EL CITOESQUELETO COMO PARTE FUNDAMENTAL DE LA CÉLULA Y SU RELACIÓN CON EL ALZHEIMER.: 2016

El aporte de este trabajo consiste en facilitar la compresión del citoesqueleto como fracción elemental de la célula, responsable de su forma, movilidad, división y alimentación, para los bachilleres cursantes de la unidad curricular Morfofisiologia 1 .

Elaborado por: Amaro, I; Angulo, J; Barrientos, E; Borrero, O; Brazao, K; Curiel, M; González, A; Martínez, M; Navas, C; Pérez, N; Tacoa, M; Trasolini, P; Uzcátegui,M.
Citoesqueleto

Característico de las células eucariotas, no es más que un armazón compuesto por proteínas y filamentos, desplegados por todo el citosol, lo cual le confiere una especie de entramado dinámico. Durante su estudio se observaron un conjunto de proteínas a las cuales les dieron el nombre de reguladoras, ligadoras y motoras. Las proteínas reguladoras se encuentran fundadas en las propiedades moleculares de los filamentos esto se debe a que el citoesqueleto está conformado por polímeros integrados por unidades monoméricas, las cuales se encuentran dispuestas linealmente y pueden sumarse o restarse, cuya función es controlar el nacimiento, acortamiento, alargamiento y desaparición de los tres filamentos principales del citoesqueleto; las proteínas ligadoras, las cuales conectan a los filamentos entre sí o con otros componentes de la célula y por ultimo pero no menos importantes, las proteínas motoras, encargadas de trasladar organoides y macromoléculas de un punto a otro en el citoplasma, otra función característica de ellas es que permite que los filamentos adyacentes y paralelos se deslicen entre sí en direcciones opuestas, permitiendo llamar al citoesqueleto como citomusculatura ( sistema muscular).

Los microfilamentos o filamentos de actina

Deben su estructura a una proteína globular conocida como actina. Se encuentran conformando manojos o redes tridimensionales que no son más que estructuras proteícas, sólidas, flexibles y alargadas, cuyo diámetro es de 7nm. Cada filamento está conformado por dos cadenas, las cuales se encuentran entrelazadas de manera helicoidal. Su formación es regulada por un conjunto de proteínas agrupadas, algunas de ellas son las cofilina, gelsolina, y las proteínas de coloración, que a su vez son inhibidas por el fosfatodil inositol difosfato.

Dichos filamentos pueden alargarse en cualquiera de sus extremos por el agregado de monómeros de actina, prolongandose en sus extremos más positivos y acortandose por la eliminación de subunidades de actina.

La actina se puede encontrar de dos formas en el citoplasma:

1- Moleculas globulares( G-Actina): las mismas no son visibles al microscopio electrónico y se encuentras dispersas por todo el citosol. 2- Formada por dos cadenas iguales se encuentra la F-Actina, enrollada de manera helicoidal una sobre la otra para formar filamentos que son polimeros de G-Actina.

Ectoplasma: Zona periférica de tipo gel situada en el citoplasma imediatamente por debajo del plasmalema, lugar donde se encuentran la mayoría de los filametos de actina , los cuales están cruzados formando una red de la que quedan excluidas las organelas, a pesar de esto algunas veces pueden juntarse formando heces que son visibles al microscopio óptico. La actividad contractil del ectoplasma es necesaria para el movimiento de la célula, esto gracias a la interacción de los filamentos de actina como miosina.

Sus funciones principales son:

1. Es el principal componente del citoesqueleto en microvellosidades.
2. Participan en procesos como endocitosis y exocitosis.
3. Es responsable de la contracción en células musculares cuando estas están asociadas con una proteína motora llamada miosina.

Filamentos intermedios

Son unas fibras proteicas con diámetro aproximado de 10nm. A través de métodos inmunocitoquímicos se observaron en los fibroblastos y otras células de origen mesenquimatoso los filamentos intermedios constan de una proteína llamada vimentina, mientras que en músculo liso estriado y esquelético se apreciaron filamentos intermedios compuestos por una proteína conocida como desmina. Se tiene conocimiento que una ezima a la que llamamos quinasa dependiente de ciclinas interviene en el ensamblaje-desensamblaje de la vimentina.

Presentan una estructura muy similar, poca elasticidad y no son contráctiles a diferencia de los filamentos de actina (microfilamentos), sin embargo, se caracterizan por su resistencia. Los filamentos suelen formar un especie de red alrededor del núcleo que se irradian a la periferia, donde pueden ocupar gran parte del contenido celular. Sus monómeros son moléculas fibrosas muy largas que se asocian en tetrámero formando unidades de construcción. Ausentes en células vegetales y protistas.

Variando según el tipo célular tenemos:

1. Los filamentos de queratina en las células epiteliales formados por proteínas fibrilares que constituyen filamentos intermedios de 8nm de espesor.

2. Los neurofilamentos con 10 nm de diámetro dispuestos por todo el cuerpo célular y por las prolongaciones de las neuronas son capaces de adherir determinados fijadores sobre los que se agregan coloides argénticos; le confieren un esqueleto al pericarión, dendritas y axón, mantienendo su forma y facilitando el transporte celular.

3. Los gliofilamentos encontrados en el cuerpo celular y en prolongaciones citoplasmaticas de los astrocitos, formando heces más compactos que el de los neurofilamentos tienen un diámetro de 8nm y están constituidos por una proteína denominada ácida fibrilar glial.

4. Los filamentos de desmina, encargados de solubilizar y extraer la actina y miosina del músculo liso formando de esta manera una red de filamentos intermedios.

5. Por último tenemos a la vimentina, cuyo origen es mesodérmico y se encuentran distribuidos de manera muy similar a los filamentos de queratina y a los microtúbulos, proporcionan un soporte mecánico al núcleo, al centríolo y al complejo de Golgi.

Microtúbulos

Se originan a partir de un centro organizador llamado centrosoma ubicado cerca del núcleo. Son filamentos cilíndricos, huecos y rectos con un diámetro externo de 25nm e interno de 9nm. Formados por una proteína globular denominada tubulina que se presenta en dos maneras Alfa-Tubulina y Beta-Tubilina. La unión de estas dos formas de tubulina dan origen a un heterodímero y a su vez representa la unidad o bloque de construcción de los microtúbulos. Los mismos están en continua renovación gracias a la polimerización de sus dímeros, algunos con una vida de 10 mínutos, mientras que la de otros es de varias horas.

La tubulina contiene proteínas asociadas que fueron designadas como quinesina y dineína, que además cumplen un papel fundamental en el desplazamiento de pequeñas vesículas de transporte a lo largo de los microtúbulos.

Sus funciones principales son:
1. Contribuyen al mantenimiento de la forma celular y al sostén de organelas.
2. Participan en el desplazamiento de vesículas y organelas en el citoplasma.
3. Forman el citoesqueleto de estructuras para la motilidad o la locomoción como cilios y flagelos.
4. Intervienen en la división celular formando un sistema de fibras que se encarga de distribuir el material genético entre las células hijas.

Principales inhibidores en la formación de los microtúbulos y microfilamentos.

Existen dos proteínas encargas de impedir la polimerización y la despolimerización de los microfilamentos: La primera es la proteína de coronación; que forman una caperuza en el extremo terminal positivo de los filamentos de actina para evitar su alargamiento. La segunda se denomina tropomodulina; que al contrario de la proteína de coronación forma la caperuza en el extremo terminal negativo evitando de esta manera la despolimerización.

Dentro de los agentes que favorecen la polimerización de los microtúblos tenemos: el agua pesada y el taxol, que incrementan el número y estabilidad de los microtúbulos, a pesar de esto en presencia de la colchicina (derivado del tropoleno), los microtúbulos pueden perder su forma y motilidad , además de causar alteraciones en el sistema nervioso. La colchicina se fija a cada dímero de tubulina impidiendo que se ensamblen ,exceptuando a los microtúbulos de los axones que debido a su gran estabilidad son más resistentes. Sus efectos pueden ser contrarrestados gracias al ATP, a la melatonina y la cortisona .

Cilios

Situados en las superficies libres de las células eucariotas, pero siempre adheridos a la membrana plasmática. Cumplen funciones de desplazamiento en el medio y de sustancias que son necesarias para las actividades metabólicas de la célula. Son generalmente numerosos y su diámetro es de 0,25nm dependiendo de la estructura en donde se encuentre.
Ultraestructura de un cilio en un corte transversal y longitudinal.

A continuación de un material bibliográfico hemos desglosado la estructura correspondiente:

1. El cilio contiene una membrana plasmática que rodea 9 dobletes de redondos microtúbulos y a un par de microtúbulos centrales, a este conjunto se le conoce como axonema o complejo filamentoso axial.

2. Los microtúbulos de cada doblete se denominan A y B, quedando el A en una posición más interna que el B. Ambos adheridos entre sí, mientras que el microtúbulo C del centriolo ha desaparecido en el cilio.

3. Los microtúbulos A llegan casi hasta la pared del cilio, mientras que el B y los centrales terminan un poco antes. El microtúbulo B no es completo, ya que comparte una parte de él con el A (El A si lo es).

4. El microtúbulo A posee dos pares de brazos formados por una proteína llamada dineina ciliar y se encuentran dirigidos hacia el B del siguiente doblete.

5. El brazo interno de la dineina muestra un fino filamento que lo conecta al microtúbulo B.

6. Desde cada microtúbulo A parte un radio hacia los microtúbulos centrales. En la mitad de su longitud estos radios se ensanchan formando una estructura densa que se conoce como filamento secundario.

7. El radio termina en una estructura más estrecha y a esto se le conoce como unión de transición. Los radios nacen de los protofilamentos y forman espaciados conocidos como tripletes con una distancia entre 40,24 y 32nm.

12. Para enumerar los dobletes se traza una recta que pase por el medio de los microtúbulos centrales y a este se le designa como 1, mientras que los demás se enumeran en sentido de las manecillas de reloj, en caso de señalar los brazos de dineina, de lo contrario al quedar a la izquierda del cilio se enumera en sentido contrario.

13. Al conjunto de las proyecciones centrales se les llama vaina del par central.

14. En la superficie celular se encuentra la placa basal que marca la transición de la estructura del cilio. La placa basal presenta nueve dobletes, pero en ella los dos microtúbulos centrales y los radios quedan sustituidos por una zona central densa denominada axosoma.

15. El cuerpo basal origina al cilio y le da sostén. En el extremo inferior del cuerpo basal emergen unas raíces de aproximadamente 60-70 nm. Cada banda periódica contiene actina y posee actividad ATPasa.

Flagelos

Estructuras especializadas con aspecto helicoidal poseedoras de un axonema y se encuentra unicamente formando la cola del espermatozoide, responsable de su movilidad. El flagelo es un largo filamento compuesto por una proteína conocida como flagelina. Un flagelo consta de tres partes: un cuerpo basal, un gancho y un filamento.

Estereocilios

Son microvellosidades largas, interconectadas por una proteína (a-actina) a través de puentes citoplasmáticos , presentan fascículos de actina y moleculas asociadas a la membrana plasmática. Funcionan dentro del epitelio como receptores sensoriales.

Microvellosidades
Formado por delgadas proyecciones cilíndricas agrupadas en número de 60 con filamentos de actina reticulados. El borde de cepillo es una estructura altamente especializada encargada de la absorción y digestión dentro el epitelio.Se creen que determinan la forma y el movimiento de la membrana plasmática.Las microvellosidades poseen grandes cantidades de enzimas que ayudan a la digestión de nutrientes complejos.

Alzheimer

Dentro de las neuronas se aprecia una red de neurofibrillas en el pericarión, que sigue un curso ondulado entre las organelas y se extiende por las dendritas y el axón. Se reconocen tres clases de estructuras filamentosas: neurofilamentos de 10 nm de diámetro, probablemente están formados por haces de neurofilamentos; microfilamentos de 3 a 4 nm son filamentos de actina que se presentan en el citoplasma de las células en general y microtúbulos de 20 a 28nm son similares a los de otras células, pero existen leves diferencias locales en cuanto a las proteínas asociadas a los microtúbulos que normalizan y favorecen su ensamblaje. Los microtúbulos del axón tienen un mayor significado funcional, ya que utilizan a las vesículas como rutas de transporte que recorren desde el aparato de Golgi hasta las terminaciones nerviosas.

"Una de las enfermedades degenerativas más frecuentes en el sistema nervioso central en personas de edad avanzada es la enfermedad del alzheimer. Las neuronas de la corteza cerebral acumulan ovillos de filamentos en su citoplasma y finalmente degeneran. El sistema motor está poco o nada implicado. Su causa es desconocida "Don W Fawcett.

En cuanto a su histopatología el alzheimer se encuentra asociado a la formación colectiva de dos patrones de agregados proteícos: los ovillos neurofibrilares localizados en el interior de la neurona formados por filamentos helicoidales, estructuras anómalas dentro de las neuronas caracterizadas por provocar graves trastornos en su actividad, lo que conlleva una perdida de capacidad para transmitir mensajes nerviosos y, por consiguiente a un proceso neurodegenerativo. Las placas seniles siendo estructuras esféricas localizadas en el espacio extracelular, no son más que conglomerados anulares de cuerpos neuronales.

Los ovillos neurofibrilares constituyen la principal lesión intraneuronal y se encuentran en los cuerpos neuronales y dendritas apicales, dichas estructuras anómalas de la neurona se forman principalmente a partir de la tau (una proteína asociada a los filamentos que formal el citoesqueleto neuronal). La proteína tau cumple un papel fundamental en condiciones normales de la neurona , participando en la formación de microtúbulos , siendo parte fundamental de la estructura neuronal, además de mantener el equilibrio en los procesos de transporte. Cuando tau deja de cumplir su papel se convierte en una proteína toxica capaz de asociarse para formar polímeros intracelulares.

Para concluir diversos estudios arrojan que durante el proceso neurofibrilar se produce una disminución importante en los niveles de ciertos neurotransmisores, además de la reducción de los niveles de acetilcolina y colinacetiltransferasa, quienes están relaciones con los procesos de memoria y aprendizaje.