Citoesqueleto

Definição:

É uma rede tridimensional de proteínas distribuída por todo o citoplasma de células eucarióticas.

Funções:

Suporte e resistência

Fagocitose

Citocinese

Adesão intercelular e entre as células e a matriz extracelular

Modificações do formato celular

Microscopia eletrônica: “cabos”

Filamentos

Características e função principal Esquema

Filamentos de actina ou microfilamentos

De 7 a 9 nm de diâmetro; é uma dupla fita helicoidal da proteína actina; formam feixes lineares.

Sustentam a membrana plasmática e junto com proteínas motoras, faz a locomoção celular

Microtúbulos

Com 24 nm de diâmetro; são longos cilindros ocos formados pela proteína tubulina; estão

ligados ao centrossomo. Formam os cílios e flagelos e orientam

a migração de vesículas no citoplasma.

Filamentos intermediários

Com 10 nm de diâmetro; composto por diferentes

proteínas; formam uma rede que dá resistência mecânica e

estrutural às células.

Filamentos

Filamentos de actina ou microfilamentos

Actina

Monômeros globulares (actina G)

Polimerização: filamentos helicoidais e assimétricos (actina F)

Assim:

Os microfilamentos são formados por monômeros globulares de actina G, os quais se polimerizam

em presença de ATP em um longo polímero filamentoso, a actina F ( 7nm de espessura).

Actina

Abundante e versátil componente do citoesqueleto que forma feixes

estáticos e contráteis, além de redes filamentosas especificadas por

proteínas de ligação à actina e pela sua diferente localização e função em uma

célula.

Feixes de Actina:

Estão presentes:

Microvilos das células epiteliais do revestimento intestinal e do revestimento dos túbulos renais

Estereocílios das células pilosas da orelha interna

Microvilos intestinais:

1 a 2 µm de comprimento por 0,1 µm de largura

20 a 30 filamentos de actina formando um feixe

Estereocílios das células pilosas da orelha interna

Formato afilado na base

1,5 a 5,5 µm de comprimento

Cada feixe de actina: 900 filamentos de actina

Células pilosas: extremamente sensíveis a deslocamentos mecânicos / um leve movimento do estereocílio é amplificado em mudanças no potencial elétrico transmitido ao encéfalo

Tipos de filamentos de actina:

Protusões finas e pontiagudas: ancorados no córtex celular;

Expansões semelhantes a folhas (lamelipódios): na superfície celular

Invaginações da superfície da célula

Os filamentos de actina são finos e flexíveis.

Crescimento:

Extremidade mais, plus ou “farpada” – cresce mais rápido

Extremidade menos, minus ou “pontiaguda”

Assim:

Polaridade distinta:

- Uma extremidade farpada ou de polimerização - Uma extremidade pontiaguda ou de despolimerização

Polimerização:

Processo dependente de ATP

Os monômeros de actina têm um sítio de ligação para o ATP, o qual é hidrolisado a ADP à medida que a polimerização progride

Treadmilling(escada rolante)

Equilibrio dinâmico entre as extremidades de polimerização e

despolimerização da actina F.

Os monômeros de actina G adicionados na extremidade mais (plus) do filamento andam ao longo do filamento até que

sejam perdidos por despolimerização na extremidade menos (minus)

Na extremidade "mais", está ocorrendo a entrada de actina G ligada a ATP, o que

promove o aumento do polímero de actina F, e na extremidade "menos" está ocorrendo a saída de actina ligada a ADP, o que promove

a diminuição da cadeia de actina F.

Assim, o tamanho relativo da actina F depende da entrada e da saída de actinas G pelas

extremidades "mais" e "menos", respectivamente.

Treadmilling

Treadmilling

Controle de Treadmilling

Proteínas:

Timosina: seqüestra grupos de monômeros de actina G dentro das células

Profilina: suprime a nucleação da actina G e promove o crescimento da actina F na extremidade mais

Cofilina: deflagra a despolimerização da actina ligada a ADP na extremidade menos

Gelsolina: i. Proteína de capeamento, impede a perda e a adição de monômeros de actina ii. Proteína cortadora, fragmenta filamentos de actina

Microtúbulos

Microtúbulos:

Dímeros de tubulina

Cada dímero: α –tubulina e β –tubulina

Protofilamentos: subunidades de tubulina em fileiras

Microtúbulo (25nm): associação de treze protofilamentos

Microtúbulos

Polaridade distinta

Como nos filamentos de actina, os microtúbulos possuem uma extremidade mais (plus), onde o filamento cresce mais rapidamente, e uma extremidade menos (minus).

Microtúbulos

Instabilidade dinâmica

Fases alternadas de crescimento lento e rápida despolimerização

Três fases: i. Fase de polimerização

ii. Liberação do fosfato hidrolisado do GTP ligado à tubulina

iii. Fase de despolimerização

Fase de polimerização

Subunidades de tubulina ligadas ao GTP são adicionadas à extremidade mais do microtúbulo

Forma-se um capuz de GTP que facilita o crescimento subseqüente

Liberação do fosfato

Liberação do fosfato hidrolisado do GTP ligado à tubulina

Fase de despolimerização

Subunidades de tubulina ligadas ao GDP são liberadas rapidamente a partir da extremidade menos

Polimerização x Despolimerização

Catástrofe

freqüência de transição de

ploimerização a despolimerização

Resgate

freqüência de transição de

despolimeraização a polimerização

Instabilidade dinâmica

Pode ser modificada por proteínas associadas a microtúbulos:

Motores moleculares: dineína e quinesina – transporte de organelas e moléculas

Reguladoras de microtúbulos: proteína tau – impede a instabilidade dinâmica em axônios

Centrossoma:

Par de centríolos

Circundado: material pericentriolar

Dão origem: corpúsculos basais (cílios e flagelos)

Síndrome de Bardet-Biedl: - defeito na organização dos corpúsculos basais e dos cílios - transporte anormal de proteínas ciliares

Centrossoma:

Funções:

i. Promove a nucleação para a polimerização de subunidades de tubulina em microtúbulo

ii. Organiza os microtúbulos em unidades

iii. Se duplica a cada ciclo celular

Centrossoma

Aparelho mitótico (meiótico)

Centro mitótico

Fuso mitótico

Centro mitótico

Centro organizador de microtúbulos

Centríolos

Microtúbulos radiados

Fuso mitótico

Microtúbulos do cinetócoro ( nos centrômeros)

Microtúbulos polares (no centro da célula)

Centríolo:

Pequeno cilindro

Nove tríades de microtúbulos

Arranjo helicoidal

Centríolo:

Intérfase: em ângulo reto um ao outro

Antes da mitose: replicam e formam dois pares

Durante a mitose: em pólos opostos – direcionam a formação do fuso mitótico

Tipos de microtúbulos:

Radiados ou astrais – ancoram cada centrossoma à membrana plasmática

Do cinetócoro – aderem ao cinetócoro dos cromossomas aos centrossomas

Polares – Se estendem dos dois pólos do fuso onde os centrossomas opostos estão localizados

“Se os cinetócoros falham em se organizar, os cromossomos não podem se separar adequadamente”

Centrômero: Local do cromossomo associado aos microtúbulos

do fuso mitótico

Local onde o cinetócoro se organiza

Local onde o DNA centromérico está presente

Cinetócoro:

Proteínas organizadas na cromatina centromérica em cromátides –irmãs

Organização: depende exclusivamente da presença de seqüências de DNA centromérico

Microtúbulos: transporte de cargas

Transporte de materiais vesiculares e não-vesiculares, ou cargas

À longa distância: proteínas motoras (quinesina e dineína)

À curta distância: filamentos de actina

Principais tipos de transporte baseados em microtúbulos:

i. Transporte axonemal (intraciliar e intraflagelar)

ii. Transporte axonal

iii. Transporte no interior da manchete

Transporte axonemal:

Essencial para a liberação de dímeros de tubulina e outras moléculas para a extremidade de polimerização distal dos microtúbulos de cílios e flagelos

Os axonemas se originam dos corpúsculos basais, estruturas contendo microtúbulos derivadas dos centríolos

O transporte defeituoso resulta na organização anormal de cílios e flagelos:

doença renal policística, degeneração retiniana, disfunção ciliar respiratória, ausência do desenvolvimento da cauda dos espermatozóides

Transporte axonal:

Crucial para o tráfego de vesículas contendo neurotransmissores para as sinapses neuronais

Ao longo do axônio dos neurônios

Transporte no interior da manchete:

Necessário para os eventos morfogenéticos durante o desenvolvimento dos espermatozóides

Manchete: estrutura temporária constiuída por microtúbulos associada a um anel perinuclear que se organiza durante o alongamento da cabeça da espermátide, e em seguida desaparece

Filamentos Intermediários

Filamentos Intermediários

Diâmetro intermediário (10 nm) entre o dos microtúbulos (25 nm) e o dos microfilamentos (7 nm)

Estruturas mais estáveis do citosqueleto

Monômero comum: bastão central em α-hélice ladeado por domínios de cabeça e de cauda

Polimerização e despolimerização: regulada por fosforilação

Polimerização:

Pares de dímeros se associam em tetrâmeros lado a lado

Cerca de oito tetrâmeros se alinham extremidade com extremidade : protofilamento

Pares de protofilamentos se associam: protofibrila

Quatro protofibrilas (oito protofilamentos) se enovelam – filamento intermediário - corda

Monômeros protéicos:

Três domínios:

Bastão : central e em α-hélice

Cabeça: N-terminal não-helicoidal

Cauda : C-terminal

Função:

Fornecer suporte mecânico para a célula

Tipos de proteínas: I a V

Proteínas Tipo I e II

Tipo I: queratinas ácidas

Tipo II: queratinas neutras a básicas

Organizam-se como heteropolímeros

Diferentes tipos de queratinas são co-expressas em células epiteliais, no pêlo e nas unhas.

Mutações de genes de queratina ocorrem em várias doenças de pele (doenças bolhosas e epidemolíticas)

Proteinas Tipo III

Vimentina: Células de origem mesenquimal

Desmina: Componentes de células musculares estriadas e musculares lisas

Proteína ácida fibrilar glial: Nos astrócitos

Periferina: Componente de axônios no sistema nervoso periférico

Proteínas Tipo IV

Neurofilamentos Três formas co-expressas e formando

heteropolímeros em neurônios: NFL : Leve – 60 a 70 kDa NF-M: Médio – 105 a 110 kDa NF-H: Pesado – 135 a 150 kDa

α- Intermexina: componente de neurônios em desenvolvimento

Proteína Tipo V

Lamina A e Lamina C

Se organizam numa trama ortogonal: a lâmina nuclear

Presentes na lâmina nuclear associada à membrana interna do envoltório celular

Mantêm a integridade do envoltório nuclear

Laminopatias

Defeitos nas proteínas do envoltório nuclear, incluindo as laminas

Afetam: músculos cardíaco e esquelético, tecido adiposo (lipodistrofias), nervos periféricos motores e sensitivos

Laminopatias: hipóteses

A expressão gênica considera a lamina A e a lamina C como essenciais para a correta expressão específica de certos genes nos tecidos

Estresse mecânico: propõe que um defeito na lamina A e na lamina C enfraquece a integridade estrutural do envoltório nuclear

Doenças bolhosas

A expressão de genes mutantes de queratinas resulta na polimerização

anormal de filamentos de queratina, o que enfraquece a força mecânica das células e causa doenças hereditárias

da pele

Doenças bolhosas

Epidermólise bolhosa simples: bolhas na pele após um trauma menor

Hiperqueratose epidermolítica: excessiva queratinização de epiderme devido a mutações nos genes das queratinas 1 e 10

Queratoderma plantopalmar epidermolítico: fragmentação da epiderme das palmas das mãos e plantas dos pés, mutação do gene da queratina 9

Fim !!!