la unidad básica es un tetrámero formado por 2 dímeros que se alinean lado a lado en forma intercalada con sus extremos N y C apuntando en direcciones contrarias (antiparalelas)

CAPÍTULO 6: CITOESQUELETO 265

NH2 COOHExtremos no helicoidales

Porción helicoidal (42 nm)

Monómero

Dímero

Tetrámero (disposición antiparalela de los dímeros)

48 nm

1.5 nm

3 nm

Organización paralela y desfasada de los tetrámeros para formar el filamento

Filamento intermedio constituido por 8 tetrámeros

Tetrámero Filamento

Figura 6.21. Modelo de estruc-tura de filamento intermedio. Cadaunidad del filamento intermedio(monómero) contiene una porciónhelicoidal y unos extremos globu-lares. Los monómeros se entrela-zan en dímeros, los cuales se aso-cian en disposición antiparalelapara formar tetrámeros. Éstos seunen uno a continuación de otroformando subfilamentos. Varios sub-filamentos (aproximadamente ocho)se adosan en paralelo, aunque des-fasados medio tetrámero, para for-mar un filamento intermedio.

brana plasmática. Otras proteínas están asociadas so-lamente a uno o dos tipos de filamentos intermedios,contribuyendo a agruparlos en haces; entre estas pro-teínas se encuentran la epinemina (45 kDa), asociada a la vimentina; la sinemina (230 kDa) y la paranemi-na (280 kDa), que se unen a la desmina, y la filagrina(40 kDa) y la tricohialina (85 kDa), que se unen a las que-ratinas.

TIPOS DE FILAMENTOS INTERMEDIOS

QUERATINAS

La queratina de los mamíferos está constituida por pro-teínas fibrilares que se unen formando filamentos inter-medios de 8 nm de espesor. Los filamentos de querati-




Monómero

Dímero


48 nm

1.5 nm

3 nm







QUERATINAS





Monómero

Dímero


48 nm

1.5 nm

3 nm







QUERATINAS


Subfilamento

Microfilamentos

MicrofilamentosConsiste en una cadena simple de monómeros de actina

La actina es una proteína de un peso molecular de 42 KDa, la cual es codificada por una familia de genes altamente conservada

En vertebrados se encuentran las siguientes isoformas

α-actina (células musculares)

β-actina (células no musculares)

γ-actina (células no musculares)

Actina

La actina es la proteína más abundante de las células eucariotas (10% peso celular en células musculares y el 1-5% de peso molecular en células no musculares)

Esta conformada por monómeros de actina globular (actina G) y cuando se forman polimeros filamentosos se les denomina actina F

Actina F es cadena lineal de actina G

Monómero de actina G

Ciclo de la actina cortical y envejecimiento de los filamentos

Hendidura de unión a

ATP

MICROFILAMENTOS DE ACTINA: ESTRUCTURA Y POLARIDAD.

• La “actina-G” es actina

monomérica (“globular”); la

actina-F, polimerizada

(“filamentosa”)

• Ambas pueden estar unidas

a ATP o ADP, pero la

actina-ATP tiende a

polimerizarse y la actina-

ADP a despolimerizarse (un

filamento de actina-ADP

es más inestable que uno

de actina-ATP).

• Los filamentos crecen

siempre más rápido (5-10

veces más) por el extremo

(+) que por el (-).

Tienen

POLARIDAD

y se designa

extremo (-)

al que tiene

expuesto el

bolsillo de

unión a ATP

al medio.

(-)

(+)

ATP

Filamento de actina (actina F)

En una unidad que consta de 28

subunidades (13 vueltas de hélice)

tiene una longitud de 72 nm

Ensamblaje de los microfilamentos

Los microfilamentos de una célula se acortan y alargan constantemente (formación y disolución)

In vitro ocurre en 3 fases:

Fase de nucleación

Fase elongación

Estado estacionario

Fase de nucleación, se caracteriza por un periodo de latencia en la que la actina G se agrega para formar oligómeros cortos e inestables (3-5 subunidades)

Fase de elongación, se alarga con rapidez para formar un filamento por el agregado de actina G en ambos extremos

Estado estacionario, los monómeros de la actina G se intercambian con las subunidades de los extremos del filamento; pero no hay un cambio neto de la masa total

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Núcleo

Drogas estabilizadoras y desestabilizadoras

Droga Organismos Efecto en el microfilamento

Citocalasina Mohos Unión en los extremos (+)Despolimerización de los extremos (-)

Faloidina Amanita phalloides Unión en los extremos impidiendo su despolimerización

Trunculina Esponja Unión a los monómeros libres, bloquea la incorporación al polímero

Miosinas

Son proteínas motoras de células no musculares y musculares

Participan en movimientos de transporte de vesículas, extensiones de membrana, movimiento de cromosomas

Se han descrito al menos 17 tipos de miosinas


ción de la miosina II. El término minimiosina hace refe-rencia al menor peso molecular con respecto a la miosi-na II; el término miosina I se refiere a la existencia deuna sola cabeza, en contraste con la miosina II, que tie-ne dos cabezas. Se han descubierto muchos tipos másde miosina, que hoy se numeran desde la I hasta la XVII, aunque ninguna tiene más de dos cabezas. Lafunción de estas moléculas está empezando a conocer-se. La miosina V, de dos cabezas, se une por éstas a fila-

mentos de actina y se mueve sobre ellos hacia el extre-mo (+), transportando filamentos intermedios a los quese une por su cola.

La fimbrina es de forma casi globular y pesa 68 kDa.Se une a la actina (una molécula por cada 10 moléculasde actina) para formar haces de filamentos no contrácti-les, como lo hace la actinina ! en los contráctiles. La dife-rencia con la actina ! es que los puentes de fimbrina de-jan los filamentos muy próximos entre sí (10-20 nm) y no

Sentido del movimiento

Membrana plasmática

Extremo +

Deslizamiento de un filamento de actina accionado por minimiosinaA

Filamento que permanece fijo

Vesícula que se desplaza


Deslizamiento (por minimiosina) de una vesícula sobre un filamento de actinaB

Minimiosina


Filamento que se desplaza

Filamento que permanece fijo

Deslizamiento (por minimiosina) de un filamento de actina sobre otro, como ocurre con la miosina IIC

Minimiosina

Extremo –

Extremo + Extremo –

Extremo – Extremo +

Extremo + Extremo –

Minimiosina

Figura 6.8. Tres posibles interacciones de los microfilamentos y la miosina I (minimiosina). A: Los microfilamentos se deslizanal ser accionados por la minimiosina anclada en la membrana plasmática. B: Los microfilamentos actúan como ejes rígidos sobrelos que se desliza un orgánulo membranoso, accionado por la minimiosina. C: Un microfilamento actúa como un eje fijo sobre elque se desliza otro microfilamento accionado por la minimiosina (poco probable).

Miosina I

Miosina Va

Miosina VI

Se piensa que participa en la formación de

vesículas cubiertas de clatrina y el

movimiento de las vesículas sin cubierta a

los endosomas tempranos

Células pilosas de la cóclea

Miosinas I, V, VI, VII y XV

Mutaciones del gen para miosina VIIa

En humanos las mutaciones de la miosina VIIa causa el síndrome de Usher tipo 1b (sordera y ceguera)

Los filamentos de actina se organizan en varios patrones (haces, redes delgadas, gelatinas tridimensionales compuestas)

Esta organización depende de una variedad de proteínas denominadas proteínas de unión con actina Estas proteínas afectan el ensamble y desensamble de los filamentos de actina, sus propiedades físicas, sus interacciones entre sí y con otros organelos

Proteínas de unión con actina

Timosina-β4Tropomodulina (capZ)

Prolina (crecimiento)

Cofilina (despolimerización)

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Proteínas de nucleación

Ensamblaje de los

filamentos de actina en

redes/haces.

Filamina: REDES

Fimbrina y

a-actinina:

HACES

Filamentos de actina y proteínas fijadoras de

actina en una microvellosidad

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