Microtúbuls (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Biotecnología - 2º curso
Asignatura Biologia cel·lular
Año del apunte 2015
Páginas 35
Fecha de subida 12/02/2015
Descargas 5
Subido por

Vista previa del texto

BIOLOGIA CEL·LULAR T-2 CITOESQUELET DE TUBULINA En aquesta unitat veurem: 1.
2.
3.
4.
5.
6.
Distribució cel·lular Estructura molecular Cinètica de polimerització Fàrmacs Proteïnes d’associació a MT Regulació de proteïnes d’associació a MT 1. Distribució cel·lular Els microtúbuls són imprescindibles per a la formació del fus mitòtic, per tant ha de tenir estructures estables. Per altra banda, també és necessiten formar estructures dinàmiques.
Els seus filaments són molts més gruixuts de l’actina, ja que esta format de 13 protofilaments.
A vegades els microtúbuls els trobem com a tubs aïllats, o formant doblets com en els cilis i flagels, o triplets.
Els polímers del citoesquelet combinen resistència i adaptabilitat, ja que estan constituïts per múltiples protofilaments, que són llargues cadenes lineals, formades per subunitats unides extrem amb extrem, que també s’associen de forma lateral.
Els microtúbuls són els elements més gruixuts del citoesquelet, els seu diàmetre és de 25 nm.
Un microtúbul és una estructura cilíndrica, buida per dins, formada per 13 protofilaments posats en paral·lel, cada qual, format alternant molècules d’α-tubulina i β-tubulina. Els trobem formant singlets. També en trobem formant doblets en els cilis i en els flagels, mentre que l’estructura que formen quan són triplets està confinada als cossos basals i als centríols. No només tenen un diàmetre més gran que els dels filaments d’actina, sinó que a més a més són més rígids. Com ja hem dit formen part del fus mitòtic. Els microtúbuls, també formen part dels moviments i la polaritat de la cèl·lula, a més a més existeixen proteïnes motores que es desplacen pels microtúbuls.
Els microtúbuls són llargs i rectes, i normalment tenen un extrem unit a un centre organitzador de microtúbuls (MTOC), anomenat també centrosoma.
Primera imatge Una cèl·lula amb un flagel. Tindríem el centrosoma per organitzar tots els microtúbuls de la cèl·lula. Però, el flagel també esta constituït per microtúbuls formats per doble tub. El centre organitzador en aquest cos serà el cos basal, que és el que comença a formar l’estructura. El flagel comença a créixer a partir del corpuscle basal. Per tant, veiem que la polimerització dels microtúbuls a la cèl·lula eucariota NO és a l’atzar. En el cas de la imatge veiem dos centres organitzadors. El MTOC que s’encarrega més d’organitzar els microtúbuls, sobretot per al transport vesicular. Per altra banda, el centre organitzador del flagel es el corpuscle basal.
Segona imatge Anem al sistema nerviós. Les cèl·lules han de fer contactes les unes amb les altres. Això ho fan mitjançant els axons, i fan sinapsi amb la dendrita de la cèl·lula adjacent. Per tant, tant les dendrites com els axons necessiten també microtúbuls. L’axó està format per microtúbuls a partir del centrosoma, això és deu a que és una important carretera organitzadora, sempre va de (-) cap a (+). En canvi les dendrites que tenen polaritat diferents no tenen un centre organitzador de microtúbuls.
En el centre organitzador tenim el pol negatiu, i el microtúbul va creixent cap a l’extrem positiu. En les dendrites això no passa, no hi ha cap centre organitzador, i per tant els microtúbuls tenen diferents polaritats.
Tercera imatge Cèl·lula en divisió. Es necessita que la cèl·lula s’estiri per banda i banda, i repartir el material genètic. La formació del fus mitòtic, una meitat del centríol va cap a un costat i l’altre cap a l’altre, i tenim dos centrosomes diferents. (Cadascun arrastra material genètic). Cal recordar, que el centrosoma està formant per dos centríols. Són aquests centríols que estan col·locats perpendicularment, els que, arribat el moment de la divisió cel·lular, es posen cadascun a un pol de la cèl·lula i es dupliquen, cada qual està format per triplets de microtúbuls, i al seu voltant hi ha un gran nombre de complexos proteics.
1.1 CENTRIOLS: EL CENTROSOMA El centrosoma és el major centre organitzador de microtúbuls present en totes les cèl·lules animals (MTOC) durant la interfase, i que resten a prop del nucli. A partir d’ell, molts microtúbuls creixen cap a la perifèria. La nucleació de microtúbuls a partir del centrosoma posseeix una polaritat determinada, sempre de (-) a (+).
És important remarcar que, el MTOC i els microtúbuls no tenen un contacte físic directe. El centrosoma està format per dos components:   2 centríols: Que es disposen de forma perpendicular l’un amb l’altre.
Material pericentriolar: Conjunt de proteïnes  Proteïnes nucleadores com ϒTuRC El centrosoma, no només organitza l’activitat de tots els microtúbuls cel·lulars, sinó que a més té un paper fonamental en la divisió cel·lular. Aquest paper, està regulat pel gran nombre de proteïnes i enzims que formen el material pericentriolar.
Hi ha nou triplets formant el centríol, i els dos centríols estan localitzats perpendicularment. El centrosoma com a tal, són els dos centríols i una sèrie de material proteic que tenim al voltant, en el qual hi ha proteïnes nucleadores, es el material pericentriolar. En aquest material tenim ϒ-TucRC, que el seu objectiu és nuclear. A partir d’aquesta proteïna creixerà el microtúbul de menys a més.
En aquesta imatge realitzada amb un microscopi electrònic, podem veure perfectament la proteïna nucleadora de color verd, mentre el microtúbul està marcat en vermell.
1.2 CILIS I FLAGELS: AXONEMA Quan una cèl·lula té cilis, en te molts. Quan una cèl·lules te flagels en te un o un parell; serveixen per nadar. En altres paraules, els hi donen mobilitat. Tanmateix, aquestes dues estructures són molt similars pel que fa la seva organització.
L’estructura formada per doblets de microtúbuls en els dos casos, i l’axonema que fa referència a l’estructura interna, està formada per 9 parells de microtúbuls més un parell al centre, una estructura de 9 +2. Es cilis i flagels s’estructuren a partir del cos basal, que està format per 9 triplets de microtúbuls.
2. ESTRUCTURA MOLECULAR La subunitat bàsica de la tubulina és un dímer format de α i β tubulina, per tant la subunitat de la tubulina, és en si mateixa una heterodímer, format per dues proteïnes globulars estretament relacionades, anomenades com ja hem dit α-tubulina i β-tubulina, que estan fortament unides per un enllaç no covalent. Existeixen sis famílies diferents de tubulines. La alfa i la beta poden tenir 6 isoformes diferents cada una. Una vega que analitzem un microtúbul, podem trobar qualsevol de les sis isoformes d’alfa i beta, cada isoforma està codificada per un gen diferent. Les isoformes de tubulina són molt similars entre sí, i en general, copolimeritzen formant microtúbuls mixtes en els tubs d’assaig. Per tant, en eucariotes tenim 6 isoformes d’α i β tubulina, que quan analitzem un filament de tubulina veiem que és mixt, pot estar format per qualsevol d’aquestes 6 isoformes.
Destacaria la subunitat ϒ-tubulina, la qual esta localitzada específicament en el centrosoma, i la qual té un paper clau en l’acoblament de microtúbuls.
La FtsZ es l’homòleg bacterià de la tubulina, de fet la tubulina té un extrem N-terminal molt conservat. Això es deu a que aquestes proteïnes interaccionen amb tantes altres, que s’han de conservar molt, i ha limitat la variabilitat d’aquestes estrucutres. Si féssim un Western-blot de tubulina, el monòmer de tubulina faria 55 kDa. Tanmateix, les proteïnes FtsZ també estan presentes en cloroplasts i mitocondris.
Les dos subunitats alfa i beta, només es troben en aquest heterodímer. Cada monòmer α i β, té un lloc d’unió per una molècula de GTP (no d’ATP com era el cas de l’actina). El GTP que s’enllaça a la subunitat α, és físicament atrapat a la interfase del dímer, i MAI s’hidrolitza ni es canvia, i per tant es pot considerar com una part integral de l’estructura del heterodímer de tubulina. Per contra, aquest nucleòtid al monòmer β de tubulina, la podem trobar tant en la seva forma GTP com la GDP, i es pot intercanviar. Com veurem més endavant, la hidròlisi del GTP en aquest lloc per produir GTP, te un efecte important en la dinàmica dels microtúbuls.
Un microtúbul és una estructura cilíndrica buida, formada per 13 protofilaments paral·lels, cada un dels quals està format per molècules de tubulina α i β que s’alternen. Quan els heterodímers de tubulina s’acoblen formant el microtúbul cilíndric buit, es produeixen dos tipus de contacte proteïna-proteïna.
- - Al llarg de l’eix longitudinal del microtúbul, el “cap” d’una molècula de tubulina β s’uneix amb la cua d’una molècula de tubulina α de l’heterodímer adjacent. Aquest tipus d’unió, s’assembla molt a la que manté units els monòmers α i β quan formen un dímer: l’energia d’unió és molt elevada.
Perpendicularment a aquestes interaccions es formen contactes laterals entre protofilaments veïns. En aquesta dimensió, els contactes laterals principals es formen entre monòmers del mateix tipus (α-α i β-β). Ambdós tipus de contactes es repeteixen en la làmina helicoïdal regular del microtúbul, també són unions febles.
Degut a que els contactes múltiples en la làmina, mantenen les subunitats en el seu lloc, l’addició o eliminació de subunitats es produeix quasi exclusivament als extrems del microtúbul. Són aquests contactes múltiples entre subunitats, els que converteixen els microtúbuls en estructures rígides difícils de doblegar. La rigidesa d’un filament es caracteritza per la seva longitud continua, una propietat del filament que descriu quina hauria de ser la seva longitud abans que les fluctuacions tèrmiques aleatòries provoquin el seu corbament. La longitud continua d’un microtúbul és d’alguns mil·límetres i es converteix en els elements estructurals més rígids i rectes de la majoria de cèl·lules animals.
Les subunitats de cada protofilament en un microtúbul s’acoblen a partir de subunitats que apunten cap a la mateixa direcció. A més a més, els protofilaments estan alineats en paral·lel.
En la imatge de sota, veus que en cada heterodímer la tubulina α mira cap avall, mentre que la β està a munt. Així doncs, el microtúbul té una estructura diferencial polaritzada, amb les tubulines α exposades a l’extrem i les tubulines β exposades a l’altre extrem . Si mirem el dímer, el - sempre estarà format per una subunitat α, mentre que el + per una β. L’α sempre serà GTP, i aquest no es pot hidrolitzar a GDP, per tant NOMÉS β tindrà activitat GTPasa. Tot i que la històlisi no és immediata, en funció de la velocitat de polimerització veurem si hi ha més subunitats hidrolitzades o menys.
[Si mirem el microtúbul, la subunitat negativa esta feta per una (-), i la beta (+). L’alfa està unit a GTP però només la subunitat beta té activitat GTPasa. Sempre s’incorporarà en GTP i es tornarà GDP, depenent de la velocitat es tindre més GDP o GTP. Recordà però, que la subunitat alfa sempre tindrà GTP, ja que és incapaç d’hidrolitzar aquest nucleòtid.] Les unions entre les diferents subunitats són febles, no covalents. Tindrem sempre unions alternes si anem del negatiu al positiu alfa-beta-alfa-beta, i si ho fem lateralment alfa-alfabeta-beta. Com veus a la imatge, la subunitat alfa està exposada a l’extrem negatiu, mentre que la subunitat beta està exposada a l’extrem positiu.
Estructura molecular 1 subunitat 1 protofilament 1 microtúbul Heterodímer de cadenes de dímers 13 protofilaments α-tubulina i βtubulina 3. CINÈTICA DE POLIMERITZACIÓ Tant els microtúbuls com els filaments d’actina tenen una orientació regular i paral·lela, la qual els hi confereix una polaritat estructural.
La dinàmica in-vitro és idèntica a la de l’actina. Concentracions critiques, etc.
Però sabem que l’extrem positiu creix mes despresa que el negatiu, té un creixement molt més gran en l’extrem positiu. Tant com pot créixer, es pot despolimeritzar.
Un microtúbul es forma mitjançant la polimerització de dímers d’αβ tubulina, mentre que la despolimerització te lloc mitjançant l’eliminació d’aquests dímers dels extrems del polímer. Al igual que en els filaments d’actina, la velocitat d’adició de dímers ve donada per la subunitat kon, les unitats de la qual són M-1 · seg-1. Mentre que la velocitat de la pèrdua de subunitats per un extrem ve donada per la koff , les unitats de la qual son seg-1. El creixement es doina amb més velocitat a l’extrem (+), mentre que la despolimerització és dona amb més velocitat a l’extrem (-).
En la gràfica de l’inici d’aquest apartat, veiem les tres fases que donen lloc a la formació d’un polímer.
- - Fase lag (nucleació): Correspon al temps de nucleació del polímer.
Fase de creixement (elongació): Procedeix espontàniament quan l’energia lliure de Gibbs per l’addició de subunitats lliures és menor a zero. Això passa quan la concentració d subunitat en la solució, és més gran que la concentració critica. De la mateixa forma, la despolimerització es donarà espontàniament quan l’energia lliure sigui més gran que zero. És un creixement exponencial. (Si no és in vitro, l’extrem que està en contacte amb el centre organitzador està molt limitat) Fase en equilibri o estat estacionari: S’assoleix quan el creixement del polímer degut a l’addició de monòmers està exactament en equilibri per l’escurçament de polímers degut a la pèrdua de monòmers.
Tanmateix, in-vitro que no hi ha centre organitzador, en principi es van addicionant per tot arreu, però per una banda més rapida. Quan arribem al punt crític, hi ha un creixement net del microtúbul.
La polimerització de la tubulina s’estudia en condicions in-vitro.
1. El que veiem no és res més que dímers de tubulina, que s’aniran unint per formar el polímer de 13 protofilaments alineats deixant el centre buit.
2. Els protofilaments, són la unió o associació longitudinal. Aquest pas és probablement força inestable, per la qual cosa, ràpidament es donen associacions laterals, formant una forma de fulla corba més estable. El protofilaments són conjunts de dímers de tubulina, posats cap amb cua, en paral·lel.
3. La formació dels microtúbuls es fa amb una polaritat, de la qual sorgeixen dos extrems diferents, un positiu i un negatiu. L’extrem positiu creixa ràpidament, mentre que l’extrem negatiu és molt més lent. Aquesta polaritat té molta importància, ja que determina la direcció del moviment.
La primera part, per passar del monòmers als oligòmers és la més difícil de la nucleació. Com també veiem, es donen unions laterals entre els protofilaments, això es deu, a com hem dit abans, que aquesta estructura és molt poc estable.
Un cop el nucli està format, i es comencen a unir més subunitats, tenim l’oligòmer, el qual començarà a créixer exponencialment però només per l’extrem positiu. (Quan estem in-vivo, l’extrem organitzador està limitat) A la fase estacionaria, hi ha un intercanvi de subunitats, però no hi ha creixement net del microtúbul.
3.1 INESTABILITAT DINÀMICA Fins aquí, hem estudiat la dinàmica dels microtúbuls (també de l’actina), representant de manera molt simple el comportament dels microtúbuls. Així doncs, havíem dit que per sobre de la concentració critica Cc les subunitats de tubulina polimeritzen a microtúbuls. Mentre que, per altra banda, havíem dit que per sota de la Cc els microtúbuls despolimeritzaven en les seves subunitats. Tantameix, aquesta és una manera molt simple de parlar del comportament d’un microtúbul individual sense tenir en compte molts factors, i per tant és una explicació enganyosa.
Sota condicions in-vitro favorables, un únic microtúbul, pot oscil·lar entre pfases de creixement i fases de despolimerització. En tots els casos, la taxa de creixement dels microtúbuls és molt més baixa que la taxa de despolimerització. Quan es va descobrir aquest comportament més complex dels microtúbuls, els investigadors li van posar el nom de inestabilitat dinàmica, ja que ells creien que sota qualsevol condició, tots el microtúbuls en una solució o en el citosol, tindrien el mateix comportament. Altres estudis han demostrat que un microtúbul individual en condicions del citosol, també presenten aquestes característiques de inestabilitat dinàmica.
Quan vam veure la cinètica de l’actina, vam estudiar la inestabilitat dinàmica i l’intercanvi rotatori. La tubulina pateix inestabilitat dinàmica, el fet que només una de les subunitats té activitat GTPasa, promou que tingui aquest comportament. I el filament de tubulina només el té en un cap.
Suposem que la concentració crítica de subunitats lliures és intermèdia entre la concentració critica de l’extrem (+) i la concentració critica de l’extrem (-), és a dir, en el mateix rang en que observàvem intercanvi rotatori. En aquestes condicions, qualsevol extrem que tingui la forma T (de GTP), creixerà (per tant extrem positiu). Per contra, qualsevol extrem que tingui la forma D, s’escurçarà. En un filament, un extrem podria créixer durant una estona en forma de T, per canviar sobtadament a forma D, i començar a dissociar-se amb rapidesa tot i que encara, la subunitats d’actines lliures es mantingui constant. Al cap d’una estona, podria tornar a créixer per T de forma constant.
Aquesta interconverció ràpida entre un estat de creixement i un estat de dissociació, a una determinada concentració de subunitats lliures, es denomina inestabilitat dinàmica. El canvi d’un estat de creixement a l’escurçament s’anomena catàstrofe, mentre que el canvi cap al creixement es coneix com a rescat.
Ens oblidem de l’extrem negatiu, i ens fixem només amb el positiu. En el qual es van unint subunitats, i en surten. Sempre s’uneixen GTP, al cap d’una estona aquest GTP es transforma GDP. És a dir, si la subunitat al final de cada filament, es troba en forma T o G, depèn de la taxa de la seva hidròlisi comparada amb la taxa de addició de subunitats. Si vaig afegint subunitats, perquè tinc molta concentració, i no deixem temps de que el GTP passi a GDP, tindre un cap GTP, és a dir, les noves subunitats que s’afegeixin al polímer, ho faran abans de que s’hagi hidrolitzat el nucleòtid de la subunitat anterior. Com ja hem dit, el que es formarà serà una GTP cap. Aleshores, sempre tindre la part més nova del microtúbul que fa GTP. Es important, perquè quan s’hidrolitza el GTP i passa GDP, l’estructura queda més feble i no te la mateixa consistència. Això facilita l’escorçament, quan jo tinc el cap en GTP, no s’escurça el cap tant ràpidament, es canvi si tic GDP, s’escurça més ràpidament. Per tant, si tinc poques molècules al medi, passarà el mateix, les GTP s’hidrolitzaran abans d’arribar al polímer. Per tant:   GTP al polímer: Més facilitat de polimerització GDP al polímer: Més inclinació cap a la despolimerització. (Els microtúbuls despolimeritzen 100 vegades més ràpid, quan el final conté GDP) Qualsevol microtúbul tindrà un comportament de créixer i escurçar-se. El punt en el que perd el cap de GTP, es queda amb la disposició feble i perd subunitats. Aleshores tindré moltes subunitats lliures al medi, i podré tornar a polimeritzar el microtúbul.
Quan hi ha una pèrdua del cap de GTP, és sobrevé una despolimerització. Aquest punt s’anomena catàstrofe. Microtúbuls individuals, poden per tant, alternar períodes de creixement lent amb períodes de despolimerització rapida. Aquest fenomen és el que anomenem inestabilitat dinàmica.
Aquest esdeveniment que anomenem catàstrofe té lloc, quan la hidròlisi procedeix de forma més ràpida que la unió de subunitats. Aleshores, el que passa es que es perd el cap de GTP, i el microtúbul es comença a encongir. Tanmateix, les noves subunitats de GTP que han quedat al medi es poden tornar a unir a l’extrem del microtúbul, formar un nou cap de GTP i potenciar el creixement del microtúbul.
En una població de microtúbuls, en qualsevols dels moments alguns dels extrem es troben en forma de T i altres en forma D, i la proporció d’uns o dels altres depèn de la taxa d’hidròlisi i de la concentració de les subunitats lliures en un moment determinat. La diferència estructural que existeix entre els extrem quan estan en forma T o quan estan en forma D és molt gran.
Quan tenim subunitats de GTP unides al monòmer β, es formen protofilaments rectes que formen contactes laterals regulats forts amb altres subunitats. Tanmateix, la hidròlisi de GTP a GDP està associada a un subtil canvi conformacional de la proteïna que té la funció de fer el pas de protofilaments a protofilaments corbats. Això es dona a mesura que la concentració de dímers de tubulina baixa en el medi, a causa de l’addició de subunitats.
Com veus a la primera imatge, quan l’extrem te GTPs, és a dir, quan creix ràpidament aquest extrem GTP, manté aquesta curvatura del filament amb tanta força que sembla un protofilament recte. Per contra, qual aquests extrems s’hidrolitzen, questa constricció queda eliminada, i tal i com mostra la imatge, els extrems queden corbats de tubulina unida a GTP a prop dels extrems dels microtúbuls en polimerització.
Si hi ha molta concentració de subunitats lliures de GTP, aleshores el filament seguirà creixent, el tap o cap que s’ha format seguirà creixent. Sinó, el que passarà és s’hidrolitzarà i quedarà molt feble.
Per tant, quines condicions hi ha quan tenim un intercanvi rotatori.
- La concentració de subunitats lliure és intermèdia entre la concentració crítica de la forma T, i la concentració crítica de la forma D.
Quan ens trobem en una cèl·lula hi ha moltíssimes proteïnes que intervenen en els processos dels que hem estat parlant.
4. FÀRMACS Si l’estructura dinàmica més important que forma el microtúbul és el fus mitòtic, si no deixo a una cèl·lula formar el fus mitòtic no es poden dividir = tractament de càncer. La metafase no s’assoleix amb cap d’aquests fàrmacs.
 Taxol: Estabilitza el microtúbul . Si no deixo que s’escurci, tampoc es pot formar el fus mitòtic. La metafase no s’assoleix. S’uneix als microtúbuls en formació i els estabilitza (fa que creixi indiscriminadament). Aquesta estabilització també impedeix la divisió cel·lular, ja que si un filament creix indefinidament, no es formarà el fus.
 Colquicina: S’uneix a les subunitats lliures de tubulina i impedeix la polimerització. Pot servir per sincronitzar les mitosis de totes les cèl·lules d’un cultiu cel·lular. Inhibeix a la tubulina de forma irreversible.
 Vinblastina: S’uneix a les subunitats lliures de tubulina, i impedeix la polimerització. S’utilitza en quimioteràpies de càncer, ja que inhibeixen de forma selectiva cèl·lules que estan en ràpida divisió.
 Nocodazol: Unió a subunitats lliures de tubulina. Impedeix la polimerització 5. PROTEÏNES ASSOCIADES A MT Per a que es pugui formar el fus mitòtic necessitem proteïnes. Abans hem vist com funcionava la inestabilitat dinàmica dels microtúbuls. Tanmateix, la inestabilitat dinàmica in-vivo pot ser regulada mitjançant la interacció amb diferents proteïnes per l’extrem positiu (+). Per exemple, durant la profase de la mitosi, els microtúbuls creixen des del centrosoma. Quan l’extrem (+) del microtúbul fa contacte amb un cromosoma, l’extrem s’estabilitza, ja que aquest li fa de capping, per tant ja no s’escurça, pot continuar creixent. Per altra banda, el ràpida despolimerització d’aquest mateix extrem (+), els dímer de tubulina estaran disponibles per al creixement d’un altre microtúbul. Per tant, els microtúbuls que no estableixin contacte amb els cromosomes no necessiten estabilitzar-se, ja que d’aquesta manera estem enriquint el medi amb subunitats lliure de tubulina-GTP.
Per tant, el material genètic, té la capacitat de fer de capping dels microtúbuls. També hem de pensar, que si surant el període de divisió cel·lular tots els microtúbuls estiguessin regulats, ni hi hauria inestabilitat dinàmica, i per tant no es podria donar la divisió cel·lular, donat que, no hi hauria monòmers lliures de GTP-tubulina al medi, i no es podria formar el fus mitòtic.
1. Proteïnes de control de creixement     Nucleadores  ϒ-TuRC Bloquejants de l’extrem (+)  EB1 Estabilitzadores  MAPs Desestabilitzadores  Quinesina-13  Estatmina 2. Proteïnes que promouen la formació de feixos  Fasciculadores  Nexina  MAP2  Tau 3. Proteïnes motores   Quinesines Dineïnes 5.1 PROTEÏNES DEL CONTROL DEL CREIXEMENT 5.1.1 PROTEÏNES NUCLEADORES En la gran majoria de cèl·lules animals existeix el que es coneix com MTOC (un centre organitzador de microtúbuls) ben definit denominat centrosoma, que es localitza a prop del nucli. Des d’aquest punt focal, els microtúbuls citoplasmàtics emergeixen en forma d’estrella i amb una conformació astral, o com una pilota amb punxes. Els microtúbuls són nucleats en el centrosoma a partir dels seus extrems negatius, de forma que els extrems (+), apunten cap a la perifèria cel·lular. El microtúbuls formats en el centrosoma, creixen i es trenquen contínuament, degut a la seva inestabilitat dinàmica. Un centrosoma, està format per una matriu centrosomica fibrosa, que conté més de 50 copies d’una proteïna que veurem a continuació anomenada ϒ-TuRC.
ϒ-TuRC Mentre que l’alfa i la beta tubulina són els blocs de construcció habituals dels microtúbuls, un altre tipus de tubulina, anomenada tubulina-ϒ, té un rol molt més especialitzat. Es presenta en quantitats més petites que l’alfa i beta tubulina, i és una proteïna que està involucrada en la nucleació del creixements dels microtúbuls dels organismes que van des de els llevats fins als humans. Els microtúbuls, generalment es nucleen des d’una localització especifica intracel·lular coneguda com el centre d’organització microtubular (MTOC).
Els microtúbuls són nucleats en el seu extrem negatiu (-), amb l’extrem positiu (+) creixent cap a l’exterior, de cada MTOC, per crear varis tipus de disposicions (organitzacions) de microtúbuls. Una ϒ-tubulina anell complex (ϒ-TuRC), és capaç de nuclear el creixement de microtúbuls, en el tub d’assaig, en diversos organismes. Dues proteïnes, s’uneixen amb la ϒtubulina, juntament amb altres proteïnes que ajuden a generar l’anell de molècules de tubulina-ϒ. Aquest anell es pot observar des de l’extrem (-) dels microtúbuls nucleats per ϒTuRC, i sembla que actua de base per formar un microtúbul amb 13 protofilaments.
- ϒ-tubulina: El centrosoma no te membrana, i el material pericentriolar, es un conjunt de proteïnes que els envolten. La gamma-tubulina es troba lliure, a partir de la gamma tubulina, comencen a créixer de menys a mes.
5.1.2 PROTEÏNES BLOQUEJANTS Hi ha una sèrie de proteïnes que s’uneixen als extrems actius dels microtúbuls. En particular, poden tenir efectes dramàtics sobre la inestabilitat dinàmica dels microtúbuls. Poden influenciar en la taxa en que un microtúbul passa d’un estat de polimerització a un de despolimerització.
EB1 Forma part d’un tipus de proteïna que s’uneix a l’extrem positiu dels microtúbuls, en els quals s’acumulen i viatjen al voltant de la cèl·lula com a passatgers dels extrems dels microtúbuls amb creixement ràpid, i que es dissocien dels extrems quan els microtúbuls comencen a despolimeritzar Se saben les funcions que té però no el mecanisme, controlen la llargada d’aquest microtúbul. Sempre està a l’extrem positiu del microtúbul per controlar la seva llargada. En la imatge, observem en color verd els microtúbuls i en color lila els EB1 EB1: Pot fer d’encolatge entre microtúbul i algun orgànul. Sempre la tenim ancorada per l’extrem (+)del microtúbul, per controlar la seva llargada.
EB1 és essencial per al posicionament del fus mitòtic dels llevats, dirigint els extrems (+) en creixement dels microtúbuls del fus mitòtic cap a una regió d’amarrament en la yema i ajudant al seu ancoratge en aquesta zona.
En l’experiment veiem subunitats lliuren en cultiu, sense la EB1, en la que es mesura la llargada del microtúbul. Si posem 1 μM de EB1 en el medi, aleshores trobem moltes més catàstrofes. Si posem més concentració, trobem més catàstrofes i rescats. Per tant, sabem que promou més catàstrofes, més rescats i promou la llargada del microtúbul.
 Catàstrofe = escurçament  Rescat = creixement Aquest és l’experiment que es va fer el 2008. Podem veure les subunitats lliures i es mesura la llargària de la proteïna sens ela subunitat EB1. Els puntets negres maquen les catàstrofes.
Quan afegim la proteïna tenim moltes més catàstrofes, i també apareixen rescats. Arribem a la conclusió que, la proteïna controla la llargada i promou les catàstrofes i els rescats.
5.1.3 ESTABILITZADORES MAPs Les proteïnes són estabilitzadores que s’uneixen lateralment als microtúbuls reben el nom genèric de MAPs (microtubule associed proteins). De forma similar al fàrmac taxol que hem vist anteriorment, les MAP poden estabilitzar els microtúbuls evitant la seva despolimerització (permetent el creixement del microtúbul i facilitant la formació d’estructures). Les MAP a més a més, s’encarreguen de controlar les interaccions dels microtúbuls amb altres components cel·lulars.
Aquest conjunt també es troba molt en les neurones, en el qual hi ha dendrites i axons, els quals necessiten més control pel que fa la formació de microtúbuls. L’axó irradia de – a +, però les dendrites tenen els microtúbuls en els dos sentits.
Aquestes proteïnes tenen com a mínim un domini el qual s’uneix a la superfície dels microtúbuls i un altra del tipus N-terminal que es projecta cap el seu exterior, cap a estructures externes com la membrana plasmàtica, filaments intermedis, o altres microtúbuls. La longitud d’aquest domini de projecció determina la distància de d’empaquetament entre diferents microtúbuls. Algunes MAP també són formadores de feixos o estructures més complexes.
Existeixen diferents tipus de MAPs que es diferencien pels seus pesos moleculars, a més a més, gairebé totes les MAPs es localitzen al cervell. L’única que es troba per tot arreu és la MAP4.
L’expressió de les MAP és cèl·lula especifica.
MAPs de tipus 1 i 2.
Les cèl·lules que sobrexpressen les MAP2, que tenen un domini de projecció força llarg, i forma conjunts de microtúbuls que es mantenen units, però no estretament.
Totes elles tenen unió a microtúbul lateralment i els estabilitza, el que implica que reduiran el nombre de catàstrofes d’aquell microtúbul, és a dir serà menys dinàmic, però s’allargarà més que si no estigues regulat per aquestes proteïnes. Les neurones, estan molt enriquides d’aquestes proteïnes d’associació MAPs tipus 1 i 2, això no vol dir que la resta de les cèl·lules no presentin aquestes proteïnes.
TAU Per altra banda, les cèl·lules que sobreexpressen tau, el domini del qual és molt mes petit, forma conjunts de microtúbuls molt més junts que la MAP2.
MAPs1 vs MAPs2 varia el domini d’unió als microtúbuls. El domini N-terminal s’irradia cap a estructures externes, que be por ser un altre microtúbul, un membrana (altres estructures de la cèl·lula).
La funció d’un MAP no és només estabilitzar, sinó també formar feixos i estructures més complexes com per exemple feixos.
5.1.4 Desestabilitzadores Les proteïnes que s’uneixen als extrems dels microtúbuls, tenen rols crucials més allà del que tindria una proteïna capping corrent. En particular, poden tenir efectes dramàtics ens la inestabilitat dels microtúbuls. Poden interferir en com un microtúbul passa d’estar en un estat de encongiment (la freqüència de catàstrofes), a una estat d’allargament (la freqüència de rescats).
Quinesina-13: Forma part d’una família de proteïnes motores que tornarem a veure. Tanmateix aquí no actua com a motor. El que fa és incrementar el nombre de catàstrofes. La quinesina-13 s’uneix de forma especifica al microtúbuls, i sembla que separa als protofilaments, entre sí, disminuint la barrera d’energia normal d’activació que impedeix que un microtúbul es transformi en un protofilament corbat, típic de l’estat de despolimerització. Vam dir que el polímer es deformava amb la hidròlisi de GTP, i aquesta proteïna en canvi, requereix energia del ATP per separar el filaments de tubulina.
En altres paraules, deforma els extrems del microtúbul o del protofilament, per tant incrementa el nombre de catàstrofes i necessita hidròlisi d’ATP per funcionar, per poder treballar i separar els dímers de tubulina.
Les quinesines, una família de proteïnes també conegudes com a factors de catàstrofe, augmenten significativament el nombre de catàstrofes. Ja hem dit, que la proteïna més característica d’aquesta família és l’anomenada família Quinesina-13. Aquestes s’uneixen específicament, al final d’un microtúbul, i sembla que separi els protofilaments, disminuint la barrera d’energia d’activació, que prevé la formació de microtúbuls.
   Unió a protofilaments de tubulina Facilita la separació de dímers Hidròlisi d’ATP Estatmina: S’uneix a dos dímers de tubulina, i impedeix la seva unió als extrems dels microtúbuls. Augmenta la hidròlisi de GTP. D’aquesta manera, disminueix la concentració efectiva de les subunitats de tubulina disponibles per a la polimerització. A més, augmenta la probabilitat de que un microtúbul en creixement pateixi la transició catastròfica cap a l’estat de ruptura. La fosforilació d’estatmina inhibeix la seva unió a tubulina i les senyals que indueixen a aquesta fosforilació poden incrementar l’elongació dels microtúbuls i suprimir la inestabilitat dinàmica. L’estatmina, a vegades es troba en classificacions dins les MAP.
    Unió de dímers de tubulina al filament. Concretament a les regions corbades dels protofilaments de tubulina en la conformació de tubulina-β-GDP.
Incrementa la hidròlisi de GTP a GDP. Afavoreix la hidròlisi del GTP en el dímer de tubulina terminal, i ajuda a que es dissociï de l’extrem del microtúbul.
Caiguda del filament Regulada per fosforilació. Aleshores queda inhibida i s’incrementa l’elongació dels microtúbuls.
Catanina: És un altre tipus de proteïna desestabilitzadora. En aquest cas, aquesta proteïna treballa per dins del microtúbul, i el trenca pel mig. Aquesta proteïna està formada per dues subunitats.
Una més petita que te la funció de hidrolitzar l’ATP i realitza la fragmentació, i una altra més gran que dirigeix la catanina cap al centrosoma. A més a més, la catanina allibera el microtúbuls de la seva unió al centre organitzador. Per altra banda, cal destacar que es creu que té un paper important en la ràpida despolimerització observada en els pols del fus mitòtic durant la meiosi i la mitosi.
5.1.5. FACICULADORES La diferència entre les proteïnes que veurem ara es basa en la longitud del seu braç N-terminal.
TAU: Es troba sobretot als axons. Tau s’uneix a l’entramat de microtúbuls per els seus dominis C- i N-terminals, amb la qual cosa adopta una forma d’anell. També s’encarrega d’estabilitzar els microtúbuls.
MAP2: Es troba principalment a les dendrites.
S’uneix a l’entramat de microtúbuls per un dels seus extrems i allarga un gran braç amb un altre domini d’unió a un altre extrem. Ensambla i entrecreua els microtúbuls entre si i amb filaments intermedis.
Les imatges de sota són electromiografies que mostren la secció transversal d’un microtúbul sobre una cèl·lula que sobreexpresa MAP2. La distribució regular dels microtúbuls (MT) en aquest feix, és el resultat de la longitud constant dels braços de MAP2. En (D), veiem un tall transversal d’un cèl·lula que sobreexpresa tau. Els microtúbuls estan molt més a prop que com ho estaven en C, perquè el domini és molt més curt.
NEXINA: La nexina és la proteïna que fa de nexe entre els dobles de microtúbuls que formen els cilis i dels flagels que tenim laterals. Entre el cos basal i el cili tenim una zona de transició, en la que hi ha proteïnes com ara la nexina. En aquesta zona de transició encara no tenim el doblet central.
5.1.5.1 Regulació de les MAP En aquesta imatge, el que estem veient és un exemple d’un experiment en el qual un factor de creixement activaria una GTPasa de la família de les Rho (citoesquelet d’actina). En aquest cas el factor de creixement que s’està utilitzant és la NETRINA, la qual envia unes senyals per tal de que s’activi aquesta Rho. Una vegada activada, aquesta al seu torn activa a les cinases (quinases) del tipus GSK3-β que catalitzen la fosforilació dels dominis d’enllaç a la tubulina de les proteïnes MAPs (aquí en posen com a exemple la proteïna Tau, o la proteïna MAP1B). La fosforilació de les MAPs provoca la dissociació dels microtúbuls. Això vol dir que aquest microtúbul es desestabilitza i comença a ser un altre cop molt dinàmic. El microtúbul tornarà a presentar catàstrofes i reorganitzarà el citoesquelet. Això passa habitualment, i no és patològic. Les proteïnes del tipus fosfatasa (que eliminen un residu fosfat de les MAP) també estan molt regulades.
A més a més, a l’inici de la mitosi (es necessiten microtúbuls dinàmics), la fosforilació de les proteïnes MAP augmenta, això implica l’augment de la inestabilitat (provocat per la netrina), els microtúbuls es despolimeritzen i els dímers de tubulina formen l’eix mitòtic. Per tant, la necessitat de proteases (activitat proteasa), predomina al final de la mitosi, ja que s’ha de tornar a estabilitzar tot el citoesquelet. Aquestes fosfatases són les que eliminen els grups fosfats de les MAPs. Una vegada les MAP han quedat desfosforilades, es tornen a estabilitzar els microtúbuls.
A sota, veiem els resultats d’un experiment en el qual s’ha sobrexpresat la netrina, netrina i ros i netrina i liti. Aquest es posa com a fàrmac, un inhibidor de la GSK3-β, que impedeix que les MAP es fosforilin. Tot aquest procés es porta a terme per Western-Blot. Per tant, el resultat final que veiem és per una banda, la quantitat de MAP fosforilada, i per una altra banda la quantitat de MAP total. Sempre hem de marcar les dues coses per separat. Existeixen programes, que posteriorment ens permetran mesurar la densitat de la taca. Això ens permet veure per exemple que quan posem N+ liti casi no hi ha fosforilació.
5.1.5.2 Alzheimer Un dels trets de l’Alzheimer és na formació de cabdells neurofibril·lars.
L’Alzheimer es relaciona amb una hiperfosforilació de tau, és una situació patològica. La fosforilació sobredimensionada de tau (en diferents etíops) ve donada per la proteïna cdk5 i la GSK3-β en el citoesquelet de les neurones. Això té com a conseqüència La hiperfosforilació provoca la dissociació dels microtúbuls, i com a conseqüència es desestabilitza d’unes proteïnes que no feia falta, és a dir, estem desestabilitzant cèl·lules que no ho haurien d’estar. També cal afegir que quan tau esta hiperfosofrilada té tendència a autoagregar-se. Aquests agregats no poden ser eliminats per la cèl·lula, i es van acumulant aleshores precipiten i les cèl·lules acaben morint. Les cèl·lules mortes, al seu torn també precipiten i van formant agregats.
5.2 MOTORES Les proteïnes motores del citoesquelet, tenen la capacitat d’associar-se amb aquest i desplaçar-se per d’amunt. Aquestes proteïnes amb una gran importància, s’uneixen al citoesquelet polaritzat, i utilitzen l’energia de repetits cicles d’hidròlisi d’ATP, per moure’s de manera constant al llarg d’aquest. Dotzenes de proteïnes motores de citoesquelet, coexisteixen en les cèl·lules. Es diferencien entre ells segons el tipus de filament al qual s’uneixen (actina o microtúbuls), la direcció en la que es mouen pel filament, i la càrrega que portin. Moltes proteïnes transporten orgànuls rodejats de membrana, tals com els mitocondris, cisternes de Golgi o vesícules secretores, a les seves localitzacions apropiades a la cèl·lula. Altres proteïnes motores, com ja vam veure, indueixen als filaments del citoesquelet a exercir tensió o relliscar uns amb els altres. Generant forces tals com la contracció muscular (com vam veure amb el citoesquelet d’actina) o la divisió cel·lular.
Amb l’actina només teníem com a proteïna motora la miosina com a motor, però aquí tenim dos grups.
  Quinesina: Sempre transportarà de l’extrem - a l’extrem +, això és el que en diem de forma interograda.
Dineïna: Retrograda de + a -.
Totes dues requereixen hidròlisi d’ATP (encara que són proteïnes motores dels microtúbuls, els quals . Les dos famílies de proteïnes en la seva forma globular tenen domini ATPasa, necessiten ATP per caminar per sobre dels microtúbuls. Per tant hi ha un gas energètic. Això ho necessiten per poder fer el tràfic intracel·lular, que pot anar en dues direccions tal i com mostra el dibuix. Hi ha expulsió de proteïnes, però també hi ha endocitosi. Per exemple, les que surtin del Golgi, sempre aniran de (-) a (+). En canvi, si estem introduint elements extracel·lulars o de la membrana citosòlica, aleshores aniran de + a -.Perquè necessitem que hi hagi dos direccions diferents? Puc voler extreure proteïnes, o puc voler entrar substàncies a l’interior de la cèl·lula.
Recorda que els microtúbuls també mantenen en la seva posició els orgànuls de la cèl·lula. Si no hi ha microtúbuls estabilitzats, el Golgi no es pot posicionar allà on toca. (Posicionament orgànuls). En aquests punts, recorda les funcions més importants dels microtúbuls.
   Formació de carreteres Posició orgànuls Formació del fus mitòtic 5.2.1 Quinesines En primer lloc, la quinesina és una proteïna motora que es desplaça al llarg dels microtúbuls. Es va identificar per primera vegada a l’axó de calamar gegant, una estructura cel·lular molt gran, on transportaven orgànuls cel·lulars envoltats de membrana des del soma neuronal cap a l’axó terminal, desplaçant-se pels microtúbuls polaritzats que formen els axons.
Està formada per tres famílies, la més estudiada és la Quinesina 1, que forma part de la família quinesines n, i que va de – a +. De fet, la primera vegada que es van veure va ser en l’axó del calamar. Aquesta proteïna es movia des de el cos neuronal, a través de l’axó, caminant des de l’extrem negatiu, cap a l’extrem positiu.
Estructuralment és molt semblant a la miosina II, ja que cada motor actiu té dues cadenes pesades i dues cadenes lleugeres; aquestes formen dos caps globulars que actuen com a dominis motors i una cua helicoïdal allargada responsable de la dimerització de la cadena pesada. Al igual que la miosina, la quinesina forma part d’una gran família de proteïnes, les quals tenen com a únic element comú el domini motor. Els humans tenim prop de 46 tipus de quinesines diferents.
La superfamília de les quinesines, està formada com a mínim per 14 famílies de proteïnes diferents. La gran majoria d’elles posseeixen un domini motor a l’extrem N-terminal de la cadena pesada, i es dirigeixen cap a l’extrem (+) dels microtúbuls. Tanmateix, no hem d’oblidar que les quinesines tenen una família molt particular de proteïnes, que tenen el domini motor a l’extrem C-terminal i es desplaça en direcció oposada, és a dir cap a l’extrem (-). Per contra, si estem parlant de la família normal que té el domini N-terminal motor, quan parlem de la cua ens hem de referí a aquella estructura formada per les cadenes lleugeres, unides als dominis Cterminals de les cadenes pesades. Aquest zona de la quinesina és la responsable de la unió a la càrrega que transporten.
Per altra banda, algunes cadenes pesades de les proteïnes quinases han perdut la seva seqüència helicoïdal, i com a conseqüència actuen com a monòmers, de forma anàloga a com ho fa la miosina de tipus I. Altres espècies de quinesines són homodímers o heterodímers. Així doncs, membres de la família de la quinesina-5 s’autoassocien a través del seu domini cua i formen un motor bipolar que fa lliscar a dos microtúbuls en sentit oposat un de l’altre, apropant-los, de la mateixa forma que ho farien els filaments gruixuts de la miosina II amb els filaments d’actina. També cal dir que, la gran majoria de quinesines, porten associades al domini cua, un lloc d’unió per transportar orgànuls envoltats de membrana o d’altre microtúbuls.
Per tant, fem un resum del que sabem fins ara de les quinesines:  Formada per tres famílies de proteïnes (N, C, L)  La quinesina més estudiada és la de tipus I, que es la que veurem en aquests apunts principalment.
 Dues cadenes pesades i dues cadenes lleugeres.
    Les cadenes pesades són regions llargues amb conformació hèlix-α, que s’enrotllen una amb l’altre.
 El domini motor es troba a l’extrem N-terminal els quals s’uneixen tant a microtúbuls com a ATP. (El seu domini motor és més petit que el de la miosina).
 En aquest cas, les cadenes lleugeres estan unides als dominis Cterminals de les cadenes pesades, la qual cosa les fa responsables de la unió a altres components cel·lulars els quals transporten al llarg dels microtúbuls.
 Es mouen cap a l’extrem positiu dels microtúbuls.
La gran majoria de quinesines es mouen de l’extrem (-) a l’extrem (+). (Hi ha un cas particular en que aquest moviment es dona al revés).
Existeix un grup de quinases (quinesina 13), que no es mouen per sobre dels microtúbuls.
Com s’organitzen els dominis i la direcció de les proteïnes.
 Quan es desplacen cap a l’extrem (-), aleshores el domini motor és C-terminal.
 Quan es desplacen cap a l’extrem (+), aleshores el domini motor és el Nterminal.
 Les quinesines que no es desplacen, tenen els dominis motors al centre de la cadena.
Alhora de caminar, el microtúbul, és quan està unida a ATP que s’uneix al microtúbul, en el moment en que s’hidrolitza, aquesta subunitat es pot aixecar per damunt de l’altre (sempre per sobre l’altre), i es torna a enganxar. Amb la miosina era al reves, era quan s’unia a l’ATP el que feia aixecar-se i la hidròlisi el que feia que s’enganxés. A més a més, la quinesina pot unirse i caminar llargues distancies, és a dir té processivitat. (Estructuralment, la miosina i la quinesina són molt similars, en el cas de la quinesina el coll és molt llarg en forma de coied-coil, un coll s’enganxa amb l’altre coll i queda el dímer unit. En aquest cas les cadenes lleugeres queden a baix de tot (no com a la miosina que estava unit al coll). Tot i que s’assemblen tant, les seqüencies gèniques són molt diferents, tanmateix com que s’assemblen tant, es pensa que van tenir un passat comú. Tanmateix la diferència més important és la unió del ATP, (és la que has de tenir present per l’examen) Les diferents quinesines es diferencien per on tenen el domini motor.
   Quinesines C: al c-terminal i aleshores caminen de + a – és a dir que van al mateix Quinesines N: Domini motor a N terminal va de – a+, i és el més comú de trobar-se a les cèl·lules.
Quinesines amb el domini motor al centre: no es mouen (per exemple la quinesina 13) No tenen capacitat de desplaçar-se.
COM ES MOU LA QUINESINA? Els dominis motors de la quinesina actuen de forma coordinada.
Durant un pas de a quinesina, el cap posterior s’allibera del el seu lloc d’unió a la tubulina, travessa el domini motor de la seva parella, i aleshores s’uneix de nou al lloc d’unió de la següent tubulina disponible.
Una propietat que hem de destacar de la quinesina, és la seva processivitat, és a dir, que es tracta d’un molècula que pot recórrer grans distàncies sense desenganxar-se del microtúbul. Per exemple, es parla de que una quinesina pot donar 100 passos abans de desenganxar-se. Això ens indica que més o menys, cada pas de quinesina són uns 80 A. Aquesta distància es correspon amb la distància entre subunitats consecutives de α i β tubulina. Com veiem, a més a més, els dos dominis motors de la quinesina operen en tàndem, un s’uneix i desprès ho fa el següent.
Un fenomen important a tenir en compte és que l’ATP augmenta significativament l’afinitat de la quinesina pels microtúbuls. (Recorda que la miosina, el que passava és que la unió al ATP tenia la acció contrària, és a dir, dissociava a la miosina de l’actina). Per tant, ja sabem que la formació de ATP a ADP en els dominis d’unió de la quinesina, redueixen l’afinitat d’aquesta pels microtúbuls.
La unió dels dominis motors de la quinesina amb els dímers de tubulina estimulen l’alliberament del ADP, i per tant desprès la subseqüent unió del ATP. La unió d’una molècula d’ATP desencadena canvis conformacionals en el domini motor de la quinesina que condueix a dos esdeveniments molt importants. En primer lloc, l’afinitat de la quinesina pel microtúbul augmenta. Per altra part, la unió del ATP a aquest domini motor provoca un petit pèptid anomenat “connector de coll”, és a dir la unió de coll s’uneix al domini cap. En altres paraules, canvia d’una forma cap a enrere cap a una forma cap a endavant (el connector de coll apareix com una línia connectora entre el domini motor i la zona de superenrotllament entrellaçada). Aquest canvi, impulsa al domini motor posterior cap endavant, després d’alliberar-se en el microtúbul amb l’ADP unit. L’alliberació requereix la hidròlisi d’ATP i l’alliberació d’un fosfat Pi.
En primer lloc, els dos dominis estarien en forma de ADP, i s’unirien al microtúbul.
L’alliberament d’ADP i la unió del ATP resulten en un canvi conformacional que bloqueja el cap al microtúbul i passa el “connector de coll” al domini cap, fent que el segon domini passi per sobre del primer, cap a l’extrem positiu del microtúbuls. La hidròlisi del ATP es dona mentre el segon domini s’uneix al microtúbul. L’intercanvi de de ATP a ADP en el segon cap, fa que el segon es desenganxi del microtúbul.
DIFERENCIES I SEMBLANCES ENTRE LA MIOSINA I L’ACTINA Per començar, els dominis motors de les miosines són més grans que els de les quinesines, mentre que les primeres tenen al voltat de 850 aminoàcids, la quinasa té al voltat de 350 aminoàcids. Aquests dos tipus de proteïnes motores viatgen al llarg de diferents elements del citoesquelet. Tenen propietats cinètiques diferents i a més a més, les seves seqüències d’aminoàcids pràcticament no tenen cap semblança. Tanmateix, els domis d’ambdues proteïnes han revelat que aquests dominis estan constituïts al voltant de quatre nuclis idèntics.
L’element generador de la forca central que tenen en comú els dos tipus de proteïnes motores inclou per exemple el lloc d’unió al ATP i també tota la maquinària necessària per a la hidròlisi del ATP en un canvi conformacional al·lostèric. Grans llaços que s’estenen a partir del nucli central causen diferències de mida i de domini i a més a més són els responsables de la secreció de la via. Aquestes regions inclouen el lloc d’unió a l’actina i d’unió als microtúbuls, en la quinesina i la miosina.
Per tant, tots els estudies porten a pensar que tant la miosina com la quinesina descendeixen d’una proteïna precursora ancestral comú. Però com s’expliquen per tant totes les diferències que existeixen entre les unes i les altes? Doncs a partir de duplicacions genètiques i modificacions dels enllaços que s’han anat donant al llarg de l’evolució ( nucli central).
Estrucutralment podríem pensar que són molt semblants, i de fet ho són. Però en el cas de la quinesina el coll és molt més llarg, i les cadenes lleugeres es troben a baix de tot, fent contacte amb els dominis C-terminals. Tanmateix, la diferència més gran, és basa en com cada una utilitza l’ATP per a desplaçar-se.
FAMILIES DE QUINESINES Des de que es van descobrir les quinesines se’n han identificat diferents famílies. En el llevat per exemple el nombre és més o menys de 6 families, i en humans de 45. En la imatge de la dreta veiem per exemple diferents dominis. En la superfamília de les quinesines, existeixen com a mínim 14 families diferents que varien en les seves cues C-terminals (verd clar) i en les seves extensions N-terminals (blau clar).
En les imatges de l’esquerra, veiem com existeix una correlació directa entre on es torba el domini motor en la molècula i la direcció del moviment al llarg del microtúbul. Per exemple, les quinesines que es dirigeixen cap a l’extrem (+), posseeixen els dominis motors a l’extrem Nterminal, mentre que les que es dirigeixen a l’extrem (-) tenen el domini motor a l’extre Cterminal. A més a més, també veiem que aquelles que no es desplacen al llarg dels microtúbuls, tenen el domini motor al centre de la cadena pesada.
Com sabem, les proteïnes motores, i per tant el fet de tenir dominis motors, són imprescindibles per a la mitosi. Per tant, destacarem dues proteïnes: MCAK i la BlimC. Les BlimC (a les quinesines N) les MCAK ( a les quinesines 13).
Mitosi: InterfaseProfasePrometafaseMetafaseAnafase (on tenen importància aquestes dos proteïnes)Telofase Ala profase es comencen a condensar els cromosomes, i el que és important és que els centríols (que passen a les cèl·lules filles) migren i es dupliquen per tal de formar 2 centrosomes diferents. A parir d’aquestes es comença a formar el fus mitòtic. Quan arribem a la metafase, tenim absolutament alineats els cromosomes a l’equador. A l’anafase és quan s’estira per separar-les.
Aleshores tenim microtúbuls interpolars, on s’incorpora la BlimC, estiren els microtúbuls en sentit invers (dirigint-se a l’extrem positiu), i fan la força suficient per separar aquestes cromàtides. La BlimC, es posen dos quinesines amb la capacitat de caminar cap a l’extrem + del microtúbul, cada una es col·loca en microtúbuls d’orígens diferents, (un de cada extrem de la cèl·lula). Aquestes dos proteïnes tenen contacte entre elles, juntament amb altres proteïnes.
Aquest moviment antiparal·lel, que genera una força de tensió, que separa les dues cromàtides.
Per tal de que s’escurcin els microtúbuls que ja han fet la seva funció, es posa la MCAK, que incrementa les catàstrofes i per tant la despolimerització dels microtúbuls.
3.2 DINEÏNA Hi ha dos moviments que es donen durant el transport d’elements cel·lulars. Quan necessitem un transport que vagi de (+) a (-), parlem d’un tipus de proteïnes anomenades dineïnes; en referim a un tipus de transport que vagi des de la membrana plasmàtica fins a les vesícules o lisosomes. En referim doncs a un segon gran grup de proteïnes transportadores que la seva direcció és cap a l’extrem (-) dels microtúbuls. Les dieneïnes, són proteïnes multimèriques.
Estan formades principalment de dos o tres cadenes pesades, format a més a més per un indeterminat nombre de d cadenes intermèdies.
Les dineïnes agrupen dos famílies; les citoplasmàtiques i axonemàtiques, i estan implicades en el transport de membranes (orgànuls i vesícules) i en l’organització del axonema.
Citoplasmàtica: Poden tenir 2 o 3 cadenes pesades (cada un pesa al voltant de 500 kDa) , i en funció de cada proteïnes més subdominis, i tindrà més o menys cadenes mitjanes i lleugeres. Aquestes dineïnes citoplasmàtiques són el tipus més antic de dineïnes que existeixen. Una de les funcions més importants, és la dels transport de les vesícules que surten de Golgi. És una molècula extremadament gran, (fins a 2000 kDa).
No fa contacte directa la proteïna amb la seva càrrega (a diferència de les quinesines), sinó que una part de la proteïna queda unida amb el microtúbul. Les unions lleugeres tenen la unió a la càrrega, que pot ser una vesícula un orgànul. Però aquest, no té contacte directa amb la dineïna. No te contacte directa amb la seva càrrega, perquè hi ha un complex proteic que ho fa.
Com ja hem dit, existeix un complex proteic, que és el que s’associa directament a la càrrega de la dineïna. Aquest complex proteic s’anomena dinactina, i és l’encarregada de transportar els orgànuls efectivament. La dinactina està formada per una proteïna Arp 1 (diferents a l’Arp 2/3 relacionat amb el complex ARP relacionat amb la nucleació dels filaments d’actina), també està formant per espectrina, i anquirina.
La dineïna també està implicada en la mitosi, però amb els microtúbuls astrals. Com que aquests microtúbuls estan ancorats a la membrana, el que provocaré, és a la metafase, que faré que els cromosomes se’m alineïn al centre.
Axonematiques Funció igual, desplaçar-se en un microtúbul de + a -. In-vitro, si posem microtúbuls i ATP, podem provocar que es mogui un respecte l’altre. Però en la realitat, com que estan units amb la base provoca la flexió (els cilis dels flagels procariotes i eucariotes són molt diferents). La mutació de les dineïnes axonemàtiques és un cas de infertilitat.
Els moviments dels cilis i dels flagels es produeixen pel desplaçament dels doblets de microtúbuls un respecte a l’altre, impulsats per l’activitat motora de la dineína axonemàtica. La base de la dineïna s’uneix als túbuls A mentre que els grups de cap s’uneixen als túbuls B dels doblets adjacents. El moviment del grup de cap de la dineïna cap a l’extrem (-) provoca que el túbul A del doblet es desplaci cap a l’extrem basal del túbul B adjacent. Degut a que els doblets de microtúbuls en un axonema estan units per ponts de nexina, el desplaçament d’un doblet sobre l’altre fa que es dobleguin, el que és la base dels moviments de cilis i flagels.
Proteïnes motores // Resum La generalment de quinesines van, - del +, i les dineines a l’inrevés.
REGULACIÓ PER MAPs De la regulació d’aquestes proteïnes només vam parlar de la fosforilació de tau i altres MAPs.
Recorda que el Cdc42 activa el migració cel·lular, quan s’activa pot activar també els microtúbuls.
En aquest esquema, el que estem veient és la regulació funcional de les MAPs. La Cdc42 regula de forma coordinada a microfilaments i microtúbuls durant i microtúbuls durant la migració cel·lular.
L’activació de la Cdc42-GTP al la part frontal de la cèl·lula, permet l’activació de Rac; la qual resulta amb la unió de microfilaments a l’extrem que fa de cara durant la migració cel·lular.
Independentment, Cdc42-GTP també dirigeix la captura de microtúbuls (+) i l’activació de la dineïna. Tot això orienta e centrosoma cap a la part central de la cèl·lula. Aquesta reorientació polaritza la via secretora per l’alliberament a través dels microtúbuls de molècules d’adhesió que es torben dins de vesícules secretores.
Per tant, aquí en part veiem que els dos elements del citoesquelet acaben estant regulant de manera comuna. La Cdc42 regula tant els filaments d’actina com els filaments de microtúbuls.
Per tal de que puguin secretar vesícules i preparar el terreny per a la migració cel·lular.
...