Capitulo xv el citoesqueleto

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El citoesqueleto
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-Ún loscapítulosanteriores,hemosanalizadomultitudde
procesosy rutascelulares,quetienenlugarenlosorgánu-
losdecélulaseucariotas.Nosocuparemosahoradel cito-
sol,queesla regióndel citoplasmaqueseencuentraalre-
dedor y entre los orgánulos.Hasta hace unas pocas
décadas,el citosolno suscitabaningúninterésenparticu-
lar y sehacíareferenciaa él comounabustancia,similara
un gel,enla queestabansuspendidoselnúcleoy otrosor-
gánulos.Los biólogoscelularessabíanque lasproteínas
constituíanhastael 20-30o/odel citosol,pero sepensaba
que estasproteínaseran solublesy que eran capacesde
moverselibremente.Apartedeaquéllasconactividadenzi-
mática,seconocíapoco de la importanciaestructuralo
funcionaldelasproteínascitosólicas.
Losavancesenlamicroscopíay enotrastécnicasdein-
vestigación,han puestode manifiesto,que el interior de
una célulaeucariotaestáaltamenteestructurado.Partede
estaestructurala proporcionael citoesqueleto:un entra-
mado complejode filamentosy túbulos interconectados
queseextiendenalo largodelcitosol,desdeelnúcleohas-
talacarainternadela membranaplasmática.
Eltérmino citoesqueletoexpresadeunamaneraacerta-
dala funcióndeestareddepolímeros,queesladepropor-
cionaruna estructuraarquitectónicaalascélulaseucario-
tas.Aporta un alto nivel de organizacióninterna a las
célulasy lespermiteasumiry mantenerformascomplica-
dasqueno seríanposiblesde otra manera.El nombreno
transmite,sin embargo,lanaturalezadinámicay plástica
delcitoesqueleto,ni elpapelcríticoquedesempeñaenmu-
chosprocesoscelulares.
El citoesqueletotiene.unpapelimportanteenel Ag-
qlientoy enla divisióngelulare¡,ypogicionay mueveagti-+ . - - _ _ #
vamentelos orgánulosde membrana,dentro del citosol.
Desempeñaun papelsimilarconeIARN mensajeroy otros
componentescelulares.De hecho,muchasdelasenzimas
delcitosol,seguramenteno sonsolubles,sinoqueestánfí-
sicamenteunidasal citoesquelétoy confinadasmuy cerca
delasenzimasimplicadasenla mismaruta,detal manera
quesefacilitala canalizacíóndeintermediariosdentrode
cadaruta. El citoesqueletoparticipa ademásen muchas
formasdemovimientocelulary estáíntimamenterelacio-
nadoconotrosprocesos,comolaseñalizacióncelularo las
unionescélulaacélula.EIcitoesqueletosealterapor fenó-
menosque ocurren en la superficiecelular¡ al mismo
tiempo,parecequeparticipay moduladichosfenómenos.
En estecapítulo,noscentrar€mosen la estructuradel
citoesqueleto.En el Capítulo16analizaremosmásdeteni-
damentela función del citoesqueleto,poniendoespecial
atenciónenelmovimientocelular.
Principales elementosestructurales
del citoesqueleto
Losprincipaleselementosestructuralesdel citoesqueleto
sontres:microtúbulos,microfilamentosy filamentos inter-
medios,todosellosexclusivosdecélulaseucariotas(Figu-
ra 15.1).La existenciade tressistemasdistintosde fila-
mentosy túbulos.sepusodemanifiestopor primeravez
mediante microscopíaelectrónica.Posteriormente,se
identificaron,medianteestudiosbioquímicosé in-.tno-
lógicos,lasdiferentesproteínasde cadasistema,queson
tambiénexclusivasdecélulaseucariotas.Latécnicademi-
croscopíadeinmunofluorescencia(Tabla15.2;véasetam-
Principaleselementosestructuralesdelcitoesqueleto 465

(a)Microtúbulos
(c)Filamentosintermedios b¡¿m
biénApéndice)fueespecialmenteimportanteala horade
localizarprotelnasespecíficasenel citoesqueleto.Aunque
lasestructurasdelcitoesqueletosehanconsideradoexclu-
sivasdelascélulaseucariotas,seha demostradoreciente-
mentequealgunosprocariotas,comolosbacilos,poseen
proteínasquefuncionandeunamaneramuy similaralos
microfilamentos(proteínasdela familia MreB),microtú-
bulos (laproteínaFB y filamentosintermedios(una de
ellassedenominacrescentina).Aunquelasproteínasbac-
terianasno separecenmuchoasushomólogaseucariotas,
en lo que a la composiciónde aminoácidosse refiere,
cuandoseensamblanenpolímeros,suestructurageneral
esbastantesimilar.
Cadauno de estoselementosestructuralesdel citoes-
queletotieneun tamaño,estructuray distribuciónintrace-
lular características,y cadauno seoriginapor la polimeri-
zacióndeun tipo desubunidaddiferente(Tabla15.1).Los
microtúbulosestáncompuestospor la proteínatubulinay
tienenun diámetrode aproximadamente25 nm. Losmi-
(b) Microfilamentos
Figura15.1 Distr¡buciónintracelulardemicrotúbulos,
microfilamentosy filamentosintemedios. (a) Imagendela
distribución delos microtúbulos en célulasdela líneacelularPtK-
1,deriñon de rata canguro,visualizadosmediantela tinción
inmunofluorescentede la tubulina. Como referencia,seha teñido
el núcleo con el colorantefluorescenterojo deADN, ioduro de
propidio. (b) Imagen dela distribución delos microfilamentos en
célulasde Ia línea celularde riñon derata,visualizadosmediante
la tinción dela actinacon un derivado fluorescentedela faloidina.
(c) Imagendela distribución delos filamentos intermedios en las
célulasPtK-1, marcadoscon la tinción inmunofluorescentede Ia
queratina.El núcleo seha teñido también aquí con ioduro de
propidio.
crofilamentos,conun diámetrodeunosde7 nm, sonpo-
llmerosde la proteínaactina.Losfilamentosintermedios
poseenun diámetroentre8y 12nm.Lassubunidadesque
componenlosfilamentosintermedios,difierenenfunción
deltipo celular.Apartedesuproteínaprincipal,cadaclase
defilamentodelcitoesqueletopresentaun númerodepro-
telnasasociadas.Estasproteínasaccesoriassonresponsa-
blesdela notablediversidadestructuraly funcionaldelos
elementosdelcitoesqueleto.
Losmicrotúbulosylos microfilamentossonmáscono-
cidospor elpapelquedesempeñanenlamqlaj&klcelular.
Losmicrofilamentossoncomponentesesencialesdelasfi-
brillas musculares,y los microtúbulosson los elementos
estructuralesdelosg@:ylos flqgb,apéndicesquecapa-
citanala célula,tantoparadesplazarseatravésdeun me-
dio fluido, comoparabatir elmedioextracelular.Estases-
tructuras son lo suficientementegrandescomo para ser
vistasmediantemicroscopiaóptica¡ por lo tanto,seco-
nocíany fueronestudiadasmuchoantesdequeseaclarase
466 Capitulo15 Elcitoesqueleto

Tabla15.1 Propiedadesdelosmicrotúbulos,microfilamentosyfilamentosintermedios
Microtúbulos Miclofilamentos Filamentosintermedios
Estructura
Diámetro
Monómeros
Polaridad
Funciones
Tubohuecoconunaparedformada
por 13protofilamentos
Exterior:25nm
Interior:15nm
Tubulinaa
Tubulinap
Extremos(+), (-)
Axonema:motilidad celular
Citoplásmica:
organizacióny mantenimiento
dela forma dela célulaanimal
Movimiento deloscromosomas
Disposicióny movimientodelosorgánulos
Dos cadenasde actina
entrelazadas
7 n m
G-actina
Extremos(+), (-)
Contracción muscular
Movimiento ameboide
Locomoción celular
Flujos,corrientes
citoplásmica
División celular
Mantenimiento de la forma
de la célula animal
Ocho protofilamentos unidos extremo
a extremo, con solapamientos escalonados
8-12nm
Varias proteínas; véaseTabaI5.5
Sin polaridad conocida
Soporte estructural
Mantenimiento de la forma de Ia célula animal
Formación de la 1ámina nuclear y el andamiaje
Reforzamiento de los axones de las células
nerviosas(proteína NF)
Mantenimiento de las fibras musculares
en registro (desmina)
que los mismos elementosestructuraleserantambién par-
tesintegralesdel citoesqueleto.
Consideraremosdetalladamentecadaelementoestruc-
tural. Paraello,trataremosa los microtúbulos, los microfi-
lamentosy los filamentosintermedios como si fuesenenti-
dadesseparadas,cadauna de ellascon una función propia
independiente.Sin embargo,recuerdeque los componen-
tes del citoesqueletoestán vinculados, tanto estructural
como funcionalmente,lo que generanuevaspropiedades
arquitectónicasque no son simplemente la suma de las
partes,como veremosen la última secciónde estecapítulo.
Técnicas para el estudio del
citoesqueleto
Lastécnicasmodernasdemicroscopíahanrevolucionado
elestudiodelcitoesqueleto
Actualmente,el citoesqueletoes un tema de gran interés
paralosbiólogoscelulares.Gran parte del progresorecien-
te en la comprensión de la estructuradel citoesqueleto,se
debe a tres técnicasmicroscópicasde gran potencia: mi-
croscopíade inmunofluorescencia,videomicroscopíadigi-
tal y microscopía electrónica.La Tabla 15.2resume cada
una de estastécnicas,que sedescribiránmás en detalleen
el Apéndice.Además,sehan empleadodrogasy mutacio-
nesespecíficas,que han sido de gran utilidad para el anáIi-
sisde la función del citoesqueleto.
Sepuedenusarciertasdrogasy mutaciones
paradesorganizarlasestructurascitoesqueléticas
Aunque lastécnicasmicroscópicas pueden desvelarmucho
acercade la estructura del citoesqueleto,no nos permiten
deducir mucho acercade su función. Para analizar la fun-
ción de un filamento del citoesqueleto en particular, debe-
mos quitar o alterar selectivamenteIa función de las pro-
teínasrelevantes:en el casode la tubulina y de la actina,
podemos usar ciertassustanciaspara alterarla función de
la proteína en un sentido determinado.Mediante el estu-
dio de los efectosde dichasdrogasen procesoscelulareses-
pecíficos,es posible determinar, al menos aproximada-
mente,las funcionesque dependende los microtúbulos o
de los microfilamentos.
Por ejemplo,la colchicina(un alcaloideque seobtiene
del azafrán silvestre,Colchicumautumnale), se une a los
monómeros de tubulina, inhibiendo su ensamblajeen mi-
crotúbulos y fomentando el desensamblajede los que ya
existen.Por el contrario, el taxol (del tejo americano, Taxus
brevifolia)seune fuertementea los microtúbulos y los es-
tabíliza,provocando que gran parte de la tubulina libre en
la célulaseasociepara formar microtúbulos. Por lo tanto,
la sensibilidadde un procesocelulara la colchicinao al ta-
xol, es un buen indicio de que los microtúbulos podrían
intervenir en dicho procesoen la célula.De una manerasi-
milar, la sustancia citocalasinaD, un metabolito fúngico y
la latrunculina A, vna toxina marina que seaíslade la es-
ponja del mar Rojo,Latrunculia magnifica,inhiben la poli-
merización de los microfilamentos de actina.Por el con-
trario, la faloidina un péptido cíclico obtenido del hongo
oronja verde(Amanita phalloides),bloqueala depolimeri-
zaciín de la actina, y estabilizandolos microfilamentos.
Losprocesosque seven interrumpidos en lascélulascon el
tratamiento con estassustanciasprobablementedependan
de alguna manera de los microfilamentos. Los usosy los
efectosde estassustanciassediscutirán detalladamente alo
largo del capítulo.
Además del empleo de sustancias,también nos pode-
mos servir de las mutacionespara estudiarel citoesquele-
to. Los biólogos celulares,mediante el uso de la genéticay
la biología molecular, han aislado organismos mutantes o
líneascelularesen los que sehan introducido mutaciones
específicasen una proteína determinadadel citoesqueleto.
Técnicasparaelestudiodelc¡toesqueleto467

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Capítulo15 Elcitoesqueleto468
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Dichasmutacioneshan sido útilespara indentificarlos
procesoscelularesquerequierenla participaciónde pro-
teínasdelcitoesqueletoy paraelucidarquépartesdedicha
proteínasonnecesariasparasufunción.
Teniendopresentesestastécnicas,estamosahorapre-
paradospara tfatan cadauno de los tres componentes
principalesdel citoesqueleto.En cadacaso,considerare-
mos la químicade la(s)subunidad(es),la estructuradel
polímero,el modo de polimerización,la función de las
proteínasaccesoriasy algunosdelospapelesestructurales
y funcionalesquedesempeñacadacomponentedentrode
la célula.Trataremosenprimerlugarlosmicrotúbulos.
üÁeeebgJgs
Existendostiposdemicrotúbulosquesonresponsables
demuchasfuncionesenla célula
Losmicrotúbulos(MTs)sonloselementosdelcitoesque-
letomásgrandes(Tabla15.1).Losmicrotúbulosdelascé-
lulas eucariotaspuedenser clasificadosen dos grandes
grupos,quesedifcrens;ian*IanlqporsuJr{adodeo{ütn!za-
EIprimá grupó,losmicrotúbulos delaxonema,inclu-
yealosmicrotúbulosaltamenteorganizadosy establesque
seencuentranenestructurassubcelularesespecíficas,rela-
cionadascon el movimiento celular,como los cilios,los
flagelosy los corpúsculosbasalesa los queseunenestos
apéndices.El elementocentral,o axonemaldeun ciiio o de
un flageloestáformadopor un hazmuy ordenadodeMTs
delaxonemay protelnasasociadas.Debidoasuestabilidad
y ordenamiento,no essorprendentequelosMTsdelaxo-
nemafuesenel primero de los dosgruposen serdescu-
biertoy estudiado.Yahemosvistopreviamenteun ejemplo
de dichaestructura;el axonemadela coladel espermato-
zoidedela Figura4.12,estáformadopor MTs.EnelCapí-
tulo 16consideraremosmásdetalladamentela estructura
delaxonemay losmovimientosmediadosporlosmicrotú-
bulos.
El segundogrupolo forma unaredmáslaxay dinámi-
cademicrotúbulos citoplásmicos.LosMTscitoplásmicos
no fuerondescubiertosenlascélulaseucariotashastaprin-
cipiosde la décadade 1960,conla apariciónde mejores
técnicasdefijación,quepermitieronlaobservacióndeuna
reddeMTs,quehoyendíasesabequepredominanenel
citosoldeIamayoríadelascélulaseucariotas.A partir de
esemomento,lamicroscopíadefluorescenciahamostrado
la diversidady la complejidaddelasredesdeMTsendife-
rentestiposcelulares.
Los MTs citoplásmicosdesempeñanvariasfunciones
(véaseTábla15.1).Porejemplo,sonnecesariosenlascélu-
lasanimalesparaelmantenimientodelosaxones,prolon-
gacionesdelascélulasnerviosas,cuyaspropiedadeseléc-
tricas hemos examinadoya en el Capítulo 13.Algunas
célulasanimalesnecesitanlos MTs citoplásmicospara
mantenersu forma polarizadadurantesu migración.Se
piensaque en lascélulasvegetales,los MTs citoplásmicos
regulanIaorientaciónconla quesedepositanlasmicrofi-
brillasdecelulosaduranteelcrecimientodelasparedesce-
lulares.EsparticularmenteimportanteelpapeldelosMTs
citoplásmicosen la formación de los bugs gi¡ólrcqs y
glgiófiQ.s,que son esencialespara el movimiento de los
cromosomasdurantetaettg51¡¿lqpaciosb (véaseCapitu-
lo 19).
Losmicrotúbuloscitoplásmicoscontribuyenasimismo
aIadisposiciónespacialy almovimientodireccionaldeve-
sículasy de otrosorgánulos,proporcionandoun sistema
de fibrasorganizado,queguíasu movimiento.Porejem-
plo,losMTscitoplásmicosa¡rdan a establecerlalocaliza-
ción de orgánuloscomo el aparatode Gg$9y elretícukr
Adoplá.iq1gg,y estánimplicadosenelmovimientoactivo
devesículas(véaseCapitulo16).
Losheterodímerosdetubulinasonlasprote¡nas
conlasqueseconstruyenlosmictotúbulos
ComosehamencionadoenelCapítulo4,losMTssonci-
lindrosrectosy huecosconun diámetroexteriorcercanoa
los 25 nm y un diámetrointerior de aproximadamente
15nm (Figura15.2).Losmicrotúbulospuedenvariarenor-
mementeenlongitud.Algunosmidenmenosde 200nm
delargo;otros,comolosmicrotúbulosdelaxonema,pue-
denllegaramedirdevariosmicrómetros.Lapareddelos
microtúbulosestáformadapor un conjuntodepolímeros
linealesllamadosprotofi.lamentos.Normalmentehay l3
protofilamentos,colocadosuno al ladodelotro, alrededor
delhuecocentralo lumen.
Comosemuestraenla FiguraI5,2,lasubunidadbási-
cadeun protofilamentoesun heterodímerodelaproteína
t¡gpggE/ Los heterodímerosque constituyenla mayor
partede los protofilamentosestáncompuestospor una
moléculadetubulina a y unamoléculadetubulina B.Tan
pronto como sesintetizanlas moléculasindividualesde
tubulina a y B, éstasseunen no covalentementeuna a la
otraparaproducirun heterodímeroaB queno sedisocia
encondicionesnormales.
Lasmoléculasde tubulina a y B tienen un diámetro
aproximadode4-5nm y un pesomolecularde55kDa.En
diversosestudiosestructuralesseha comprobadoquelas
tubulinasa y B tienencasilasmismasestructurastridi-
mensionales,a pesardequesólocompartenel 40%odesu
secuenciadeaminoácidos.Cadaunasepliegaentresdo-
minios:un dominio en el extremoN-terminal,que une
GTRun dominio central,dondepuedeunirseelinhibidor
de la polimerizaciónde los microtúbulos,la colchicinay
un tercer dominio en el extremo C terminal, que inte-
raccionacon las proteínasasociadasa los microtúbulos
(MAPs;hablaremosmástardede lasMAPs en estecapí-
tulo).
Microtúbulos 469

Protofilamento
(a) Estructuradel microtúbulo (b) Microtúbulosen un axón
Figwa t5.2 Estluctulade un miclotúbulo, (a) Diagrama esquemáticoen el que semuestra un microtúbulo como un cilindro hueco que
encierrauna luz. El diámetro externoesde aproúmadamente 25 nm y el interno, de unos l5 nm. La pareddel cilindro estáformada por
13protofilamentos,la flechaseñalauno de ellos.Un protofilamento esun polímero lineal de dímerosde tubulina, cadauno delos cuales
estáconstituido por dos polipétidos,tubulina n y B.Todoslos heterodímerosdelos protofilamentos poseenla misma orientación,
proporcionando de estamanerala polaridad al microtúbulo. (b) Microtúbulos en un cortelongitudinal de un axón (TEM).
En elinteriordeun microtúbulo,todoslosdímerosde
tubulinaestánorientadosenlamismadirección.demane-
raquetodaslassubunidadesdetubulinad exponenelmis-
mo extremo.Estaorientaciónuniformedelosdímerosde
tubulinaprovocaqueun extremodelprotofilamentodifie-
raquímicay estructuramentedelotro,lo queconfiereuna
polaridadinherenteal protofilamento.La orientaciónde
losdímerosdetubulinaeslamismaentodoslosprotofila-
mentosdeun mismomicrotúbulo,lo queconfieiealpro-
pio microtúbulounaestructurapolar.
Lamayoriadelosorganismosposeenvariosgenesmuy
relacionados,aunqueno indénticosparacadasubunidada
y f detubulina.Estasformasdetubulinaligeramentedife-
rentessedenominanisoformasdela tubulina.Porejemplo,
enelcerebrodelosmamíferosexistencincoisoformasdela
tubulinaay cincoisoformasdelaB.Estasisoformasdifieren
principalmenteeneldominio C Terminal,lapartedelatu-
bulinaqueseunealasMAPs.Estoimplicaquelasdiferentes
isoformasdelatubulinaposeerándiferentespropiedadesde
unión alasMAPs.Sinembargo,no sehaestudiadodirecta-
menteenla mayoríadeloscasos,si lasdistintasisoformas
tieneno no propiedadesfuncionalescaracterísticas.
Losmicrotúbulossefoman med¡antela incorporación
dedimelosdetubulinaensusextremos
Losmicrotúbulosseforman por el ensamblajereversible
delos dímerosde tubulina.El procesodepolimerización
ha sidoestudiadoampliamentein vitro; enla Figura15.3
semuestraunarepresentaciónesquemáticadelensambla-
je deun microtúbuloin vitro.La reaccióndepolimeriza-
cióncomienzacuandosecalientaunasoluciónquecontie-
ne una cantidadsuficientededímerosdetubulina.GTPv
Mg2*,desde0 oChasta37"C. (LaformacióndeMT enla
soluciónpuedeobservarsefácilmenteenun espectrofotó-
metro como un aumentoen la dispersiónlumínica.)La
agregacióndelosdímerosdetubulinaenagrupacionesde-
nominadasoligómeros,representauna etapacrucialen la
formacióndelosmicrotúbulos.Estosoligómerosconstitu-
yenun <núcleo>apartir delcualpuedencrecerlosmicro-
túbulos,por Io queseconoceaesteprocesocomonuclea-
ción. Una vezque seha nucleado,el microtúbulocrece
mediantela adiciónde subunidadesen ambosextremos.
un procesodenominadoelongación.
Laformacióndelosmicrotúbuloseslentaalprincipio,
enlo queseconocecomolafaseiniciallentadelensambla-
je delosmicrotúbulos(Figura15.4).Esteperiodoreflejala
relativalentitud delprocesodenucleacióndelosmicrotú-
bulos.Lafasedeelongación-es decir,laadicióndedíme-
rosdetubulina- esrelativamenterápida,comparadacon
lanucleación.Finalmente,lamasadelosmicrotúbulosau-
mentahastaun punto enel quela concentracióndetubu-
linalibreeslimitante.Estoconduceala fasedeequilibrio,
enlaquelapolimerizacióndelosmicrotúbulosseencuen-
tra enequilibrio conla depolimerización.
El crecimientoin vitro delosmicrotúbulosdependede
Ia concertacióndelos dímerosdetubulina,detal manera
que el microtúbulo crececuandola concentraciónde tu-
bulinaesaltay sedespolimerizacuandolasconcentracio-
nesdetubulinasonbajas.En algúnpunto entreestasdos
470 Capítulo15 Elcitoesque¡eto

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Oligopolios Protofilamento
Figura15.3 Modelodelensamblajedelosmicrotúbulosin vitro. Losmicrotúbulosseforman a partir desubunidadescompuestaspor una
moléculadetubulina a y una moléculadetubulina B,unidasfuertementeformando un dímero,denominadoheterodímerodetubulina aB
o, simplemente,dímerodetubulina.O En el inicio delprocesodenucleación,sepuedenagregarvariosdímerosdetubulina,en
agrupacionesdenominadasoligómeros.@ Algunosdeelloscomienzana formar cadenaslinearesdedímerosdetubulina llamadas
protofilamentos.@ Losprotofilamentospuedenasociarsedespuésuno a1lado delotro formando láminas.@ Lasláminas,quecontienen13
o másprotofilamentospuedencerrarseenun tubo,formando un microtúbulo.@ La elongacióndelmicrotúbulo continúacon la agregación
desubunidadesdetubulina en uno o enambosextremos.
Fase
de elongación
@ @
Dímeros
de tubulina
condicionesse encuentra una concentración de tubulina
en la que la polimerización estáen perfectoequilibrio con
la depolimerización.La concentración de los dímeros en
estepunto sedenomina concentración crítica global.
Laincorporacióndelosdimerosdetubulinatiene
lugarconmayorrapidezenlosextremosumás,
delosmicrotúbulos
La polaridad estructural inherente a los microtúbulos es
debida que los dos extremosdifieren químicamente.Otra
Láminasde
protofilamentos
Fase
de equilibrio
Microtúbuloscon
subunidadesque
se añadeny se
ellminan
diferencia importante entre los extremos es que uno de
ellos crece o se encoge mucho más rápidamente que el
otro. Estadiferenciaen la tasade polimerización,puedevi-
sualizarsefácilmente mezclando las estructurasasociadas
de los microtúbulos que seencuentranen Ia basede los ci-
lios, llamados corpúsculosbasales,con heterodímeros de
tubulina. Los corpúsculosbasalessirven de núcleo parala
polimerización en ambos extremos,pero los MTs crecen
mucho más rápidamentepor un extremo que por el otro.
(La posición del corpúsculo basal en un microtúbulo en
88
%@
%ep
%E
o o
Faseiniciallenta
/ n r r ¡ l o a ¡ i Á n
Dímeros
individuales.*
o P c s @
3,-- cocoOligómeros
I
-/ 03
<
microtúbulo
F l n n n e n i Á n
delmicrotúbulo
Figura15,4 Cinéticadela polimetizacióndelos
microtúbulosin vitro, La cinéticadel ensamblaje
delos MT puedeseguirseobservandola cantidad
deluz dispersadapor una soluciónquecontiene
GTP-tubulina despuésde calentarlade 0 'C a
37"C. (Lapolimerizacióndelosmicrotúbulos
seinhibe por frío y seactivapor calor).Las
medidasdela dispersióndela luz reflejan
cambiosen la población total deMTs y no la
polimerización de microtúbulos individuales.Si
semiden deestamanera,la polimerizaciónde
los microtúbulos presentatresfases:inicial lenta,
elongacióny de equilibrio. La fasede retraso
correspondea la nucleación.Durantela fasede
elongaciónlosmicrotúbuloscrecen
rápidamente,haciendoque la concentraciónde
subunidadesde tubulina libre decline.Cuando
estaconcentracióneslo suficientementebaja
como para iimitar la polimerrzación,sealcanza
la fasede meseta,donde seañadeny eliminan
subunidadesdelos microtúbulos con una tasa
equivalente.
o
C ^
f o
r O
- . 1
a Á
o Í
c o
-_
a
M%Microtúbulo
en crecimiento
Protofilamentos
Tiem Poa37' C +
Microtúbulos471

crecimientopuedeestablecersepor suaspectodiferenteal
microscopioelectrónico;Figura15.5).Elextremodecreci-
miento rápido del microtúbulo se denomina extremo
más,siendoelotro,el extremomenos.
Lasdiferentestasasdecrecimientoenlos ertremosmás
y menosreflejadiferenciasen lasconcentracionescríticas
que serequierenparala polimerizaciónen ambosextre-
mos del microtúbulo;la concentracióncríticaen el extre-
mo mósesmenor queen el extremomenol Sila concen-
tración de tubulina libre esmayor que la concentración
críticaparael extremomásperomenorquela concentra-
Extremosmás
Corpúsculobasal
]**"".*'**
-
o5&m
--
Figura15.5 Ensamblajepolardelosmicrotúbulosinvitro. Se
puededemostrarlapolaridadenelensamblajedelosMTs,
añadiendocorpúsculosbasalesaunasolucióncondímerosde
tubulina.Losdímerosdetubulinaseañadenalosextremosznlsy
menosdelosmicrotúbulosdelcorpúsculobasal.Sinembargo,los
MTsquecrecendesdeelextremoz¿íssonmuchomáslargosque
aquellosquecrecendesdeelextremomenos.
cióncríticaparaelextremomenos,entoncestendrálugarla
polimerizaciónen el extremomás,y la depolimerizaci1n
en el extremomenos.Esteensamblajey desensamblajesi-
multáneoproduceelfenómenoconocidocomorecambio
rotatorio (Figura15.6).El recambiorotatorio surgecuan-
do unadeterminadamoléculadetubulinaqueseincorpo-
ra en el extremomás,sedesplazadaprogresivamentea lo
largo del microtúbulo y finalementesepierde,mediante
depolimerización,por elextremomenos.
LahidrólisisdeGTPcontr¡buyea la inestabilidad
dinámicade losmicrotúbulos
En elapartadoanterior,vimosquela tubulinapuedepoli-
merizarin vitro enpresenciadeMg2+y GTP.De hecho,el
GTPesnecesarioparaelensamblajedelosMT. Cadahete-
rodímerodetubulinaunedosmoléculasdeGTP.Latubu-
lina a une uno delos GTPs;el otro lo unela tubulina B,y
puedehidrolizarseaGDPinstantesdespuésdequeseaña-
daelheterodímeroalMT.AparentementeserequiereGTP
parala polimerizacióndelosMT,yaquela asociaciónen-
tre dímerosdetubulinaunidosa GDPesdemasiadodébil
comoparasoportarla polimerización.Sinembargo,lahi-
drólisisde GTP no esimprescindibleparael ensamblaje,
comosedemuestraenexperimentosenlosquelosmicro-
túbulossehacenpolimerizarapartir detubulinasunidasa
un aniílogono hidrolizabledeGTP.
Los estudiosde la polimerizaciónde los MTs in vitro
utilizandocomocentrosdenucleacióncentrosomasaisla-
dos (una estructuraque se tratarácon detallemás ade-
lante)muestranquealgunosmicrotúbulospuedencrecer
por polimerizaciín almismotiempoqueotrosseencogen
Extremomás Extremomenos
On
E"l
O)
ür'
--'tt
---z$
f$*-
$_
l/
'T
Figura15.6 Cintasin fln de los microtúbulos. La polimerización
de los microtúbulos ocurre másrápidamenteen el extremo más del
MT que en el menos,Cuando la concentraciónde tubulina es
mayor que la concentracióncrltica para el extremo mós,pero
menor que la concentracióncrltica para el extremo menos,el
microtúbulo puedeañadir heterodímerosde tubulina a su extremo
más,mientrasque los pierde por su extremo m¿nos.
472 CapÍtulo15 Elcitoesqueleto

por depolimerización. Thnto es así que algunos microtú-
bulos de hecho,crecena expensasde otros.
Paraexplicar cómo la polimerización y la depolimeri-
zaciín pueden ocurrir simultáneamente, Tim Mitchison y
Mark Kirschner propusieron el modelo de inestabilidad
dinámica. Estemodelo suponela existenciade dos pobla-
ciones de microtúbulos, una que creceen longitud me-
diante la continua polimerización en sus extremos más y
otra que disminuye en longitud por depolimerización.La
diferenciaentrelasdospoblacionesestribaen quelos MTs
en crecimiento presentanla tubulina unida a GTP en sus
extremos más, mientras que los MTs que están disminu-
yendo en tamaño,presentanGDP.Debido a que lasmolé-
culasde tubulina unidas a GTP tienen mayor afinidad en-
tre ellasque por la tubulina unida a GDR la presenciade
un grupo de moléculasde tubulina unidas a GTP en el ex-
fremo más,da lugar a la formación de un casquetede GTR
que proporciona un extremo estableen el microtúbulo, al
que sepueden unir más dímeros (Figura 15.7a).Sepiensa
que la pérdida de GTP tiene como resultadola aparición
de un extremo inestable, en el que la depolimerización
puedetenerlugar rápidamente.
La concentración de tubulina unida a GTP es crucial
para el modelo de inestabilidad dinámica. Cuando hay
disponibles muchas tubulinas unidas a GTR éstas se
añaden rápidamente al microtúbulo, formando un gran
casquetede tubulina-GTP. Sin embargo, si Ia concentra-
ción detubulina-GTP disminuye,la tasade incorporación
de tubulina decrece.Cuando la concentraciónde GTP-tu-
bulina essuficientementebaja,la tasadehidrólisis de GTP
en las subunidadesde tubulina B en las proximidades del
extremo del MT, supera Ia tasa de incorporación de tu-
bulina unida a GTP nueva. Esto tiene como resultado el
acortamiento del casquetede GTP. Cuando el casquete
de GTP desparece,el MT sevuelveinestable,y la pérdida
de subunidades unidas a GDP se ve favorecida por su
extremo,
Figura15.7 ElcasquetedeGTPy sufunciónenlainestabilidad
dinámicadelosmicrotúbulos.(a)ModeloqueilustraIafunción
delcasquetedeGTP.CuandoIaconcentracióndetubulinaesalta,
larapidezconlaqueseincorporaGTP-tubulinaalextremodel
mic¡otúbuloesmayorqueconlaquesehidrolizaelGTP
incorporado.ElcasquetedeGTPresultanteestabilizaelextremo
delMT y promueveelcrecimiento.Latasadecrecimientoa
concentracionesmenoresdetubulinadisminuve.aumentandola
hidrólisisdelGTP.Seformaasíunextremoinéstable(sincasquete
deGTP)quefavoreceladepolimerizacióndelMT.Laexistenciade
lainestabilidaddinámicaestáapoyadapor datosexperimentales.(b)
Lasfasesdecrecimientoy acortamientosealternanenun MT
individualobservadoconmicroscopíaóptica.Losextremoszásy
menoscreceryseencogenindependientemente.(c)Lafrecuencia
delacatástrofey elrescatedelmicrotúbulodependendela
concentracióndetubulina.Lacatástrofe,elcambiodecrecimiento
aacortamiento,esmenosfiecuenteconconcentracionesde
tubulinaelevada.Elrescate,elpasodeacortamientoacrecimiento,
esmásfrecuenteconconcentrácionesaltasdetubulina.
La observación in vitro, con el microscopio óptico, de
microtúbulos aislados,aporta evidenciasdirectasde la in-
estabilidaddinámica.Un mismo MT puede alternar entre
periodos de crecimiento y acortamiento (Figura 15.7b).
Cuando un microtúbulo pasade la elongación al acorta-
Tubulina-GDP Tubulina-GTP
CRECIMIENTO
<-ffi-
'lf
l
.:
O)
C
o
c)
a
.o
_o
E(5
O
.(ÚO
c
a)
f
O
c)
LL
ACORTAIiIENTO
30
l,4inutos
5 1 0 1 5 5 1 0 1 5
Concentracióndetubullna(mM)
,-$ E
.-td
Extremomás
Concentraciónalta
deturbina
Casquetede GTP
^
I Concentración
I ouiuo. turbulina
I
V
Extremo
más
FRECUENCIA I FRECUENCIA
DECATÁSTROFEI OTRESCATE
Extremo
menos
.**'"S"men.os

(c)
Microtúbulos473

miento, un fenómenoque seconocecomocatástrofedel
miciotúbulo,éste puede desaparecercompletamente,o
puedevolverrepentinamentea la fasede crecimiento,un
eventodenominadorescatedelmicrotúbulo.Lafrecuencia
dela catástrofeestáinversamenterelacionadaconla con-
centracióndetubulinalibre.Lasconcentracioneselevadas
de tubulina hacenque la catástrofeseamásimprobable,
aunquepuedeocurrir. Cuandotiene lugar la catástrofe,
una concentraciónde tubulina altahacemásprobableel
rescatede un microtúbulo que estáreduciéndose(Figura
15.7c).Lacatástrofeesmásprobableenelextremomásde
un MT, independientementedela concentracióndetubu-
lina,esdecir,lainestabilidaddinámicaesmáspatenteenel
extremomásdelmicrotúbulo.Sehademostradola inesta-
bilidad dinámicaen célulasvivasutilizando microscopía
de contrasteinterferencial-diferencial(DIC), mejorada
por vídeo,paraseguirlosciclosvitalesdeMTsaislados(Fi-
gura15.8).Estosestudioshandemostradoqueelfenóme-
no dela inestabilidaddinámicano esexclusivodelosMTs
in vitro.
Losmicrotúbulosseor¡ginandentrode la célula
encentrosorgan¡zadoresdemicrotúbulos
En los apartadosanterioreshemos analizadoprincipal-
mentelaspropiedadesdela tubulinay losMTsin vitro, lo
que nos ha proporcionadola basepara entendercómo
funcionanenla célula.Sinembargo,la formacióndeMTs
in vivo esun procesomásordenadoy regulado,quepro-
ducegruposde MTs en lugaresdeterminadosdela célula
parafuncionesceliilaresespecíficas.
Losmicrotúbulosnormalmenteseoriginanapartir de
una estructuracelular denominadacentro organizador
microtubular (MTOC).Un MTOC sirvecomoun lugaren
elqueseiniciael ensamblajedelosMTs,alavezquepro-
porcionaun punto deanclajeparauno delosextremosde
estosMTs.Muchascélulasdurantela interfasetienenun
MTOC llamado gglp¡gry que estásituado cercadel
núcleo.En lascélulasanimales,el centrosomaestácom-
puestonormalmentepo, dosfftrñrodeados por un
materialgranulosodifuso conocidocomomaterial peri-
centriolar(Figura15.9a).Enmicrograffaselectrónicasdel
centrosoma,sepuedeobservarque los MTs seforman a
partirdelmaterialpericentriolar(Figura15.9b).Laestruc-
tura simétricade los centriolosesextraordinaria(Figura
15.9a).En la mayorpartede los casos,los centriolosse
orientanperpendicularmenteuno conrespectoal otro:la
razóndeestacolocaciónno seconoceaún.Sesabequelot
centriolosestánimplicadosenla formacióndeloscorpris-
culoshasales,que son importantesparala formación de
los cjüqsy los.flagelos(véaseCapitulo16).El papeldelos
centriolosenlascélulasno ciliadasesmenosclaro.En las
célulasanimales,loscentriolospuedenservirparareclutar
elmaterialpericentriolaralcentrosoma,queserviráposte-
riormente como núcleopara el crecimientode los MTs.
(e) (f) F
1o¡rm---r
Figura15.8 Lainestabllidaddinámicade losmicrotúbulosin vivo.
Los microtúbulos deuna célulaviva, observadospor microscopía
de contrasteinterferencial-diferencial(DIC), mejorada
digitalmente,presentaninestabilidaddinámica in vivo. LosMTs,
indicadosaquí con varios tipos de flechas,sehan registradoa lo
largo del tiempo, desde(a) hasta(f). Los MTs crecenhastael borde
de la célulay despuésseacortan rápidamente.Parauna explicación
del microscopio DIC, consultarel Apéndice.
Cuandoloscentriolosno estánpresentesenlascélulasani-
males,sedispersaelmaterialquesirvecomonúcleoparael
crecimientodelosMTs,y desapareceelMTOC.Lascélulas
quenoposeencentriolospuedendividirse,probablemente
porquelos cromosomasseancapacesde organizara los
MTs a partir de algunode susextremos.Sinembargo,los
husosqueseforman estánpocoorganizados.A diferencia
delascélulasanimales,lascélulasdelosvegetalessuperio-
resno poseencentriolos;estoindicaqueloscentriolosno
sonimprescindiblesparalaformacióndeMTOCs.
Losgrandescomplejosproteicoscon forma de anillo,
propiosdelcentrosoma,contienenotro tipo detubulina,la
tubulina y. Sepuedenver los anillosde tubulina y en la
basede los MTs que emergendel centrosoma(Figura
15.10).Loscomplejoscon forma de anillo de tubulinay
sirven como núcleo para el ensamblajede nuevosMTs
(a)
(c)

Material
pericentriolar
Centriolos
Microtúbulos
(c, Microtúbulo 1,4p,m
Figura15.9 Gentrosoma. (a) En lascélulasanimales,el
centrosomaestáformado por dos centriolosy un material
pericentriolar asociado.Lasparedesde los centriolos están
compuestaspor nueúetripletes de microtúbulos. (b) Micrograffa
electrónicadel centrosoma,mostrando los centriolosy el material
pericentriolar. Obsérveseque los microtúbulos seoriginan a partir
del material pericentriolar. (c) Nucleacióny ensamblajedeMTs en
un centrosomain vitro.
--tsir-ñm-
Figura15.10 ltubulinaenlabasedelosmicrotúbulosquese
od$nandesdeel centrosoma.MicrograflaelectrónicadeunMT
queseoriginadesdeelcentrosoma.Latubulina7fuemarcadaaqul
conanticuerposunidosapequeñaspartlculasdemetal,Enla
micrografíaelectrónica,estosanticuerposaparecencomoesferas
brillantes(TEM).
desdeel centrosoma.En el centrosomatambién seencuen-
tran otras proteínas, como la pericentrina. Aparte del cen-
trosoma, ciertostipos celularesposeenotros MTOCs. Por
ejemplo, los corpúsculos basalesde la basede cada cilio en
las célulasciliadas funcionan también como un MTOC.
LosMTOCsorgan¡zany polar¡zanlosmicrotúbulos
enlacélula
Elcentrosomau organizadormicrotubula¡desempeñaun
papelimportante en el control de la organizaciónde los
microtúbulosen la célula.El aspectomásimportante de
estafunción, probablementeseala capacidaddel MTOC
de nucleary anclarlos MTs.Graciasa estacapacidad,los
MTs seextiendendesdeel MTOC haciala periferiade la
célula.Esmás,crecendesdeel MTOC conunapolaridad
determinada-sus sxt¡srnosmenosancladosenelMTOC,
y susextremosfinós.extendiéndosehaciala membranace-
lular-. LarelaciónentreelMTOC y la distribucióny po-
laridaddelosMTssemuestraenla Figura15.11.
ElMTOC tambiéninfluyeenelnúmerodemicrotúbu-
los de una célula.CadaMTOC tieneun númerolimitado
de sitiosde nucleacióny anclajeque determinancuántos
MTspuedenformar.No obstante,la capacidaddenuclea-
cióndeMTsdelMTOC puedemodificarseduranteciertos
procesoscomolamitosis.Porejemplo,lacantidaddeperi-
Centrosoma
Microtúbulos475

/
("lt-')
Centrosoma
Extremoapical
l l n r n r i c n r r l n c
basales(MTOC)
Extremobasal
Hazmarginal
de microtúbulos
(polaridadmixta)
(c) Eritrocito(a)Célulanerviosa (b)Célulaepitelialciliada
Centrosoma Centrosomas
(MTOC)
Cromosomas
(d)Célulaen división
Figuta15.11 Efectosdela polaÍdadde losmicrotúbulosensu orientacióndentrodelascélulasanimales. En la célula,la distribucióndela
mayoriadelosmicrotúbulos,vienedeterminadapor el centroorganizadorde microtúbulos(MTOC), queenmuchasocasionesesun
centrosoma.LaorientacióndelosMTs en una célulapuedevariarcon 1afunción deesacélula.Losmicrotúbulosseseñalanen naranja.
(a) LascélulasnerviosasposeendosgruposdeMTs,aquellosqueseencuentranen el axóny aquellosqueestánenla dendrita.LosMTs
axonalesestánunidosal centrosomapor suextremomeno5consusextremosmásen el extremodel axón.Por suparte,los MTs dela
dendritano estánasociadoscon el centrosomay tienenpolaridadesmi-xtas.(b) LascélulasepitelialesciliadastienenmuchosMTOCs
denominadoscorpúsculosbasales,uno enla basedecadacilio.LosMTs ciliaresseoriginancon suextremomenosenloscorpúsculosbasales
y sealargancon suextremo máshaciael extremodel cilio.(c) Loseritrocitoshumanosmadurosno poseenni núcleoni MTOC. No
obstante,tienenMTs,cuyapolaridadesmixta y forman una bandacircularenla periferiadela célula.Estabandaayudaa mantenersu
forma discoidal(d) A lo largodelprocesodela mitosis,losMTs de una célulaendivisiónestánorientadoscon susextremosmenosanclados
en el centrosomay susextremosmásapwlando lejosdeé1.La divisióncelularestáprecedidapor la divisióndelcentrosoma.Despuéslos dos
centrosomasseseparan,y forman cadauno un polo delhusomitótico.En la metafase,loscentrosomasseencuentranenladosopuestosde
la célula.Cadacentrosoma,o polo delhuso,forma la mitad delosMTs del huso,algunosdeloscualesseextiendendesdeel polo hastalos
cromosomas,mientrasqr,reotros1ohacendesdeun polo hastael otro.
centrina fluctúa durante la mitosis, siendo más alta en la
profasey la metafase,cuando los polos del huso muestran
la mayor actividad nucleadora.
Laestabilidaddelosmicrotúbulosestáestrechamente
reguladaenlascélulas
La capacidadde nuclear de los MTOCs, como el centroso-
ma, tiene una consecuenciaimportante para la dinámica
de los microtúbulos en lascélulas.Debido a que los extre-
mos menosde muchos MTs estánancladosal centrosoma,
el crecimientoy acortamientodinámico de estosmicrotú-
bulos en susextremos másliende a sucederen la periferia
de lascélulas.
Yahemos visto que los microtúbulos celularespresen-
tan una inestabilidaddinámica: crecendesdeel centroso-
ma y despuéssedesensamblan.Esteprocesopuedeocurrir
asíen los MTs devida corta,distribuidos a azaren la célu-
la, pero no en los grupos organizadosy estables.Los MTs
son generalmentedemasiadoinestablespara permanecer
intactosdurante mucho tiempo y secolapsansi no seesta-
bilizan de alguna manera. Una forma de estabilizarlos MTs
es(capturar> y protegersusextremosmasen crecimiento.
Durante la mitosis sepuedeobservarun buen ejemplo
de cómo esta captura de los microtúbulos, produce un
conjunto de MTs ordenados de una manera precisa (Fi-
gura 15.11d),como analizaremosen el Capítulo 19.Antes
de la profase,el centrosomasereplica,dando lugar a dos
rl,¡
ii0-
di
l¡
({t
til
|l¡t !
F,f t
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i t
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1t! t
CI
l !
t Í
il
Interfase
ffiProfasetemprana Metafase

centrosomashijos. Éstosse separandurantela profase
'temprana
y semuevenaladosopuestosdela célula,don-
de sirvencomo los polosdel husomitótico.Cuandose
desorganizala membrananuclear,los cromosomasse
conectanconlospolospor mediodelosMTs.Paraesta-
bilizar estasconexiones,elcinetocorodecadacromosoma
capturalos extremosmásde los MTs.AquellosMTs que
a medidaque crecendesdeel polo del huso,encuentren
un cinetocoro,seráncapturadosy estabilizados.Aquellos
queno lo encuentrensedesorganizaránfinalmente,por
inestabilidaddinámica,y seránreemplazadospor unos
nuevosque experimentaránel mismo proceso.A través
de sucesivosciclosdecrecimientoy depolimerizaciónde
MTs,el cinetocorode cadacromosomacapturaráfinal-
menteun MT y seconectaráa los polosdel husoacro-
mático.
Loscinetocorosno sonlosúnicoslugaresdondesees-
tabilizanlosextremosmósdelosMTs.LosMTsasociados
conecórtexcelular,lareddeactinadesarrolladapor deba-
jo dela membranaplasmática,sonestabilizadosen algu-
nassituaciones.Tantoenel cinetocorocomoenel córtex,
existenunasproteínas<<rastreadoras>>deextremosmásque
seasociancondichosextremosdeIosMTs.Secreequees-
tasproteínas,ya seadirectao indirectamente,estabilizan
losextremosmásy disminuyenla probabilidaddequesu-
fran unapérdidacatastróficadesubunidades.
Ciertasdrogasafectanal ensamblajedelosmicrotúbulos
Existenvariasdrogasqueafectanel ensamblajedelosmi-
crotúbulos.La másconocidaesla colchicina,presentada
anteriormenteen estecapltulo,queactúauniéndosea los
dlmerosde tubulina. El complejocochicina-tubulinare-
sultante,puedeunirseal extremoen crecimientodel MT,
perobloqueaIa incorporaciónposteriorde moléculasde
tubulinay desestabilizala estructura,promoviendopor lo
tantola depolimerizacióndelMT. La vinblastinaylavin-
cristinasoncompuestosrelacionadosqueseobtienendela
vincamenor(Vincaminor),queprovocanlaagregaciónde
la tubulina en el interior de la célula.El nocodazol(un
benzimidazolsintético)esotro compuestoque inhibe la
polimerizacióndelosMTsy seusafrecuentementeen al-
gunosexperimentosen lugar dela colchicina,porquesus
efectossepuedenrevertir con mayorfacilidadcuandose
retirala droga.
Estoscompuestosseconocencomodrogasantimitóti-
casporquedesorganizanelhusomitótico delascélulasen
división,bloqueandoelprogresodela mitosis.Lasensibi-
lidad del husomitótico a estasdrogasescomprensibleya
quelasfibrasdelhusoestáncompuestaspor muchosmi-
crotúbulos.La vinblastinay la vincristinatienentambién
aplicaciónmédicacomodrogasanticancerosas.Seutilizan
conestepropósitoporquelascélulascancerosassedividen
rápidamentey son,por lo tanto,mássusceptiblesalasdro-
gasqueinterfierenconelhusomitótico.
El taxol, que también ha sido presentado anteriormen-
te en estecapítulo, tiene el efecto contrario en los microtú-
bulos: cuando seune a los MTs, los estabiliza.Dentro de las
células, provoca que la tubulina libre se una, formando
MTs y secuestrandoa lascélulasen mitosis. Así, tanto el ta-
xol como la colchicina bloquean a las célulasen la mitosis,
pero lo hacenproduciendo efectosopuestosen los MTs, y
por tanto, en las fibras del huso mitótico. El taxol se usa
también en el tratamiento de algunos tipos de cáncer,en
especialen el de cáncerde mama.
Losmicrotúbulosestánreguladosentodasu longitud
porproteínasasociadasa microtúbulos
Sesabequeciertasproteínasmodulanla estructura,elen-
samblajey la función delosmicrotúbulos.Estasproteínas
asociadasa los microtúbulos (MAPs) representanel 10-
l5o/ode la masadeMTs aisladosde lascélulas.LasMAPs
confierenun nivel de regulaciónextraala organizacióny
funcionesdelosMTs.ParamodularIafuncióndelosMTs.
muchasMAPsseunena ellosa intervalosregulares,for-
mandoproyeccionesdesdelapared,quepermitenlainter-
accióncon otros filamentosy estructurascelulares.Las
MAPs son tambiénimportantesen la regulacióndel en-
samblajedelosMTs,probablementeuniéndoseal extremo
másencrecimientodeun microtúbuloy estabilizándoloy
previniendoasísudesensamblaje.Sehademostradoquela
mayoríadelasMAPsaumentanla estabilidaddelosMTs,y
algunaspuedeninclusoestimularsuensamblaje.Lasdife-
rentesMAPsdifierenprincipalmenteenla forma enla que
unenMTsentresío conotrasestructuras,y encómosere-
gulansusefectosenlosMTs.
La función de lasMAPsha sido muy estudiadaen las
célulascerebrales,yaqueconstituyenla fuenteprincipalde
estasproteínas.Sepuedendistinguirdosclasesde MAPs
asociadasa losMTs delascélulascerebrales:lasproteínas
motorasasociadasa losMT (MAPsmotoras)y lasMAPs
no motoras.LasMAPsmotoras sedenominanaslporque
usanAIP paradirigir eltransportedevesículasu orgánu-
loso paragenerarfuerzasdedeslizamientoentreMTs.En-
tre ellasseencuentranla quinesinay la dineína.Estudiare-
mosestasproteínasmásdetalladamenteenel Capítulo16.
LasMAPsno motoras parecencontrolarla organiza-
cióndelosmicrotúbulosenelcitoplasma.Un ejemplolla-
mativodedichafunciónpuedeobservarseenlasneuronas.
El correctofuncionamientodel sistemanerviosodepende
de las conexionesque establecenlas neuronasentresí,y
con otrostipos celulares.Paraello,lasneuronasemiten
prolongacionesllamadasneuritas,que seencuentranre-
forzadaspor hacesdeMTs.Lasneuritasalfinal sediferen-
cianenaxones,quetransportanseñaleseléctricasdesdeel
cuerpocelularde Ia neurona,y en dendritas,quereciben
señalesdelascélulasvecinasy lastransportanalcuerpoce-
lular.LoshacesdeMTssonparticularmentemásdensosen
losaxonesqueenlasdendritas.
Microtúbulos477

Larazóndeestasdiferenciasradicaenquelasdendritas
y los axonescontienendiferentesMAPs.Porejemplo,una
MAP específicade axonesllamadaThuhacequelos MTs
formen hacestensos.Una familia de MAPs denominada
MAP2 estápresenteenlasdendritasy provocaquelosha-
cesdeMTsseanmáslaxos.
Sepuededemostrarla importanciadelasMAPsenel
procesodeformacióndeneuritasintroduciendoIaprote-
ínaTauenunalíneacelularno neuronalquenormalmen-
te no puedefabricarningunadeestasproteínas.Estascé-
Iulassonredondasencondicionesnormales,perocuando
seintroduce el gen de tau y seexpresa,estascélulasex-
tiendenprolongacioneslargas,notablementesimilaresa
losaxones.
La diversidadde las MAPs puedeayudar a explicar
cómo puedendiferir lascélulasen la organizaciónde sus
microtúbulos.Además,lafunción dealgunasMAPspuede
alterarsemediantefosforilación,lo que proporcionaa la
célulaun mediorápidodecontroldela organizacióndelos
microtúbulos.
Microfilamentos
Conun diámetrocercanoalos7nm, losmicrofilamentos
(MFs) sonlos filamentosmáspequeñosdel citoesqueleto
(véaseTabla15.1).El aspectomejor conocidode los mi-
crofilamentosesla función quedesempeñanen lasÁbps
contrá"rilesdelascélulasmrtscrll^""",dondeinteraccionan
con filamentosdemiqsila, másgruesos,paraprovocarlas
contraccióncaracterístiCadel músculo.Sin embargo,los
MFsno sonexclusivosdelascélulasmusculares;estánpre-
sentesen casitodaslascélulaseucariotasy participanen
muchosotros fenómenos,que incluyenvariasfunciones
locomotorasy estructurales.
Algunos ejemplos de los movimientos celularesen
los que participanlos microfilamentossonel movim.ien-
Ítaryeboide,movimiento de lascélulassobreun sustrato
al que están unidas, y las corrientescitoplásmicas,trn
patrón de flujo citoplásmicoregular de algunascélulas
vegetalesy animales.LosMFstambiénproducenlos sur-
cosdesegmentaciónquedividenel citonlasmadelascé-
lulasanimalesdurantela citocinesis.Trataremosconmás
detalletodosestosfenómenosenel Capltulo16.LosMFs
también estánpresentesen los lugaresde unión de una
célulacon otra y con la mat"rizextracelular(véaseCapi-
tulo 17).
Ademásdemediaralgunostiposdemovimientoscelu-
lares,los MFsta
mantenimientodelu fogq" ..lolut Porejemplo,casitgdas
rincadareddemicrofi-
lamentosjusto debajodela membranaplasmáticaquese
denomjnacórleixcelular.El córtex aporta rigidez estruc-
tural en la superficiede la célulay facilitalos cambiosde
forma y el movimiento celular.Por otra parte,el núcleo
estructuraldelasmicrovellosidades,lasextensionesenfor-
ma dededoqueseencuentranenla superficiedemuchas
célulasanimales,estáformadopor hacesparalelosdeMFs
(véaseFigura4.2).
Laactinaes la proteínaconla quese construyen
losmicrofilamentos
La actinaesuna proteínaextremadamenteabundanteen
prácticamentetodaslascélulaseucariotas,incluyendolas
célulasde lasplantas,lasalgasy los hongos.La actinase
sintetizacomoun único polipéptidode375aminoácidos,
con un pesomolecularaproximadode 42 kDa. Una vez
sintetizada,sepliegatomandounaforma similara una U,
con una cavidadcentral que une AIP o ADP (Figura
15.12).Lasmoléculasindividualesdeactinasedenominan
actina-G(actinaglobular).Bajolascondicionesapropia-
das,las moléculasde actina-Gpolimerizanparaformar
microfilamentos;estaforma,seconocecomoactina-F(ac-
tinafilamentosa).Laactina,tantoensuformaGcomoFis,e
une a muchasotrasproteínas.Estasproteínasde unión a
actinabien regulany modiñcan la función de la actina,
bien sonreguladasu organizadasellasmismaspor la aso-
ciaciónconla actina.
Figura15,12 Estructuramolecularde un monómerode G-actina.
La cristalograffade rayosX muestraque el monómero de actina-G
tiene una conformación similar a una U. Un nucleótido (AIP o
ADP) seune reversiblementeen una cavidaddela proteína.
Cuando los monómeros de actina-G poümerizan formando
F-actina,Ia entradadela cavidadsetapapor otro monómero
de G-actina,atrapandoen el interior el nucleótido unido. Además,
la unión de una actina-G a otra, provocaque la entradaa la cavidad
secierremásfuertementesobreel nucleótido unido, promoviendo
la hidrólisis delAIP.
478 GapÍtulo15 E¡citoesqueleto

Enlascélulasexistendifetentestiposie actinas
y de proteínaslelacionadasconla actina
Laactinaeslamásconservadadelostrestiposdeproteínas
delcitoesqueleto.En ensayosfuncionales,todaslasactinas
parecenidénticasy las de diferentesorganismospueden
copolimerizarenfilamentos.A pesardeestealto gradode
similitud en la secuencia,lasactinasson diferentesentre
diferentesorganismosy entredistintostejidosdeun mis-
mo organismo.Básándonosenla similitud enlasecuencia,
podemos.distinguirdosgrandesgruposprincipales:lasac-
tinas específicasdel músculo (actinasa) y lasactinasno
musculares(actinasfryy).EnelcasodelasactinasFyy,se
ha demostradorecientementequeselocalizanen diferen-
tesregionesdela célulay queparecequeinteraccionande
maneradiferenteconlasproteínasde unión a actina.Por
ejemplo,enlascélulasepiteliales,quepresentanunaregión
apical,dotadademicrovellosidades,y otrabasal,unidaala
matrizextracelular(véaseFigua17.17),laactinaB seen-
'cuentrapredominantementeen el extremoapical,mien-
trasquelaactina1,seconcentraenelextremobasaly enlos
ladosdela célula.
Ademáddelosdiferentestiposdeactinas,existeunaco-
leccióndeproteínasparecidas,quesedenominanpygiag
rebcjpnaaasconJs-eújgt (Arpt.El grado de semejanza
conlasactinasesmenory así,por ejemplo,lasactinasde
laslevadurasy del pollo sonidénticasen másdel 90%ode
susaminoácidos,mientrasquelasArps presentansóloel
50olodesimilitud convariasactinasdiferentes.Comovere-
mosmástardeenestecapltulo,Arp2y Arp3participanen
la nucleacióndenuevosmicrofilamentosenlascélulasen
migración.
Losmonómerosdeact¡na-Gpolimedzan
enmicrof¡lamentosdeact¡na-F
Demaneraparecidaalosdímerosdetubulina,losmonó-
merosdeactina-Gpuedenpolimerizarreversiblementeen
filamentos,conunafasedeiniciaciónlentaquecorrespon-
deala nucleacióndelfilamento,seguidapor unafasemás
rápidadecrecimientodelpolímero.Lacinéticadela poli-
merizacióndelaactinapuedeestudiarseenunadisolución,
utilizandoactina-Gfluorescente.Sepuedemedirlafluores-
cenciadela actina-Fmarcada,paraobtenerdatosmuy si-
milaresalosdela tubulina.Losfilamentosdeactina-Fque
seforman, estáncompuestospor dos hebraslinealesde
actina-Gpolimerizada,unidasunaala otraformandouna
hélice,con máso menos13,5monómerosde actinapor
vuelta(Figura15.13).
Todoslosmonómerosdeactinaestánorientadosenla
misma dirección dentro de un mismo microfilamento,
por lo queel MR al igualqueel microtúbulo,poseeuna
polaridadinherente,con un extremoquedifiere del otro
tanto químicacomo estructuralmente.Dicha polaridad
puedeserfácilmentedemostradaincubandoaMFsconel
subfragmentolde la miosina(S1),un fragmentoproteo-
Iíticodela miosina(Figura15.14).LosfragmentosS1se
unen,o <decoran>,a losMFsdeactinasiguiendoun pa-
trón en forma de flecha,con todaslasmoléculasde Sl
apuntandoenla mismadirección(Figura15.14c).Basán-
doseenestepatrón enforma deflecha,frecuentementese
utilizan lostérminosextremopuntiagudoy extremobar-
bado,paraidentificarlosextremosmenosy mós,respecti-
vamente,deun MF.Lapolaridadenel MF esimportante
porquepermiteunaregulaciónindependientedela poli-
ATP ADp l<-36 nm----l
-t
(a)Ensamblajedel MEF
(b) Actina-Fpurificada
Fj-dlrm-f
Figura15.13 Modelodel ensamblajede los microfilamentosin vitro. (a) Los monómeros de actina-G polimerizan en filamentoslargosde
actina-Fcon un diámetro aproximado de 7 nm. La héliceda una lrrelta cada36-37 nm, y serequierencercade 13,5monómeros para una
vuelta completa.La incorporación de cadamonómero de actina-G estáacompañadao seguidade la hidrólisis de la molécula deATP,que
lleva fuertementeunida el monómero. De todasformas,no serequierela energíadehidrólisis delATP para llevar a cabola reacciónde
polimerización. (b) Micrograffa electrónicade actina-Fpurificada (TEM).
Microfilamentos479

Miosina
merizacióny depolimerizacióndela actina,encadaextre-
mo delfilamento.
Lapolaridaddelosmicrofilamentossereflejaenla in-
corporacióno pérdidadeactina-G,másrápidaenelextre-
mo más,y la incorporacióno pérdidade actina-G,más
lentaenelextremomenos(Figura15.13a).Siseañadeac-
tina-G a pequeñosfragmentosde actina-Fdecoradacon
S1,la polimerizaciónsucederámucho más rápidaen el
extremobarbado,lo queindicaqueesteextremodel fila-
mentocoincideconelextremomás.Aunquelascondicio-
nesseanfavorablesparala incorporaciónde monómeros
en ambosextremosdel filamento,el extremomáscrecerá
másrápidoqueelextremomeno*
A medidaquelosmonómerosde actina-Gseensam-
blanalmicrofilamento,el¡$! quellevanunido sehidroli-
zalentamente{4¿B dela mismamaneraqueelGTPuni-
do ala tubulinasehidrolizabaa GDP.Así,losextremosen
crecimientodeun MF tiendenatenerAlP-actina-F,mien-
trasquela mayorpartedelMF estácompuestopor ADP-
actina-F.No obstante,la hidrólisisdelATPno esun requi-
sitoindispensableparala elongaciónáelMR yaquelosMF
Extremomenos Extremomenos(apuntado)
Subunldad
de actina
Segmento
de miosina
puedentambiénelongarseconADP-actina-Goapartirde
análogosnohidrolizablesdeAlP-actina-G.
Lascélulaspuedenregulardinámicamentelamanera
y ellugardondeseensamblalaactina
Como acabamosde ver,al igual que ocurre con los micro-
túbulos, las célulaspueden regular dinámicamente dónde
y cómo debeensamblarseIa actina-G,para formar los mi-
crofilamentos.Lascélulasque sedesplazanpor un sustra-
to, tienen estructuras especializadasen su extremo de
avance,denominadaslamelipodiosy filopodios,quelesper-
miten caminar sobrela superficie(trataremoscon más de-
talle estasestructurasespecializadasen el Capítulo 16).El
tipo de protrusión parecedepender de la naturaleza del
movimiento celular y de Ia organización de los filamentos
de actina en la célula. En aquellascélulasque estánfuerte-
mente adheridas al sustrato y que no semueven bien, exis-
ten unos hacesde actina, denominado sfibras deestréso de
refuerzo, que seextienden desdela cola de la célula,o este-
Iahastael frente (Figura 15.15a).Lascélulasquesemueven
Cabezas
Subfragmento1
(s1)
^mfl-v
Subfragmentol
(St¡
K+Meromiosinaligera
(LN/M)
(b) Tratamlentoposteriorc.ñ +';^^i^^ |
Aq
OOOOI +
Subfragmento2
(s2) Extremo más l---------------
0,25um
' Extremornás(barbado)
(c) EMy diagramade losfragmentos51 "decorando"
microfilamentosde actina
Figuta15.14 Utilizacióndesubfiagmentosde miosina51 paladeterminarla poladdadde la actina, La miosinaII forma partedeIa
maquinaria contráctil deIascélulasmusculares.La cabezaglobular de ia molécula de miosina seune a la actina,mientras quelascolasde
miosina puedenasociarsecon filamentos demiosina (los miofilamentos gruesosdelascélulasmusculares).(a) La miosina II puedeser
escindidapor accióndeproteasas,comoIa tripsina,en dospartes,la meromiosinapesada(HMM) y la meromiosinaligera(LMM). (b) La
HMM puededigerirseposteriormente,quedandosóloIa cabezaglobular.Estefragmento,denominado, subfragmento I de ia miosina (Sl),
conservasuspropiedadesde unión a actina.(c) Cuando seincuban los microfilamentos de actinacon la miosina Sl y seexaminadespués
con un microscopio electrónico,los fragmentosSl parecen<decorar>los microfilamentos como puntas de flecha.Todaslaspuntas de flecha
S1señalanel extremo menos,indicando la polaridad del MF.
480 Capítulo15 Elcitoesqueleto

Fibrade estrés
Figura15.15 Alquitectutade la actinaen
lascélulasquese anasttan, La actina
estápresenteen diferentesestructurasen
célulasreptantes,como estemacrófago.
(a) Lasfibras de estrés,hacescontráctiles
de actina,recorrenla céluladesdeel lado
dela colahastael frente de avance.(b) En
la periferia dela célulaseencuentrael
córtex,que estáconstituido por una malla
de filamentos de actina entrecruzados
formando un gel.(c) El extensolado de
avancedelos lamelipodios puede
producir proyeccionesdelgadas,con
forma de dedo,llamadasfilopodios.
Mientras que la mayor parte delos
lamelipodios tienen una malla de actina,
los filopodios presentanhacesparalelos
de filamentos de actina. (a) Hazcontráctil
rápidamenteno poseenestoshacesde actinatan peculia-
res.Enestascélulas,elcórtexcelular,quesubyaceinmedia-
tamentebajola membranaplasmáticay quePresentamu-
cha actina, está entrecruzadoformando un gel o un
entramadolaxodemicrofilamentos(Figurai5.15b).Enel
extremodeavance,y principalmenteenlos$op95!!99,los
microfilamentosforman cablespolarizadosy altamente
orientados,consuextremobarbado(mós)orientadohacia
la puntadela protrusión(Figura15.15c).LaactinadeIos
lamelipodiosestápeor org^nizadaquela delosfilopodios
(Figura15.16).Lacomprensióndecómolascélulasregu-
lan tal variedaddeestructurasbasadasen actina,requiere
entendercómo las célulaspuedenregularla polimeriza-
cióndelosMFsy cómolosMFs,únavezyapolimerizados,
establecenredes.
Ciertasproteinasy drogasespecíficasafectan
a la dinámicadelpolimetoen losextremos
de losmictofilamentos
LascélulascontrolanelprocesodepolimerizacióndelMF
envariospuntos,incluyendola nucleacióndenuevosMFs
yla elongacióndelosMFsyaexistentes;tambiéncontrolan
la tasade depolimerizaciónde actina.Tantolasproteínas
comoloslípidosdemembranaregulanla formación'esta-
bilidady larupturadelosMFs.Aquíparticipanvariaspro-
teínasdeunión aactina,fosfolípidosdeinositol,queseen-
cuentranenla carainternadela membranaplasmática,y
RAc,Rhoy Cdc42,quesonproteínasreguladoraspeque-
ñasqueliganGTP(proteínasG monoméricas).
En ausenciadeotrosfactores,elcrecimientodelosmi-
crofilamentosdependede la concentraciónde actina-G
(b) Gel (c) Hacesparalelos
Hacesde actina
en losfilopodios
Redde
act¡naen el
lamelipodio
T,sp^-
Figura15.16 Micrografiaelectrónicade cilogtabadoptofundo
mostrandolos hacesde actina en los filopodios. Estavista dela
periferia de un macrófagomuestrados grandeshacesde actina
dentro de los filopodios que seextiendendesdela superficiecelular.
Los frlamentosde actina en los filopodios sefusionan con una red
de filamentos de actina queyacenjusto debajodela membrana
plasmáticadel lamelipodio.
Córtexcelular Filopodio
Microfilamentos481

unida a ATP.Si eselevada,seformarán microfilamentos
hastaquela concentracióndeactina-GunidaaAIP seali-
mitante.Sin embargo,en la célulano sedisponede una
grancantidadde actina-Glibreparala formacióndemi-
crofilamentos,porquela mayoriaestáunida a la proteína
timosinap4.Enla transferenciademonómerosdeactina-
G desdeelcomplejotimosinaB4al extremodeun microfi-
lamentoencrecimiento,pareceestarimplicadaunasegun-
da proteína llamadaprofilina, pero esto sólo sucedesi
existenfilamentosconextremoslibresdisponibles.Sesabe
que otra proteína,conocidacomoADF/cofilina,escapaz
de unirsea ADP-G-actinay a F-actina;se creeque la
ADF/cofilinaincrementalatasaderecambiodeIaADP-ac-
tina-GenlosextremostnenosdelosMFs.Estohacequela
ADP-actina-Gliberada,estédisponibleparaserconvertida
enATP-actina-G,quepuedeserreutilizaday añadirsealos
extremosmásencrecimientodelosMFs,
Las drogasque provocanla depolimerizaciónde los
microfilamentosafectanalacapacidaddelacélulaparain-
corporaractina-Gen los extremosmásde los MFs.Las
citocalasinas,presentadasanteriormente,bloqueanla in-
corporacióndenuevosmonómerosalosMFspolimeriza-
dosexistentes.Comolassubunidadessepierdengradual-
mente por los extremosmenos,al finaj p.orroiur urru
depolimerización.Porelcontrario,lalatrunculinaAactúa
secuestrandolosmonómerosdeactina,impidiendosuin-
corporaciónenlosextremosmásdelosMFsencrecimien-
to. En amboscasos,el resultadonetoesla pérdidadelos
MFsenlascélulastratadas.
El crecimientodependeademásde quelos microfila-
mentosesténo no encasquetados.El encasquetamiento
' tienelugarcuandounaproteínacasqueteseunealextemo
delfilamentoeimpidela incorporacióno pérdidaadicio-
naldesubunidades,provocandoasísuestabilización.Una
deestasproteínasqueactúacomounacapuchaenlosex-
tremos másde los microfilamentosse denominaCapZ,
CuandoCapzseunealextremodelfilamentosebloqueala
incorporación adicional de subunidadesen el extremo
más;ctando CapZsequita,puedereanudarsela incorpo-
racióndesubunidades.
Losfosfolípidosde¡nos¡tolregulana lasmoléculas
queafectana la polimerizacióndela actina
Losfosfolípidosdeinositolsonuno delosfosfolípidosde
membrana.Un derivadodel inositol,el inositol trifosfato
(IPr),esun componenteclaveen la vía deseñalizacióna
travésdeproteínasG heterotriméricas,comoveremosen
el Capítulo14.Losgruposhidroxilo del anillo inositol del
fosfatidil inositol, otro derivadodel inositol, puedenser
fosforiladosenelcitoplasmapor quinasasespecíficas,pro-
duciéndosevariosproductosfosforiladosconocidoscomo
polifosfoinosítidos. Ngunos polifosfoinosítidosse unen a
proteínasdeunión a actina.Porejemplo,elfosfatidilinosi-
tol (4,5)btfusfato(unadelasformasdelPIP'),puedeunir-
sealaprofilinay a CapZ,y secreequeregulala capacidad
de estasproteínasde interaccionar con la actina.CapZ se
une fuertemente a PIP2,lo que tiene como resultado su eli-
minación del extremo del microfilamento, permitiendo de
esta manera, tanto la depolimerización del filamento,
como el incremento de monómeros disponibles para la
formación de nuevos filamentos.
Laramificacióndelaact¡naestácontroladaporel
complejoAtp2/3
Ademásdelos filamentosindividualesde actinaquese
alargan o encogen,existenotras redesde actina en las célu-
las.Por ejemplo,los lamelipodios contienenfilamentos de
actinaque constituyenuna red en forma dendríticaodeár-
bol (Figura 15.I7a).Ya hemos comentado anteriormente
que los extremos barbados de las ramas rectasformadas
por la polimerización de monómeros de actinapor medio
de la profilina, se encuentran probablementebloqueados
por proteínascasquete.En el lamelipodio intervienen ade-
más proteínasadicionales.El complejo complejo Arp2l3,
constituido por proteínasrelacionadascon la actina,parti-
cipa en la ramificación mediante la nucleación de varias
ramas en los lados de filamentos ya existentes,fenómeno
demostrable cuando se añade actina-G fluorescente(por
ejemplo, monómeros marcados con un colorante rojo
fluorescente)a microfilamentos formados por actinamar-
cadacon una señalfluorescentediferente(por ejemplo,un
coloranteverde).Seobservaque brotan ramasrojas de los
microfllamentos verdesexistentescuando seañadencom-
plejos Arp 213 activados(Figura 15,17b).Si se examinan
las ramas utilizando anticuerpos que detectan Arp2l3, se
observa que los complejos Arp2l3 se encuentran en los
puntos de ramificación (Figura l5.l7c). Los miembros de
una familia de proteínas, que incluye ala proteína del sín-
drome deAldrich o WASP,activan la ramificación a través
de Arp2l3. Los enfermos que no pueden producir WASP
funcional, tienen un déficit en la capacidadde susplaque-
tasde cambiar de forma, y como consecuenciatienen pro-
blemasde coagulaciónsanguínea.
La polimerización de actina puede regularseindepen-
dientementedel complejoArp2l3,a travésdeproteínasco-
nocidas comoforminas. Las forminas son necesariaspara
ensamblarciertasestructurasde F-actina,como los haces
compactos y el anillo contráctil de la división celular (véa-
seCapítulo l9).
Rho,Racy Cdc-42regulanlapolimerizacióndelaactina
La célulasen migracióndebenregularcuándoy dónde
forman expansiones,organizando redes de actina en di-
chos lugares y desorganizándolas cuando ya no se nece-
siten más. Un caso llamativo de dicha regulación es el
cambio dramático que experimentael citoesqueletoen cé-
lulas expuestas a determinados factores de crecimiento.
Por ejemplo, los fibroblastoscrecen,se dividen y forman
extensionesmembranosasricas en actina, similares a los

'0,2pm (b)
f ¡ o Crecimientopor
losextremos
barbados
,t¡
Proteínas
casquete
¡
enloslaterales
delosfilamentos I L, proteína
casquere
flnalizala
elongación
o
t'
tO
i
^rP¿lo t-crotelnao" t
o
?.
;=t=-'
Las proteínasde la
familiaWASPactivan
al complejoArp2/3
CITOSOL
Reservoriode profilina-actina
(d)
Figun 15.12 El complejoAtp2/3 y las redesramificadasde actina. Lasredesde actina,como lasque seencuentranen lascélulasen
migración, presentanun patrón de ramificación característico.(a) Filamentosde actina ramificados en un queratocito de una rana.Los
filñnentos áe actina ramificadosestáncoloreadospara facilitar su identificación (TEM de criograbadoprofundo). (b) La actina polimeriza
formando ramascuando seañadenmonómeros dá actina marcadosfluorescentemente(rojo), y proteínasWASPy Arp2l3, a filamentos de
actinapreexistentesmarcadoscon fluorescencia(verdes).Algunasramasforman filamentos nuevosde actina (medio), mienttas que otras
,u-", i. forman en los lateralesde filamentos de actinapreexistentes(parte superior) (microscopíadefluorescencia).(c) La protelna Arp2l3
(detectadamedianteel uso de anticuerposconjugadoscón partículasde oro, en amarillo), selocalizanen los puntos deramificación (TEM
iriograbado profundo). (d) Modelo de ramificación depenáientede Arp2l3. Lasproteínasdela familia WASPestimulanIa ramificación; las
proteínascasqueteparticipan en la regulaciónde la longitud delasnuevasramas.
lamelipodios,cuandosonestimuladospor elfactordecre- miento,comoel PDGFy el LPA,eierzansusefectos.Cada
cimieito derivadode plaquetas(PDGF) Otros factores, una de estasproteínasprovocaefectosprofundosy dife-
comoelácidolisofosfuti¿l.o(LPA)inducenalascélulasa rentesenelcitoesqueletodeactina(Figura15.18).
formar fibrasdeestrés. Porejemplo,la estimulacióndelavíadeRactienecomo
¿Cómoprovocandichasseñalestal espectacularreor- resultadola extensiónde lamelipodiosy la inhibición de
gaiizaciónin el citoesqueletode actina?Muchasde estas RacimpideestarespuestanormalalPDGFDeunamanera
i'eRalesproducencamblosen el citoesqueletode actinaa similar,la activacióndela víadeRhotienecomoresultado
travésde su acciónsobreun pequeñogrupo deproteínas Iaformacióndefibrasderefuerzo,y la inactivacióndeRho
relacionadasconla proteírruó *ono-érica Ras,queestá impidela aparicióndeestasfibras,despuésdela exposición
implicadaen la traniducción deseñalesmediadaspor re- delosfibroblastosaLPA.Porúltimo,la activacióndeCdc42
."pto. (véaseCapitulol4). Laspequeñasproteínas-GRac, producela formacióndefilopodios.Estos¡esultadosindi-
Rho y Cdc42sonimportantesieguladoresdela polimeri- canquelasproteínasG pequeñasregulanla formaciónde
zació,ndeactina,denirodelascélulas.Dehecho,estaspro- diferentestiposdeprotrusiones.Lo llevanacaboregulando
teínassonimprescindiblesparaquelos factoresde creci- la polimerizaciónlocaldemicrofilamentos,queseensam-
Microfilamentos483

Anexo
Los vrrcRooRcANrsMosrNFECCrosospuEDENMovERSE
DENTRO DE LAS CÉTUTNS USANDO (COLAS) DE ACTINA
Uno deloshallazgosmásnotablesenla investigacióndelamovi-
lidad celular,esel descubrimientode queciertosmicroorganis-
mos que caus¿rnlasenfermedades,puedenaprovecharsede los
sistemasdeadhesióny movilidad deuna célulaparasortearsus
defensase introducirseen ellas(véaseCapítutoiZ¡. Et ejemplo
másestudiadoeseldela bacteriagram-positivaListeriamonocy-
togenes.Una de lasformas de adhesiónListeriaesmediantela
protelnainternalinaA,,queseune ala cadherinaE,protelnadela
superficiedela célulahuésped.(Parasabermássobrelascadhe-
ri:nas,véaseel Capltulo 17.)Unavezunida,Listeriaseintroduce
enla célula,semuevepor ellaa una velocidadde 1l pmlmíny
avanzahacialascélulasvecinassininfectar,dondecontinuarásu
cicloinfectivo(Figura15.Ala).Desdelabacteriairradianpeque-
ñosfilamentosdeactina,formando<colasdecometa>deactina-
F ramificada(Figura15.A1b).Seha descubierto,utilizandoacti-
na marcadafluorescentemente,que las colasseforman por la
polimerizacióndeactinadependientede Arp2l3,quecomienzaa
nuclearcercadela superficiedelabacteriainternalizada.Lapro-
teínadela superficiedeListeria,quepromuevela polimerización
de actina,seconocecomoActA.Dado quelos microfilamentos
nucleadospor ActA son extremadamentesimilaresa aquellos
queseencuentranenel extremodeavancedelascélulasenmi-
gración,probablementelascolasseformenutilizandogranpar-
te deIapropiamaquinariacelular.
Otrasbacteriasinducenla formacióndeotrostipos diferen-
tesde <colas>de actina.Lasbacteriasdel géneroRickettsia,que
provocanel tifus,inducenla formacióndelargascolasdeactina
sinramificarquerecuerdanalosfilopodios.Así,diferentespató-
genoshandesarrolladoformasdistintasdevalersedelcitoesque-
letodelhuéspedparapropulsarse.
OtrospatógenosseunenaIasuperficiecelular,perono sein-
ternalizan.Por ejemplo,la forma enteropatógenade E.coli,que
forma coloniasenla superficiedelascélulasepitelialesintestina-
lesy provocala diarreaenniños,seuneal exteriordelascélulas
intestinalesdondeforma<pedestales>ricosenactina,quefuncio-
nandemanerasimilaralascolasdeactinainducidaspor Lísteria.
Acoplamiento
despuésdela
uniónposterior
delabacteria
.$
a(
)

Internalización
Infección
de la célula
vectna

La bacteriapuede
dividirsedentro
de la célulainfectada
Formación
dela"cola"
(a) (b)
0.1¿m
Figuta154.1 fnfecciónde unmactófagopot Listeriamonocytogenes. (a) Ciclo vital de Listeria.Una bacteriaseacoplaa la superficiede una
célulasin infectar.La bacteriadespuéssemuevedentro dela célula,donde puededividirse y producir másbacteriaspara postáriormente
dispersarsea una célulavecinaatravésde Ia formación de <colasde cometa>de actinapolimirizada. (b) Micrografíá elecirónicade
transmisión, qne muestrauna célulade Listeria dentrode un macrófagoinfectadoy la <colade cometa>de filamentos de actina,enla parte
posteriordela bacteria.

Fibrasdeestrés
(a)Privaciónde suero
Lamelipodio
(b) Rhoactivada
blan en diferentestipos de protrusiones.Una manerade
conseguiresto,esa travésdela activacióndelasproteínas
WASP.Porejemplo,Cdc42activada,junto conPIPr,pue-
denunirseaWASPy activarla,estimulandodeestamanera
la polimerizacióndeactinapor elcomplejoArp2l3.
Lasproteinasde unióna act¡naregulanla interacción
entrem¡crofilamentos
Comohemosvisto,lapolimerizacióndelosMFspuedeser
un procesomuy dinámico.Además,losMFs,comocom-
ponentesestructuralesdel citoesqueleto,puedenformar
una granvariedadde polímerosde actinacon diferentes
gradosde organizacióny estabilidad.La estructuralocal
del citoesqueletode actina,dependedel funcionamiento
de proteínasde unión a actina y de cómo interaccionan
éstasconlosmicrofilamentos.
Filopodios
(d) Cdc 2 actlvada lo rrñf
Un buen ejemplo de la función de las protelnasde
unión a actinaesel del córtexcelular.El córtexcelulares
una malla tridimensionalde microfilamentosy proteínas
asociadas,localizadajustodebajodelamembranaplasmá-
ticadecasitodaslascélulasanimales.El córtexsostienela
membranaplasmática,confiererigidezala superficiecelu-
lar,y facilitaloscambiosdeformay elmovimientocelular.
Unafunciónimportantedelasproteínasdeunión aactina
en el córtexesagrupara los MFs en una red establecon
propiedadessimilaresa un gel.Unadeestasproteínasen-
trecruzadoras.eslafilamina,unamoléculagrandequeestá
formadapor dospolipéptidosigualesunidospor suscabe-
zas,y conun sitiodeunión deactinaencadacola.Lasmo-
léculasdefilaminaactúancomo(enganches>,uniendodos
MFsen el punto dondesecruzan(Figura15.19).De esta
manera.los MFs seunen entresí formandoredestridi-
mensionalesdegrantamaño.
(c) Ra9activada
Figura15,18 Regulaciónde las protrusionesporproteínasG monoméricas. (a) Si setiñe la actina de un fibroblasto en cultivo en ausencia
de factoresde crecimiento (<privación de sueror), seobservanunos pocoshacesde actinay una actividad de formación deprotrusiones
baja.(b) Lasfibras de refuerzoseforman en situacionesque activanIa ruta de señalizaciónde Rho (como la adición del ácido lisofosfatídico,
LPA). (c) Cuando seactivala vla de Rac(en estecasomediantela inyección de una forma Rasmutante, constitutivamenteactiva),seforman
lamelipodios. (d) Si seactivaCdc42 (por ejemplo,a travésde la inyeccióndel factor de intercambio del nucleótido guaninaque activa
Cdc42),seforman filopodios.
Microfilamentos485

oooo
ffi
Figura15.19 Relacionesentrelaspdncipalesfotmasestructu¡ales
de actina. Lasproteínasde unión a actina (verde,morado y
canela)son lasresponsablesdela conversióndelos filamentos de
actina de una forma a otra.
Otrasproteínasdesempeñanelpapelopuesto,rompien-
dola reddemicrofilamentosy provocandoqueelgelcorti-
caldeactinaselicuey ablande.Llevana caboestafunción
Complejosde
MicrovellosidadesG-actina-proteína
Proteínasde unión
a losmonomeros
¡'¡'
2l
Filamentos
reforzados
medianteel reforzamientoy/o el encasquetamientodelos
MFs;enalgunasocasioneslamismaproteínapuededesem-
peñarambasfunciones.Unadeestasproteínasreforzantesy
encasquetadorasesla gelsolina,cuyafunciónesromperlos
MFs de actinay encasquetarlos extremosmásrcciénex-
puestos,impidiendosupolimerizaciónposterior.La gelso-
lina esotraproteínadeunión deactinaquepuedeserregu-
lada mediantesu unión a polifosfoinosítidos;cuandola
gelsolinaseunea un polifosfoinosítidoespecífico,yano es
capazdeencasquetarelextremomásdeun MR permitien-
doalextremosinencapucharsufrircambiosensulongitud.
Loshacesdefilamentosdeactinaformanel núcleo
delasmicrovellosidades
A diferenciadelapocaorganizaciónquepresentala actina
enel córtexcelular,otrasestructurasformadaspor actina
encélulasno migradoraspuedenestaraltamenteorganiza-
das.El ejemplomejorestudiadodepolímerosdeactinaal=
tamenteorganizadoseseldeloshacesdefilamentosquese
encuentranen lasmicrovillosidades.Lasmicrovillosida-
des(o ¡¡is¡6yilli; en singular:microvillus) sonun rasgo
muy importantedelascélulasdela mucosaintestinal(Fi-
gura15.20a).Porejemplo,unasolacéluladelintestinodel-
gado,tienecientosdemicrovellosidades,cadaunadeellas
¡ - 7 r - o - I r...:.-l _Complejos Monómeros I
de G-actina- de actina Filamento
proTerna de actina
1T'
t
Filamento
encasquetado
oaoo
Hazdefilamentos
Redde filamentos(gel)
electrón-densa
Mlcrofilamentos
de actrna
Entrecruzamientos
laterales
Proteínasformadoras
oe naces
Membrana
plasmática
(a) Intestinalmicrovilli
0,2¡L,m
(b) Estructurade unamicrovellosidad
Figura15.20 Estructuradeun
microvellosidad.(a) Micrografía
electrónicadelasmicrovellosidadesdelas
célulasdela mucosaintestinal (TEM).
(b) Diagrama esquemáticode una única
mic¡ovellosidad,que muestrael núcleo de
microfilamentos que confierea la
microvellosidadsu particular rigidez.El
núcleo estáformado por variasdocenasde
hacesdemicrofilamentos orientadoscon
susextremosmáshaciala puntay con el
extremomenoshactalacélula.Los
extremosmásesfánembebidosen una
olacaamorfa electrón-densa.Los MFs
éstánunidos fuertementeuno a otro a
travésdeproteínasformadoras dehaces
(entrecruzadoras)y seconectana la
superficieinterna dela membrana
plasmáticamedianteentrecruzamientos
Iaterales.
486 CapÍtulo15 Elcitoesqueleto

de I-2 ¡tmdelongitudy 0,1pm de diámetro,lo queau-
mentala superficiedela célulaunas20veces.Estaáreatan
grandeesesencialparala función intestinal,yaquela ab-
sorcióndel alimento digerido requiereuna superficiede
absorcióngrande.
Comoseilustraenla Figura15.20b,el corazóndeuna
microvellosidadintestinalestáformadopor un hazdemi-
crofilamentos.El extremomásestádirigidohaciala punta,
dondequedaunido a la membranaa travésde una placa
amorfaelectrón-densa.LosMFs del hazestánunidosa la
membranaplasmáticaademáspor entrecruzamientosla-
teralesformadosporlasproteínasmiosinaIy calmodulinq.
Estosentrecruzamientosse extiendenhacia fuera 20-30
nm desdeelhazhastacontactarconlaplacaelectrón-den-
sadela superficieinternadela membrana.LosMFsadya-
centessemantienenunidosfuertementedentro delhaz,a
travésde Ia unión a intervalosregularesde lasproteínas
entrecruzadorasfimbrinay villina(llamadastambiénpro-
teínasformadorasdehacesdeactina).
En la basedela microvellosidad,el hazdeMFsseex-
tiendeformandounareddefilamentosconocidacomola
red terminal (Figura15.21).Losfilamentosdeéstaestán
compuestosprincipalmentepor miosinay espectrina,que
conectanlosmicrofilamentosentresí,conproteínasdela
membranaplasmática,yposiblementetambiénconlosfi-
lamentosintermediosquesehallanbajola redterminal.
La redterminalsupuestamenteconfiererigideza lasmi-
crovellosidadesanclandosushacesdeMFsdetal manera
queseproyectenerguidosdesdela superficiecelular.
Laactinase unea lasmembfanaspormúltiples
proteÍnas
Hemosvisto quelos microfilamentosparticipanen el so-
porte de estructurasrelacionadascon membranas,como
las microvellosidadesde las célulasepiteliales.Los MFs
participaníntimamenteen el movimiento celulary en el
estrangulamientodela membranacelulardurantela cito-
cinesis.Parallevara acaboestasfunciones,losMFsdeben
estarconectadosa la membranaplasmática.La unión de
losMFsa la membranaplasmáticaesindirectay requiere
unao másproteínasdeuniónqueanclenlosMFsaproteí-
nastransmembranadelamembranaplasmática.
Lasproteínasde unión a actina de la familia FERM
(banda4.7,ezrina,radixinay moesina),sonun grupode
proteínascuyafunción generalpareceserla de unir los
microfilamentosalasmembranas.Siestasproteínasestán
mutadas,muchosprocesoscelularescomola citocinesis,
la secrecióny la formaciónde microvellosidadesseven
afectados.Lasproteínasdeleritrocitoespectrinay anqui-
rina (mencionadaen el Capítulo 7) constituyenotro
ejemplodecómolaactinasepuedeunir alasmembranas.
Comoseilustraenla Figura15.22,1amembranaplasmá-
ticadeleritrocitoestácimentadapor unareddefilamen-
tos de espectrinaque estánentrecruzadoscon cadenas
Redterminal
0,2p'm
Figura15.21 Redteminal de unacélulaepitelialintestinal, Lared
terminal que subyacea Ia membrana plasmáticasepuedeobservar
en estamicrografia electrónicade criograbadoprofundo de una
célulaepitelialdel intestino. El nricleo de lasmicrovellosidadesestá
formado por hacesde microfilamentos, que seextiendenformando
en una red terminal.
muy cortasdeactina.Estared seconectaa la membrana
plasmáticaatravésdelasproteínasanquirinay banda4.1,
queunenlos filamentosde espectrinaa proteínastrans-
membranaespecíficas.
Existenproteínasparecidasala espectrina,la anquirina
y labanda4.1enotrascélulasanimalesademásdeleritro-
cito.Porejemplo,enel extremoapicaldelascélulasepite-
lialesseencuentrala banda4.I.La mutacióndeestaspro-
teínasen Drosophilay en el nematodo Caenorhabditis
elegansimpidenIa organizacióndelascélulasepitelialeso
sucapacidaddecambiarla forma.Éstey otrosmuchosex-
perimentosdemuestranquela membranaplasmáticaestá
soportadapor una red corticalde microfilamentos,y que
la unión de estared a la superficiecelularesun requisito
indispensablepanael funcionamientonormaldelascélu-
lasanimales.
487Microfilamentos

Glucoforina
Actinay
Banda4.1 Espectrina Anquirina
t
ol l¿m
FiguraL5.22 Sosténde la membranaplasmáticade unetitrocito pol
unareddeactina-especttina-anquilina,La membranaplasmáticade
un glóbulo rojo estácimentadaen su superficieinterna por una red
filamentosaque aporta flexibilidad y resistenciaa la célula.Largos
filamentos de espectrinaseentrecruzancon filamentos cortos de
actina.La red seanclaa la proteína transmembranabanda 3,por
medio dela proteínaanquirina.
Filamentosintermedios
Los filamentos intermedios (IFs) tienen un diámetro apro-
ximado de 8-12 nm, 1oque les confiereun tamaño inter-
medio entre los microtúbulos y los microflamentos (véase
Tabla 15.1),o entrelos filamentos finos (actina) y gruesos
(miosina) en lascélulasmusculares,donde sedescribieron
por primera vez.Hasta la fecha,la mayoría de lasinvestiga-
cionessehan centrado en las célulasanimales,donde los
IFsseencuentransoloso formandohaces,y dondeparece
quedesempeñanun papelestructuralo demantenimiento
delatensión.LaFigura15.23esunamicrografíaelectróni-
cadelosIFsdeun fibroblastohumanoencultivo.
Losfilamentosintermediossonelelementomásestable
y menossolubledelosconstituyentesdel citoesqueleto.El
tratamientodelascélulascondetergenteso consoluciones
de elevadaobaja fuerzaiónica,eliminala mayorpartede
losmicrotúbulosy delosmicrofilamentos,y otrasproteí-
nasdel citosol,perono la red defilamentosintermedios,
que mantienensu forma original.Muchoscientíficossu-
gierenque, graciasa estaestabilidad,los IFs funcionan
comoun andamiajequesoportatodala estructuradel ci-
toesqueleto.A diferenciadelosMTsy losMFs,losIFspa-
recenno tenerpolaridad.
Lasproteínasde losfilamentosintermedios
sonespec¡ficasparacadatejido
Losfilamentosintermediossóloseencuentranenorganis-
mo pluricelulares,y a diferenciadelosmicrotúbulosy de
losmicrofilamentos,presentanunasecuenciadeaminoá-
cidosmuy diferentedeun tejidoaotro.Enfuncióndeltipo
celularen el queseencuentren,podemosdiferenciarseis
clasesdeIFs(Tabla15.3).LasclasesI y II comprendenalas
queratinas,lasproteínasqueconstituyenlostonofilamen-
tos delascélulasepitelialesquetapizanlassuperficiesdel
cuerpoy bordeansuscavidades.(LosIFsqueseobservan
bajola redterminaldela céluladela mucosaintestinalde
la Figura15.21,estánformadospor queratina.)Lasquera-
tinasde claseI sonqueratinasácidas,mientrasquelasde
claseII sonqueratinasbásicaso neutras;cadauna deestas
clasesestáformadapor almenos15queratinasdiferentes.
LaclaseIII deIFsla componenlavimentina,la desmina
y laproteínagliofibrilarácida.LavimentinaesÍápresenteen
el tejido conjuntivoy en otrascélulasderivadasde células
no epiteliales.Losfilamentosdevimentinasonconstituyen-
tesimportantesen fibroblastosen cultivo,dondeforman
unaredradialqueseoriginaenel centroy queseextiende
hastalaperiferiadelacélula.Ladesminaseencuentraenlas
célulasmuscularesy la proteínagliofibrilarácida(GFA)es
característicadelascélulasglialesquerodeany aíslana las
célulasnerviosas.LaclaseIV deIFsIaconstituyenlasproteí-
nasde losneurofllamentos(NI) que seencuentranen los
neurofilamentosdelascélulasnerviosas.LaclaseV sonlas
láminqsnuclearesA, B y C, queforman un andamiofila-
mentosobajola superficieinternadela membrananuclear
deprácticamentetodaslascélulaseucariotas.Losneurofila-
mentosdelascélulasembrionariasdelsistemanerviosoes-
tánformadospor nestina,queconstituyela claseVL
A medidaquesehanido secuenciandolasproteínasde
losIFsy susgenes,haquedadoclaroqueestasproteínases-
tán codificadaspor unaúnica(aunquegrande)familiade
genesrelacionadosy que,por lo tanto,puedenserclasifica-
dastambiénen función dela similitud en susecuenciade

(a) (b)
200nm 200nm
Figura15'23 Filamentosintemedios. Micrograffas electrónicasde filamentos intermedios reconstituidosin vitro y teñidos mediante
tinción negativa(a) Filamentosformadospor queratina5 y la. (b) filamentosdevimentina (TEM).
Tabla15.3 Clasesdefilamentosintemedios
Clase ProteinadellF
Peso
molecular(kDa) Teiido Función
I
II
III
III
u
IV
Citoqueratinasácidas
Citoqueratinasbásicas
Vimentina
Desmina
ProteínaGFA
Proteínasdelos
neurofilamentos
NF-L (ligeros)
NF-M (intermedios)
NF-H (pesados)
Láminasnucleares
LáminaA
LáminaB
LáminaC
Nestina
40-56,5
53-67
54
50
O L
t02
1 1 0
70
67
60
240
Célulasepiteliales
Célulasepiteliales
Fibroblastos;célulasdeorigen
mesenquimal;cristalino
Célulasmusculares,especialmente
delmúsculoliso
Célulasglialesy astrocitos
Sistemanerviosocentraly periférico
Todoslostiposcelulares
Célulasmadrenerviosas
Resistenciamecánica
Resistenciamecánica
Mantenimiento de la forma celular
Soporte estructural para la
maquinaria contráctil
Mantenimiento de la forma celular
Rigidez axonal. Determinan
el tamaño del axón
Forman un andamiaje nuclear para
dar forma al núcleo
DesconocidaVI
aminoácidos.Utilizando estecriterio, se han distinguido
seisclasesde proteínasde los IFs (Tabla 15.3).
Debido a la especificidadtisular de los IFs, sepueden
distinguir las célulasanimales de diferentestejidos aten-
diendo al tipo de IF presente,utilizando el microscopio de
inmunofluorescencia. Estadeterminaciónpor el tipo defila-
mento intermedio se utiliza como herramienta diagnóstica
en medicina. La determinación del tipo de IF esespecial-
mente útil en el diagnóstico del cáncer,ya que sesabeque
las célulastumorales mantienen lasproteínasde IF carac-
terísticasdel tejido en el que se han originado, indepen-
dientementede dónde seencuentreel tumor en el cuerpo.
Habida cuenta de que el tratamiento apropiado depende
con frecuenciadel tejido de origen,la determinacióndel IF
esespecialmentevaliosaen los casosdonde el diagnóstico
por las técnicasde microscopía convencionaleses difícil.
Losfilamentosintermediosseformana partir
desubunidadesf¡lamentosas
Todos los IFs son producto de una familia de genesrela-
cionadosyposeenrasgoscomunes,aunquepresentandife-
rencias significativas en el tamaño y en las propiedades
químicas.A diferenciade la actina y la tubulina, que son
proteínas globulares, los IFs son proteínas filamentosas.
Todaslasproteínas de los IFs tienen un dominio central en
Filamentosintermedios 489

forma de bastónde 310-318aminoácidos,notablemente
conservadoen tamaño,estructurasecundaria¡ en cierto
sentido,en su secuencia.Como semuestraen la Figura
15.24,eldominiocentralestáformadopor cuatrosegmen-
tosdehélicesenrolladas,separadospor segmentosenlaza-
dorescortos.A ambosladosdeldominio centralhelicoidal
seencuentranlos extremosN- y C-terminal,quedifieren
mucho entamaño,secuenciay función entrelasdistintas
proteínasdelosIFsy quepresumiblementeexplicanla di-
versidadfuncionaldeestasproteínas.
EnlaFigura15.25semuestraun posiblemodelodelen-
samblajedelos IFs.La unidadestructuralbásicadelosfi-
lamentosintermediosla forman dos polipéptidosde IF
entrelazadosformando una espiralsobreenrollada).Los
dominioscentraleshelicoidalesde cadapolipéptidoestán
alineadosparalelamente,conlasregionesN- y C-terminal
sobresaliendocomodominiosglobularesencadaextremo.
Dosdeestosdímerossealineanlateralmentey forman un
protofilamenfotetramérico.Losprotofilamentosinteraccio-
nanunosconotrosy seasociansuperponiéndoselateraly
longitudinalmenteparaformarunaestructurafilamentosa.
Un filamentointermedio,cuandoestáplenamenteensam-
blado,tieneun diámetrodeochoprotofilamentosencual-
quier punto,conlosprotofilamentosprobablementesola-
padospor susextremosdeformaescalonada.
Losfilamentos¡ntermed¡osconfierenres¡stencia
mecánicaalosteiidós
Losfilamentosintermediosseconsideranimportantesde-
terminantesestructuralesenmuchascélulasy tejidos.Los
filamentosintermediosselocalizancon frecuenciaen lu-
garesdela célulasometidosa estrésmecánico,por lo que
secreeque desempeñanuna función de resistenciaa la
I
t ^
i Segmentoshelicoidales
H^N"
tensión.Porejemplo,enlascélulasepiteliales,lostonofila-
mentoscompuestosde queratina,rodeanunasplacasco-
nocidascomodesmosomas,quesonpuntosdeunión fuer-
tes entredos célulasvecinas(véaseFigwa 17.18).Otra
estructuraalgodiferente,el hemidesmosoma,establececo-
nexionesentrela superficiebasaldeunacélulaepitelialy la
matrizextracelular(véaseFigwa17.17).El sistemadede-
mosomas,hemidesmosomasy tonofllamentossoportala
mayorpartedelatensiónmecánicacuandoelepitelioseve
sometidoa un estiramiento.La modificacióngenéticade
losfilamentosdequeratinadelosqueratinocitosenun ra-
tón transgénico,tienecomo consecuenciaquelascélulas
epidérmicasseanfrágilesy serompanfácilmente.Enelser
humano,existenmutacionesnaturalesen lasqueratinas,
queprovocanuna enfermedadenla queseproducenfre-
cuentesampollasenla piel,denominadaepidormolisisbu-
llosasimple(EBS).Tambiénsesospechalaexistenciadede-
fectosenlosIFsenotrascondicionespatológicas,comola
esclerosislateralamiotrófica(ALS),yenciertostiposdecar-
diomiopatías,queseoriginanpor defectosenla organiza-
ción delmúsculocardíaco.
AunquenuestroanálisisdelosIFspuedadarla impre-
sióndequesonestructurasestáticas,estono escierto.Por
ejemplo,enlasneuronas,losIFssontransportadosy remo-
deladosdeunamaneradinámica.OtrosIFsformanel an-
damiajeestructuralenlasuperficieinternadelamembrana
nucleardenominadoláminanuclear(setratarádetallada-
menteenelCapítulo19).Laláminanuclearestácompues-
tapor tresIFsdiferentesllamadosláminanuclearA, By C.
Lafosforilacióny eldesensamblajedeestasláminasforman
partedelprocesodedesorganizacíóndela eruueltanuclear
al inicio dela mitosis.Despuésdela mitosis,lasfosfatasas
delasláminaseliminanlosgruposfosfato,y permitenque
la envueltanuclearpuedaagregarsedenuevo.
t l
D o m i n i o r ^ ^ _ , ^ , ñ a m i n i ¡
uurrriñiocentralenformade bastón--------------*i:" :
Ntefminal | | u-termtnal
o
n.itl- r.-u-
o
Segmentosde unión o
| | l l T i n n l l / n r r o r e i i n a c h á c i ¡ a c r ¡ n a ¡ r t r a c
H"N* c-o-
'
- l l ^
o
_O_ Tipolll (vimentina,desminay proteíaGFA)
ii"
n,N- f-o_
Tipo|V(proteínaNF)
, t O
i ' l I i ñ ^ / / l á m i n r e n r r . l a a r a a
H 3 N * C - O - " v v
v ' q " " " q u " u v ' v q r v u /
Figura15.24 Similitudesestructuralesen lasproteínasde losfilamentosintemedios. Losseistipos deproteínasdelos filamentosintermedios
tienen un dominio centralen forma debastónformado por cuatrosegmentosheücoidalesqueestáninterrumpidos por tressegmentos
enlazadores.Secreeque el dominio centraldesempeñaun papelimportante en el ensamblajedel IF.Estedominio estáaltamenteconservadoen
tamaño,estructurasecundariay secuencia,sibien lashomologíasserestringenalasregioneshelicoidales.En los tipos del I al IV lossegmentos
helicoidalespresentan276 aminoácidosy los segmentosdeunión no sonhelicoidales.En los deltipo V,los segmentoshelicoidalescontienen
318aminoácidosy sussegmentosdeunión sontambiénhelicoidales.Losdominios N- y C-terminal queflanqueanla parte centralno son
helicoidalesy sonmucho másvariablestanto en tamañocomo ensecuencia.(La estructuradel sextotipo, nestina,no semuestra.)

-{
B-12nm
(a) Dímero (b) Tetrámero (c) Protofilamentos
", il,,ffi:::"
Figun 15.25 Modelodel ensamblajede los filamentosintemedios
in vitro. (a) El punto departida para el ensamblajeesuna pareja
de polipéptidos IF.Los dospolipéptidos son idénticosen todos los
IFs,exceptoen los filamentos de queratina,que son
obligatoriamenteheterodímeros,con un polipéptido del tipo I y
otro del tipo II. Los dospolipéptidos seenrollan uno sobreel otro
formando una héliceenrolladade dos cadenas,con susdominios
centralesconservadosalineadosparalelamente.(b) Dos dímerosse
alineanlateralmentepara formar un protofi.lamentotetramérico.
(c) Los protofilamentos seensamblanen fi"lamentosmáshrgos a
travésdel alineamientopor susextremoso por los laterales.(d) Se
consideraque el filamento intermedio estácompletamente
ensambladocuando tiene un grosor de ocho protofilamentos en
cualquierpunto.
Elcitoesqueletoes unaestluctura¡ntegrada
mecán¡camente
En los apartadosanteriores,hemosconsideradolos dife-
rentescomponentesdel citoesqueletocomo entidadesse-
paradas.Cuandoobservamospor primeravezlasfotogra-
ffas del citoesqueleto,pareceuna red enmarañadapoco
organizada.En realidad,la arquitecuracelulardependede
laspropiedadesúnicasde los diferentescomponentesdel
citoesqueleto,actuandodeunamaneraconjunta.Normal-
mentesepiensaquelosmicrotúbulosresistenla distorsión
cuandosecomprimeaunacélula,mientrasquelosmicro-
filamentosfuncionancomoelementoscontráctilesquege-
nerantensión.Losfilamentosintermediossonelásticosy
puedenresistirfuerzasdetensión.
Laintegraciónmecánicadelosfilamentosintermedios,
losmicrofilamentosy losmicrotúbulosesposiblegraciasa
la accióndeproteínasde unión quelos conectanentresí.
Recuerdequelosdesmosomasy loshemisdesmosomases-
tán unidos a los filamentosintermediosa travésde los
miembrosdelafamiliadeproteínasdelaplaquina,comola
plectina,desmoplaquinay el antígeno1 pemfigoidebulloso
(BPAGI;ttéaseCapitulo17).Dichasunionesproporcionan
la resistenciamecánicaalosdesmosomasy hemidesmoso-
mas.Sinembargo,la función delasplaquinascomonexos
mecánicosno sereduceúnicamentea los desmosomasy
hemidesmosomas.Porejemplo,la plectinaesunaproteína
deunión versátilqueseencuentraenlugaresdeconexión
entrelos filamentosintermediosy los microfilamentoso
los microtúbulos(Figura L5.26).La plectina,al igual que
otrasplaquinas,poseesitiosde unión paralos filamentos
intermedios,los microfilamentosy los microtúbulos.A
travésde la unión de estostrespolímerosprincipales,las
plaquinasparticipanenla formacióndeunaredcitoesque-
lética mecánicamenteintegrada.Como resultado,las es-
tructurasdel citoesqueletopuedenadaptarsea lasfuerzas
de estiramientode tal manera,quelos elementosqueso-
portan la tensión,sealineanenla direccióndel estrés.Las
propiedadesderesistenciaal estrés,sonespecialmenteim-
portantesenlascélulasepiteliales,comolascélulasquere-
vistenelintestino.Estascélulasestánsometidasaconstante
tensión,yaqueelmúsculolisodelaparedintestinalsecon-
trae,presionandosobreelcontenidodelintestino.
6,T;;
Figura15.26 Conexionesentre losfilamentosintermediosy otros
componentesdel citoesqueleto, Los filamentos intermedios están
conectadostanto a los microtúbulos como alos filamentos de
actina a travésde una protelna llamadaplectina.La plectina (en
rojo) une los IFs (en verde) a los MTs (en naranja).La plectina está
marcadacon partículasde oro (en amarillo). Lasplectinaspueden
unir también MFs de actina (no semuestra).Los IFssirven aquí
como conectoresfuertes alavezque elásticos,entre los diferentes
filamentos del citoesqueleto.
Filamentosintermedios 49r

El citoesqueletoesun elementoestructu-
ral delascélulaseucariotas,quesepuede
observarmuy bien mediante videomi-
croscopíadigital,microscopíaelectrónica
y microscopíade inmunofluorescencia.
Consisteen una red tridimensionalam-
plia de microtúbulos,microfilamentosy
filamentosintermedios,quedeterminala
forma celular y que permite los movi-
mientoscelulares.
Los microtúbulos (MTs) son tubos
huecoscuyasparedesestánformadaspor
heterodímerosdetubulinaay Bpolimeri-
zadaslinealmente,formando protofila-
mentos.LosMTssonestructuraspolaresy
que crecenpreferentementepor uno de
sus extremos,conocido como extremo
más.Losmicrotúbulosfueron identifica-
dospor primeravezcomoconstituyentes
deestructurasdelaxonemadeciliosy fla-
gelosy deihusomitótico delascélulasen
división,y estánreconocidoshoy en día
comoun elementobásicodelamayoríade
las célulaseucariotas.Los microtúbulos
puedensufrir ciclosde acortamientoca-
tastróficoo decrecimiento,un fenómeno
queseconocecomoinestabilidaddinámi-
ca,Enelinteriorcelular,ladinámicay cre-
cimientodelosMTs estádirigidapor los
centros organizadoresde microtúbulos
Problemas
(MTOCs).EI centrosomaesun MTOC
importante,quecontienesitiosdenuclea-
ción ricosen tubulina7, necesariapara
nuclearelcrecimientodelMT.Losmicro-
túbulosseestabilizana lo largode suex-
tensióny ensusextremosmás,pormedio
deproteínasasociadasalosmicrotúbulos.
Losmicrofilamentos(MFs)sonpolí-
merosdeactinadedoblecadenaquefue-
ron descubiertosinicialmentepor la fun-
ción que desempeñanen las fibrillas
contráctilesdelascélulasmuscularesrac-
tualmenteselesreconocecomoun com-
ponentedecasitodaslascélulaseucario-
tas.Losmicrofilamentossonnecesarios
enmuchosprocesoscelulares,comoenla
locomocióncelulary enelmantenimien-
to delaformadelacélula.Al igualquelos
microtúbulos,los MFs son estructuras
polares,enlasquelosmonómerosdeac-
tina seincorporanpreferentementepor
un extremoy seeliminanpor el otro.El
ensamblajedelosMFsenIacélulaestáre-
guladopor lasproteínasG monoméricas
Rho,Rasy Cdc42,por los derivadosdel
fosfatidilinositol,conocidoscomo poli-
fosfoinosítidos,y por las proteínascas-
quete.Otrasproteínasestabilizadorasde
actinaregulanla organízacíóndelosMFs
enlascélulas,desdelosfilamentosparale-
losdela actinadelasmicrovellosidades,a
lasredesdeactinaramificada.
Losfilamentosintermediosconstitu-
yen el componentemásestabley menos
solubledel citoesqueleto.Parecendesem-
peñarun papelestructuralo deresisten-
ciaalatensión.LosIFssonespecíficosde
cada tejido y pueden utilizarse para Ia
identificación del tipo celular. Dicha
identificacióndel tipo esútil en el diag-
nósticodel cáncer,ya quesesabequelas
célulascancerosasconservanlas proteí-
nasde los IFsdel tejidodel queprovie-
nen.TodaslasproteínasdelosIFstienen
un domino centralaltamenteconservado
flanqueadopor regionesterminalesque
difierenentamañoy ensecuencia,1oque
presumiblementejustifica ia diversidad
funcionaldelasproteínasdelosIFs.IFs,
MTs y MFs estáninterconectadosen la
célula formando redescitoesqueléticas
quepuedensoportarla tensióny la com-
presión,y que proporcionanresistencia
mecánicay rigidezalascélulas.
Con estosconocimientos,estamosya
preparadospara enfrentarnoscon el si-
guiente capítulo, donde exploraremos
conmásdetallela funcióndelosmicro-
túbulosy losmicrofilamentos,enlamoti-
lidady contractilidadcelular.
Losproblemasdemayordificultadestánmarcadosconun..
15.1 Filamentosy tribulos. Indiquesilassiguientes
afirmacionessonverdaderasparalosmicrotúbulos(MT),los
microfilamentos(MF),losfilamentosintermedios(IF) o para
ningunodeellos(N). Algunadelasafirmacionespuedetener
másdeunarespuesta.
(a) Implicadosenla contracciónmuscular.
(b) Iimplicadosenel movimientodeciliosy flagelos.
(c) Másimportanteparaelmovimientodeloscromosomas
queparala citocinesis.
Másimportanteparala citoquinesisqueparael
movimientodeloscromosomas,enlascélulasanimales.
El queprobablementeresistanal tratamientodelascélulas
condetergentesno iónicoso consolucionesdeelevada
f:uerzaióníca.
Seencuentranenlasbacterias.
Tienendiferentecomposiciónenlascélulasmuscularesy
enlascélulasnerviosas.
Puedendetectarseconmicroscooíadeinmunofluorescencia.
(i) Lasfuncionesquedesempeñanenelmovimientocelular
sonbienconocidas.
(j) Seensamblanapartirdeprotofilamentos.
L5,2 Verdadero,falsoo depende.Indiquecuáldelas
siguientesafirmacionesesverdadera(V), falsa(F),o depende
(D),entendiéndosecomodependeunaafirmaciónquepuede
serverdaderao falsadependiendodelascircunstancias.
Expliquepor qué,enloscasosquerespondaVo F.
(a) El extremomenosdeIosmicrotúbulosy delos
microfilamentossellamaasíporqueené1,lassubunidades
sepierdeny no seañaden.
(b) La energíanecesariaparalapolimerizacióndela tubulina y
dela actinala proporcionala hidrólisisdeun nucleósido
trifosfato.
(c) Losmicrotúbulos,losmicrofilamentosy losfilamentos
intermedioscoexisten,enunacélulaeucariotatípica,enun
equi-libriodinámicoconun reservoriodesubunidades
proteicas.
(d) El tratamientoconlatrunculinaA bloquearíalos
movimientosintracelularesdeListeria.
(d)
(e)
(0
(e)
(h)

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