Citoesqueleto: Filamentos intermedios

• Antonioli Marianna 61338• Bolzan Francesca 61322• Marciano Pasquale Mattia 61365• Mauro Cecilia

61331• Reali Mergherita

61356• Rocco Andrea 61302

CitosqueletoEl citoesqueleto es propio de las células eucarióticas

está constituido por proteínas del citoplasma que polimerizan en estructuras filamentosas . Es una

estructura tridimensional dinámica que se extiende a través del citoplasma

Funciones citosqueleto• El citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula.

Actúa como armazón para la organización de la célula y la fijación de las organelas y otros microcuerpos.

• Es el encargado de permitir el movimiento celular y colabora en la división de la célula ( tanto del citoplasma como del material genético ). También desempeña un importante papel en el transporte intracelular mediando procesos de endocitosis y exocitosis

• Participa en los procesos de modulación de receptores de superficie (define la conformación y función de los receptores), crea compartimientos (favorece la organización funcional); y participa en los procesos de interacción intercelular.

Resumen funciones citosqueleto• De esta forma podemos enunciar las

siguientes funciones del citoesqueleto:- Estabilidad celular y forma celular- Movimiento de los orgánulos internos- Locomoción celular- División celular- Regulación metabólica

Citosqueleto en eucariotas y procariotas

Hasta hace relativamente poco tiempo se creía que el citoesqueleto era un

componente exclusivo de eucariotas, hace unos 20 años se encontraron un

grupo de proteínas homólogas ( semejantes )

a la tubulina, actina y miosina en células

procariotas

Citosqueleto en eucariotasEl Citoesqueleto en las células eucariotas, consta de tres tipos de fibras: • Microfilamentos• Filamentos intermedios • Microtúbulosmientras que en las procariotas está constituido principalmente por las proteínas estructurales • FtsZ fue la primera proteína del citoesqueleto procariota en ser identificada, en 1991 por Bi y Lutkenhaus. • MreB• Crescentina • ParM

Izq, microfotografia de los filamentos de FtsZ; der, localización de anillos concéntricos de la proteína FtsZ durante la fase de crecimiento exponencial en una población

de una cepa silvestre de bacterias.

Estructura Los filamentos intermedios son comparables a cuerdas formadas

por numerosas hebras finas retorcinadas que confieren resistencia a la tensión. Las hebras de estas cuerda, las subordinades de los filamentos intermedios , son proteinas fibrosas alargadas, compuestas por una cabeza globular N-terminal , una cola globular C-terminal.

El dominio bastoniforme central ( a modo de varilla) consiste en uan region α-helicoidal extendida que contiene largos tandems repetidos de secuencia que recibe el nombre de “repeticiones en heptada”. Esta secuencia de 7 aminoacidos permite la formacion de dimeros enrollados entre dos helices a- paralelas en una disposicion en espiral.

En la siguiente etapa del esamblaje, dos de los dimeros enrollados interaccionan anti parallelamente formando un tetrámero

Tipo I Queratina ácida

Tipo II Queratina básica

Tipo III Vimentina Desmina Factor glial fibrilar ácido Periferina

Tipo IV Neurofilamentos Nestina Internexina α

Tipo V Láminas nucleares

Tipo VI Faquinina y filensina

Tipos de filamentos intermedios

Filamentos intermedios Tipo I y II: Queratina ácida y básica

• en las células epiteliales y forman la estructura los pelos, las escamas, las uñas (queratinas α ) y las plumas (queratinas β )

• en casi todas las células epiteliales excepto los epitelios del iris y cristalino del ojo y los de los glomérulos y túbulos renales.

• haces de filamentos de queratina forman una red que recorre todo el citoplasma

• formación de uniones intercelulares del tipo desmosoma y hemidesmosoma

• Amplia familia de polipéptidos codificados por dos grandes grupos de genes tipo I y II cuyos productos dan lugar a 20 variedades de queratinas blandas y 18 tipos de queratinas duras

Tipo I. Son las queratinas ácidas y de menor peso molecular.

Tipo II. Son las queratinas neutras o

básicas• Los filamentos de

queratina son siempre heteropolímeros formados por la misma cantidad de polipéptidos de queratina de tipo I y II

Filamentos intermedios Tipo III

Vimentin Electron micrograph of

vimentin.

• En fibroblastos, adipocitos, condrocitos, osteocitos , en algunas células epiteliales de origen mesodérmico, células de Schwann, melanocitos, células endoteliales y células gliales

• Los filamentos tienden a congregarse alrededor del núcleo, desde donde irradian hacia la membrana plasmática

• Rodean los cromosomas durante la mitosis y se reparten con ellos entre ambas células hijas.

• En el músculo estriado rodean los discos Z, junto con la desmina.

VIMENTINA

Vimentina en músculo de arteria muscular

DESMINA

En esta fotografía al MO se ve la detección de desmina en colón marrón en las células

mioepiteliales de la glándula salival.

• Se encuentra en el músculo liso, miofibroblastos, y músculo estriado

• Su localización se restringe a la parte exterior de los discos Z: la tendencia de las líneas o discos Z a quedar al mismo nivel se debe a los filamentos de desmina que les unen

PERIFERINA

• Están constituidos por la proteína ácida fibrilar glial (GFAP)

• sólo se han demostrado en vertebrados, en el cuerpo celular y en las prolongaciones citoplásmicas de los astrocitos y de las células de Schwann.

GLIOFILAMENTOS

• Están presentes en aquellas neuronas que tienen o envían sus axones fuera del sistema nervioso central, como las de los ganglios raquídeos, simpáticos y pa rasimpáticos, las neuronas sensitivas, las neuronas motoras del asta anterior de la médula espinal y las de diversos núcleos motores de pares craneales

En las microfotografías se pueden apreciar los distintos tipos de Filamentos intermedios tipo III: ( 1 ) Vimentina, ( 2 ) Desmina, ( 3 ) Factor glial fibrilar ácido y ( 4 ) Periferina ( en amarillo )

Filamentos intermedios Tipo IV: NEUROFILAMENTOS

• Tanto en el sistema nervioso central como en el periférico de muchos mamíferos, los neurofilamentos están formados por tres polipéptidos, de bajo, medio y alto peso molecular

• Proporcionan un esqueleto al pericarion, dendritas y axón, manteniendo su forma y facilitando el transporte celular

• Se disponen por todo el cuerpo celular y por las prolongaciones de las neuronas.

(A) Neurofilamentos axónicos; (B) filamentos de células gliales; (C) ME convencional, corte transversal del axón

Filamentos intermedios Tipo V:

Láminas nucleares

• forman un soporte filamentoso a la capa interna de la envoltura nuclear ( la lámina nuclear ) y son indispensables para la re-estructuración de la envoltura nuclear después de la división celular

• determinan la organización de la cromatina y regulan la transcripción de genes específicos

• Hay dos tipos distintos de familias de láminas: las láminas tipo A, ( Lámina A, Lámina C), las láminas tipo B ( Lámina B1 y Lámina B2 )

Laminin Structure

La estabilidad mecánicaLa estructura que presentan los filamentos intermedios es la ideal para soportar la tensión de las funciones mecánicas: las subunidades fibrosas se asocian de manera paralela formando haces suprepuestos, los cual les permite resistir tensiones mecánicas intensas.

Muchos tipos de filamentos intermedios cumplen su función de resistencia mecánica al estiramiento y mantenimiento de la forma celular mediante una estrecha asociación con otros componentes del citoesqueleto, sobre todo con microfilamentos de actina.

Por ejemplo, es un constituyente principal del glóbulo rojo que se asocia directa e indirectamente con proteínas integrales de la membrana y con actina y participa en el mantenimiento de la forma celular.

Desmosomas y hemidesmosomasEn la membrana plasmática, los filamentos intermedios estan adheridos por proteínas adaptadoras a uniones especializadas denominadas desmosomas y hemidesmosomas, que median respectivamente, la adhesión entre célula y célula, y entre la célula y la matriz, sobre todo en los tejidos epiteliales. De esta forma, los filamentos intermedios de una célula estan conectados indirectamente a los filamentos intermedios de una célula vecina o matriz extracelular.

En el epitelioLa estabilidad mecánica del dominio apical de los epitelios cilíndricos simples está proporcionado por filamentos de actina unidos entre sí por fimbrina y vilina, que llenan el interior de las microvellosidades y a su vez se asocian en la base de las microvellosidades con filamentos intermedios de tipo espectrina, entrelazados con filamentos de queratina que terminan uniéndose a la superficie interior de los complejos de unión.

En las miofibrillas:Los filamentos de desmina del sarcómero con la plectina forman estructuras anulares de proteínas alrededor de los discos Z.La desmina es capaz de:

integrar mecánicamente las acciones contractiles de las miofibrillas contiguas

protegen la integridad de las miofibrillas durante el estrés mecánico participa también en la unión del retículo sarcoplásmico y los túbulos T al

sarcómero durante la embriogénesis son responsables del ensamblaje ordenado de los

miofilamentos para formar los sarcómeros

En el ependimaLas células ependimarias son células epiteliales bajas, de forma cilíndrica a cuboide que recubren los ventrículos del cerebro y el conducto central de la médula espinal su citoplasma contiene en abundancia mitocondrias y haces de filamentos intermedios

En la membrana nuclearLos filamentos intermedios atraviesan el citosol y forman un entramado interno que se extiende desde el envoltorio nuclear hasta la membrana plasmática. Una red de filamentos intermedios se localiza junto a algunas membranas celulares, donde proporciona soporte mecánico. Los filamentos de la lámina A y de la lámina C forman un entramado ortogonal que se asocia con una lámina B.

En la mitosis:Desmontaje de los filamentos de lámina mediante fosforilación de lámina del núcleo. Se unen, por consiguiente, a las vesiculas nucleares y destruyen entonces hasta los monómeros de lámina. En la transición en la telofase se defosforila de nuevo la lámina; se reasocian a filamentos de lámina, que une la lámina nuclear de las células hijas

La migración celularEn una célula animal, la movilidad puede expresarse como movimientos de partículas citoplasmáticas (organoides, inclusiones, cromosomas, núcleo etc...), ya mencionados, o como traslación global de la célula (migración o locomoción celular). Con respecto al movimiento celular traslativo, se sabe que cuando una célula migra y se moviliza sobre un sustrato (soporte inerte, otra célula, matriz extracelular, etc...), transcurre por tres etapas básicas que son:

extensión de una prolongación adhesión al soporte o al sustrato contracción en la misma dirección del

movimiento.

Los filamentos intermedios tienen un ritmo de recambio o renovación molecular característico y al interaccionar con diversas moléculas asociadas pueden adquirir un carácter más estable (por ejemplo para definir la inmovilidad de los epitelios) o más dinámicos (por ejemplo para provocar la movilidad rápida de un leucocito).

Alteraciones de los filamentos intermedios

• Varias enfermedades son causadas por defectos del armado de los filamentos intermedios.

• Hay como 75 enfermedades humanas asociadas a defectos en los filamentos intermedios como miopatías, esclerosis lateral amiotrófica, Parkinson, cataratas, etcétera.

Enfermedad de Alexander• Aparece en el período de la infancia y se caracteriza por la destrucción progresiva de la sustancia blanca del cerebro (leucodistrofia). • Caracterizada por retraso mental y anormalidades físicas que progresan hasta un desenlace fatal.

Etiologia• Es una alteración de los astrocitos.

• Los cuales en su citoesqueleto contiene un filamento intermedio: la pafg

Astrocitos fibrosos visibles mediante técnicas de inmunohistoquímica gracias a anticuerpos quiméricos (unidos a proteína verde fluorescente) contra la proteína ácida fibrilar glial.

• Al mutar construye una estructura proteica defectuosa y produce la formación de agregados eosinófilos característicos: las fibras de Rosenthal

• Posee un carácter genético autosómico dominante y es originada por una mutación puntual en el gen gfap, situado en la banda q21 del cromosoma 17 de la proteína ácida fibrilar gliar.

Localización de las principales mutaciones de la proteína glial fibrilar ácida

Enfermedades de la queratina Epidermolisis bullosaSegún la localización de la ampolla podemos distinguir:

- Simple - Distrofica - Lucidolitica

Epidermolisis bullosa SimpleEs conocida como piel de mariposa y está causada por la citolisis en la región subnuclear de los queratinocitos basales. Se caracteriza por la aparición de ampollas en la piel de forma espontánea o debido al mínimo roce. Afecta a todos los grupos raciales en el momento del nacimiento o durante la lactancia y, de momento, no existe tratamiento curativo.

Etiologia • Los estudios histológicos con anticuerpos revelaron tonofilamentos agrupados de queratinas de las células basales (K5 y K14). • Se han reconocido varias mutaciones en K5 y K14 en la EBS-DM (Dowling Meara) y las formas leves (EBS-K y EBS-WC). La mayoría son mutaciones heterocigotas y ocurren en la secuencia de inicio de la hélice de K14. • Los estudios de correlación genética y fenotípica revelaron que las formas más graves obedecen a mutaciones en las secuencias limítrofes de la ALFA-hélice que parecen cruciales durante el ensamblado de los filamentos.

Hepatopatía Alcohólica• Una caracteristica prominente de la Cirrosis Hepatica Alcoholica es la presencia de inclusiones intracitoplasmaticas eosinofilas compuesta en su mayor parte por filamentos de citoqueratinas (prequeratina). • Estas inclusiones llamadas Cuerpo de Mallory, se ven con el MO en el citoplasma de los hepatocitos.

• Cuerpos de Mallory (hialina alcohólica): cuerpos hialinos acidófilos que se manifiestan como una acumulación de filamentos en el plasma de las células hepáticas consecuencia de una alteración metabolica de los filamentos intermedios.

La función de esos filamentos es mantener la forma y el volumen de la célula y su destrucción causa dilatación y citólisis.

• Es una enfermedad neurodegenerativa devastadora caracterizada clínicamente por un inicio insidioso, un declive progresivo que las funciones cognitivas con un pérdida fatal en último término de las funciones mentales. • Esta lesiones consisten en placas neuríticas compuestas por depósitos extracelulares de beta-amiloide (placas de b-amiloide) y por ovillos interneuronales formados por neurofibrillas consistentes en filamentos enrollados de la proteína tau citoesquelética, que son un reflejo de una rotura del citoesqueleto neuronal.

La enfermedad de Alzheimer

Enfermedad de Parkinson

Cuerpos de Lewy• Están formados principalmente de filamentos intermedios.Corresponden a una degeneración hialina intracitoplasmática que es similar a los cuerpos de Mallory y que se encuentra de modo característico en la enfermedad de Parkinson. • Se produce una atrofia numérica degenerativa de las neuronas, de las formaciones pigmentadas del sistema nervioso central que conduce a una liberación de la melanina con despigmentación de esas formaciones, especialmente de la substantia nigra.• Los cuerpos de Lewy son aproximadamente esféricos, de tamaño variable, a veces mayores que el núcleo, acidófilos, no rara vez estratificados y con la porción central más densa.

• Es una enfermedad neurodegenerativa del sistema nervioso central cuya principal característica es la muerte progresiva de neuronas en una parte del cerebro denominada sustancia negra pars compacta.

• Proliferación excesiva de neurofilamentos se observa en neuronas motoras espinales y corticales en enfermedades neuromusculares degenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica y la atrofia muscular espinal infantil (enfermedad de Werdnig).

• Filamentos de desmina alterados aparecen en cardiopatías congénitas.• Proliferación excesiva de vimentina se observa en el cristalino de ratones transgénicos con cataratas.