EL CITOESQUELETO Algo más que el esqueleto de la célula

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EL CITOESQUELETO
Algo más que el esqueleto de la célula
Dr. Hugo Solana – FCV-UNICEN

Desde que el hombre pudo empezar a realizar las primeras observaciones de la célula y su
contenido, le fueron surgiendo inquietudes que fue resolviendo a medida que avanzaban sus
progresos científicos. Cuando los científicos de la época pudieron
ver que en el interior celular existían otras estructuras les empezó
a surgir una inquietud que empezó a resolverse mucho tiempo
después “Esas estructuras internas (organelas) aparentemente están
ubicadas dentro de la célula de una forma aparentemente
organizada”. El núcleo en la mayoría de las células se lo observa
generalmente ubicado en el centro del citoplasma y las demás
organelas distribuidas mas periféricamente no parecen estar
ubicadas de forma azarosa. Sumado a esto el hecho que, las
células, a pesar de estar envueltas en una membrana flexible (membrana plasmática) no son esferas
perfectas como una pompa de jabón sino que dependiendo del origen del tejido en donde dicha
célula se incluye, van a tener diferentes formas (cúbicas, cilíndricas, con largas extensiones,
ahusadas, etc.).
La idea de un esqueleto celular empezó a rondar en la cabeza de ciertos científicos de la
época. En los orígenes de los estudios de la célula existían dos grandes tendencias, los
microscopistas con hallazgos puramente observacionales en donde a través
de técnicas colorimétricas lograban discernir las diferentes formas y
estructuras de las organelas intracitoplasmáticas. Sus progresos eran
absolutamente dependientes de los progresos
de la física y de los hallazgos de mejoras en
la óptica de los modestos microscopios de la
época. Por otro lado existían los químicos
que basaban sus experiencias en fenómenos
químicos de estudio “in vitro”. Así,
recopilando e integrando hallazgos, se lograron grandes avances de
las diferentes funciones de los principales componentes celulares.
En esa época, un modesto biólogo microscopista presentó en una
reunión científica, ciertas imágenes de células (hechas de su puño y letra) en donde se observaba
que bajo ciertas condiciones colorimétricas de su creación, en el
citoplasma de la célula se observaba una trama fibrosa que
transcurría a lo largo del mismo. Esa trama la consideró como una
estructura fibrosa rígida que podría explicar no solo la distribución
particular de las organelas en el
citoplasma sino que además sería la
responsable del mantenimiento de la
forma celular. Esto, generó muchas
controversias dado que muchos de los científicos de la época lo
consideraron un artificio de la técnica, negando la presencia de dicha
“nueva” estructura celular.
A mediados del siglo pasado (siglo XX), una nueva herramienta
irrumpe en las ciencias, el microscopio electrónico. Un nuevo campo observacional se abre a los
ojos del mundo y todos los científicos quieren por fin, ver de cerca “su organela favorita”. Como
era obvio suponer, los continuadores de la escuela de nuestro modesto biólogo microscopista
tomaron ciertas células y se pusieron a observar sus citoplasmas. Si lo observado por el biólogo era
un artificio verían un citoplasma limpio, pero si lo que había dicho su maestro era verdadero, esos
filamentos descriptos por el científico se verían, y habrían triunfado honrando la memoria de su
maestro. Y el modesto biólogo microscopista tenía razón ya que desde las primeras observaciones
en el microscopio electrónico observaron que una trama fibrosa aparentemente irregular e
indefinida atravesaba el citoplasma de la célula. Así, surge el citoesqueleto como una “nueva”
organela no membranosa.

El Citoesqueleto, algo más que el esqueleto de la célula
Hasta hoy se conocen por lo menos tres componentes principales del citoesqueleto.

1) Los Filamentos Intermedios (FI) formados por la unión de diferentes proteínas filamentosas
dependiendo del tejido en donde se presenten. Son de distribución intracitoplasmática e intranuclear
2) Los Microtúbulos (MT) de distribución solamente intracitoplasmática y formados
fundamentalmente por la unión de dímeros de alfa y beta Tubulina
3) Los Microfilamentos (MF) de distribución intracitoplasmática y formados por la unión de
monómeros de Actina
LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS (FI)

Son los más rígidos de los tres componentes del citoesqueleto. Algunos autores dicen que
en realidad estos son el verdadero esqueleto de la célula y que los otros dos deberían
llamarse la citomusculatura.

Ubicación:
Son en su mayoría intracitoplasmáticos y se
ubican principalmente en zonas de la célula
sometidas a tensión mecánica
Principales funciones:
 Mantienen la Banda Z de la Sarcómera
 Arman los desmosomas puntuales
 Le dan estructura al citoplasma del Músculo Liso
 Le dan resistencia a las prolongaciones nerviosas
Tipos:
 NEUROFILAMENTOS en neuronas (Axón)
 Filamentos de QUERATINA (Tonofilamentos) en epitelios
 Filamentos de DESMINA en músculo
 Filamentos de VIMENTINA en conjuntivo, sangre y linfático
 Filamentos GLIALES en células de la Glía
 LAMININAS NUCLEARES

Como se “arma” un Filamento Intermedio
UBICACIÓN Y FUNCIÓN DE ALGUNOS FILAMENTOS INTERMEDIOS

La Lámina Nuclear (Laminina)
Las lamininas forman un entramado proteico que se ubica en la cara interna de la membrana nuclear
y que provee rigidez a la membrana y adhesión a la cromatina. Son los únicos componentes del
citoesqueleto de ubicación intranuclear

(A) Esquema de la ubicación de las lamininas nucleares y su relación con la cromatina
(B) Microfotografía electrónica del entramado formado por las lamininas por debajo de la membrana nuclear
Los Tonofilamentos de los epitelios (Queratina)
Los filamentos de queratina se entrelazan a lo largo del citoplasma de principalmente las células
epiteliales dándole rigidez y estructura al tejido epitelial.
Una de sus principales funciones es la generación de los desmosomas tal como puede observarse
en el siguiente esquema de una célula intestinal y sus diferentes tipos de uniones intercelulares

(A) Microfotografía electrónica de una inmunofluorescencia de células epiteliales en cultivo utilizando como
marcador un anticuerpo monoclonal antiqueratina. Las flechas marcan las zonas de unión entre células
(desmosomas)
(B) Esquema de la interacción intercelular entre células epiteliales

Los FI soportan los fenómenos de tracción mecánica que muchos tipos celulares deben sufrir al integrar cierto tipo de
tejidos. Son imprescindibles en el mantenimiento de la forma y función de las células musculares, de las epiteliales y de
ciertas prolongaciones de membrana como los axones y dendritas de las células nerviosas (neuronas)
Para explicar dicho fenómeno se diseñó el sig. experimento
Si uno desarrolla una monocapa de células epiteliales en dos placas de petri y a una de ellas se la trata con un reactivo que
“desarme” sus FI y luego tracciona a ambas monocapas sucede lo siguiente

MONOCAPA SIN TRATAMIENTO MONOCAPA CON TRATAMIENTO
(intacta) TRACCIÓN (flechas) (Sin FI)

Las células se mantienen intactas y juntas Desprendimiento de las uniones intercelulares y ruptura del tejido

RESULTADO

Este simple experimento verifica la importancia de los FI en no solo en el mantenimiento de la forma sino además en la
integración de células en tejidos.
INVOLUCRAMIENTO DE LOS FI EN LA CLÍNICA MÉDICA
Aunque parezca increíble, pequeñas variaciones en estos ¨minúsculos
habitantes del fondo de la célula¨ pueden provocar graves enfermedades.
Por ejemplo
Existe una enfermedad hereditaria en donde los individuos portadores de
dicha enfermedad son extremadamente sensibles a la injuria mecánica
generándosele ampollas por el más ligero contacto de algo rígido con su piel.
Se la conoce como Epidermolysis Bullosa Simplex (EBS) y es un defecto
genético en la molécula de queratina siendo transmisible de padres a hijos. El
individuo nace con una queratina mutada y sin capacidad de función. La foto
muestra dos grandes ampollas en el brazo de un individuo que padece dicha
enfermedad

Con similares características se pueden manifestar otras enfermedades
dependiendo de qué tipo de queratina es la afectada.
Así, por ejemplo, cuando se ve afectada la Queratina 9 se producen alteraciones a nivel de la capa cornificada
y granular de la epidermis provocándose la Queratodermia epidermolítica plantopalmar restringiéndose las
lesiones a solo la porción palmar de manos y pies.
Cuando la mutación ocurre sobre la Queratina 1 y 10, se produce una excesiva queratinización con
resquebrajamiento y heridas más profundas en las zonas de mayor contacto. Se ve afectada no solo la capa
granular sino también la capa espinosa. Esta enfermedad es conocida como Hiperqueratosis epidermolítica
Si la mutación afecta la expresión de la Queratina 5 y la Queratina 14, las lesiones son más profundas
afectando fundamentalmente la capa basal que se encuentra apoyada sobre la lámina o membrana basal. En
este caso las ampollas (blisters) se manifiestan prontamente desde el nacimiento y se generan ante el mínimo
contacto, roce o presión.
LOS MICROTÚBULOS (MT)
Son uno de los principales componentes del citoesqueleto y a diferencia de los FI en donde
dependiendo del tejido serán diferentes proteínas las encargadas de armar el polímero, en este caso
TODOS los microtúbulos de TODOS los tejidos están formados por la polimerización de una
molécula proteica globular de 55Kd conocida como TUBULINA. Dicha
proteína con ligeras diferencias entre si se encuentra fundamentalmente
bajo dos formas (  y  tubulina) las cuales se asocian entre sí formando
un dímero. La estructura polimerizada denominada microtúbulo tiene
forma tubular hueca con un diámetro externo de 25 nm y un diámetro
interno de 14 nm. Dímeros de  y  tubulina se ensamblan
(polimerizan) formando un MT compuesto de 13 protofilamentos
ensamblados alrededor de un tubo hueco

Estos MTs a su vez pueden asociarse entre sí para generar nuevas estructuras más complejas.

A B
A B C
CENTRÍOLO
Los centríolos son unas estructuras intracitoplasmáticas formadas por MTs. Su función es
“coordinar” desde el Centrosoma o Centro Organizador de MTs (COMTs) la división celular
controlando la creación y función del Huso Mitótico dirigido a
traccionar los cromosomas que recien duplicados deben migrar
organizadamente hacia polos opuestos de la célula en división. En
células en reposo (no mitóticas) coordinan el COMT que en una
ubicación perinuclear organiza el armado, crecimiento y desarmado
de los MTs citoplasmáticos .
Son estructuras cilindricas,
usualmente establecidas de a pares orientados en ángulo recto uno con
el otro. La pared de cada centríolo esta construida con nueve tripletes
de microtubulos interconectados

El interior de cada centríolo aparece vacío, excepto por la estructura en ¨rueda de carro¨ en un
extremo. Con microscopía electrónica (ME) pueden verse estructuras fibrosas que interconectan los
dos centríolos

El Centrosoma:
• Es el Centro Organizador de MTs (COMTs)
• Se ubica en cercanía al extremo negativo del MT y cercano al núcleo en células en interfase
• Tiene un importante rol en la organización de los MT
• Sirve como ¨iniciador¨ del ensamblamiento de los MT
• En Mitosis se duplica y comanda el Huso mitótico
Se conoce otra molécula de tubulina con función específica

Relativamente hace poco tiempo (menos de 15 años) se conoció otra molécula de tubulina con una
importante función en la generación de los nuevos MTs. A esta molécula se la denominó Gamma
Tubulina y con una ubicación intracitoplasmática y solo circunscripta a la zona del centrosoma.
Esta Gamma-Tubulina, es homóloga a las  y  tubulinas, inicia el ensamblamiento de los MT
desde el centrosoma hacia la perifería de la célula. Para ello, varias copias (12-14) de Gamma-
tubulina se asocian en un complejo llamado “grips” (gamma ring proteins).
Este grips se ve al ME como una estructura de anillo abierto. El grips
evita que se intercambien dímeros en el extremo negativo del MT (lo
bloquea) y sirve de “molde” para que los dímeros cargados con GTP
(Tub-GTP) empiezen a polimerizar el nuevo MT .
Además y mas recientemente, se han sido localizadas otras proteínas en el centrosoma y asociadas
con los centríolos pero aún no se conocen con certeza sus funciones específicas aunque
seguramente participen también en la creación de los MTs crecientes. (Entre ellas se incluyen
centrina, pericentrina y nineina).
Centrosoma

Cada anillo de gamma tubulinas se apoya en la “nube electroquímica que envuelve al par de
centríolos y en esas condiciones los dímeros de  y  utilizando el molde de las gamma tubulinas
comienzan a formar los nuevos MTs crecientes