En biología celular , la nucleación de microtúbulos es el evento que inicia la formación de novo de microtúbulos (MT). Estos filamentos del citoesqueleto se forman típicamente a través de la polimerización de dímeros de tubulina α y β , los bloques de construcción básicos del microtúbulo, que inicialmente interactúan para nuclear una semilla a partir de la cual se alarga el filamento. [1]
La nucleación de microtúbulos ocurre espontáneamente in vitro , con soluciones de tubulina purificada dando lugar a polímeros de longitud completa. Los dímeros de tubulina que componen los polímeros tienen una capacidad intrínseca de autoagregarse y ensamblarse en tubos cilíndricos, siempre que haya un suministro adecuado de GTP. Las barreras cinéticas de tal proceso, sin embargo, significan que la velocidad a la que los microtúbulos se nuclean espontáneamente es relativamente baja. [2]
Papel de la γ-tubulina y el complejo de anillo de γ-tubulina (γ-TuRC)
In vivo , las células superan esta barrera cinética mediante el uso de varias proteínas para ayudar a la nucleación de los microtúbulos. La vía principal por la que se ayuda a la nucleación de microtúbulos requiere la acción de un tercer tipo de tubulina, γ-tubulina , que es distinta de las subunidades α y β que componen los microtúbulos mismos. La γ-tubulina se combina con varias otras proteínas asociadas para formar una estructura cónica conocida como complejo de anillo γ-tubulina (γ-TuRC). Este complejo, con su simetría de 13 veces, actúa como un andamio o plantilla para los dímeros de tubulina α / β durante el proceso de nucleación, lo que acelera el ensamblaje del anillo de 13 protofilamentos que componen el microtúbulo en crecimiento. [3] El γ-TuRC también actúa como una tapa del extremo (-) mientras que el microtúbulo continúa creciendo desde su extremo (+). Esta tapa proporciona estabilidad y protección al extremo de los microtúbulos (-) de las enzimas que podrían conducir a su despolimerización, mientras que también inhibe el crecimiento del extremo (-).
Nucleación MT de los centros de organización de microtúbulos (MTOC)
El γ-TuRC se encuentra típicamente como la unidad funcional central en un centro organizador de microtúbulos (MTOC), como el centrosoma en las células animales o los cuerpos polares del huso en hongos y algas . Los γ-TuRC en el centrosoma nuclean una matriz de microtúbulos en interfase , que extienden sus extremos (+) - radialmente hacia afuera en el citoplasma hacia la periferia de la célula. Entre sus otras funciones, esta matriz radial es utilizada por proteínas motoras basadas en microtúbulos para transportar diversas cargas, como vesículas, a la membrana plasmática.
En las células animales que experimentan mitosis , se genera una matriz radial similar a partir de dos MTOC llamados polos del huso , que producen el huso mitótico bipolar. Sin embargo, algunas células, como las de las plantas superiores y los ovocitos, carecen de MTOC distintas y los microtúbulos están nucleados a través de una vía no centrosomal. Otras células, como las neuronas, las células del músculo esquelético y las células epiteliales, que tienen MTOC, poseen matrices de microtúbulos no asociados con un centrosoma. [4] Estas matrices de microtúbulos no centrosomales pueden adoptar varias geometrías, como las que conducen a la forma alargada y delgada de los miotubos , las protuberancias finas de un axón o los dominios fuertemente polarizados de una célula epitelial . Los investigadores creen que los microtúbulos en estas matrices son generados primero por los γ-TuRC, luego transportados a través de proteínas motoras o en cinta rodante a su ubicación deseada, y finalmente estabilizados en la configuración necesaria a través de la acción de varias proteínas de anclaje y reticulación.
En la matriz cortical de las plantas, así como en los axones de las neuronas, los científicos creen que los microtúbulos se nuclean a partir de los microtúbulos existentes a través de la acción de enzimas cortantes como la catanina . [5] Similar a la acción de la cofilina en la generación de matrices de filamentos de actina, la separación de los microtúbulos por los MAP crea nuevos extremos (+) a partir de los cuales pueden crecer los microtúbulos. De esta manera, se pueden generar matrices dinámicas de microtúbulos sin la ayuda del γ-TuRC.
Nucleación MT ramificada
Los estudios que utilizan extractos de huevo de Xenopus han identificado una nueva forma de nucleación de microtúbulos que genera matrices ramificadas en forma de abanico, en las que los nuevos microtúbulos crecen en un ángulo con respecto a los microtúbulos más antiguos. [6] Los investigadores sospechan que este proceso involucra γ-TuRC no centrosomales que se unen a los lados de los microtúbulos existentes a través del complejo augmin . Este método de nucleación de microtúbulos dependiente de microtúbulos conduce a una rápida amplificación en el número de microtúbulos y crea microtúbulos secundarios con la misma polaridad que los microtúbulos madre de los que se ramifican. Se ha postulado que tal método podría ser importante en la generación del huso mitótico. [7]
Papel de las proteínas asociadas a microtúbulos (MAP)
Aunque el γ-TuRC es la proteína primaria a la que recurren las células cuando se enfrentan a la tarea de nuclear microtúbulos, no es la única proteína que se postula que actúa como factor de nucleación. Varios otros MAP ayudan al γ-TuRC con el proceso de nucleación, mientras que otros nuclean los microtúbulos independientemente del γ-TuRC. En la nucleación ramificada descrita anteriormente, la adición de TPX2 a los extractos de huevo condujo a un aumento dramático en los eventos de nucleación, mientras que en otros estudios, la proteína XMAP215 , in vitro , ásteres de microtúbulos nucleados con su agotamiento in vivo reduciendo el potencial de nucleación de los centrosomas. [8] La proteína de unión a microtúbulos doblecortina , in vitro , nuclea los microtúbulos, actuando uniéndose al costado en lugar de al final de los microtúbulos en crecimiento. [9] Así, una familia de proteínas que actúan como factores de nucleación puede estar presente en las células, reduciendo, a través de varios mecanismos, el costo energético de nuclear los microtúbulos.
Varias proteínas están involucradas en el formateo del γ-TuRC y el control temporal y espacial de la nucleación de microtúbulos. Estos incluyen, por ejemplo, proteínas de espiral con funciones estructurales y proteínas reguladoras, como componentes del ciclo de Ran . NEDD1 recluta el γ-TuRC al centrosoma uniéndose a γ-tubulina. [10] [11]
Referencias
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- ^ Desai, A; TJ Mitchison (1998). "Dinámica de polimerización de microtúbulos". Annu. Rev. Cell Dev. Biol . 13 : 83-117. doi : 10.1146 / annurev.cellbio.13.1.83 . PMID 9442869 .
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enlaces externos
- MBInfo: Microtúbulos
- MBInfo: Ensamblaje del complejo de tubulina