El huso
mitótico, el rol del citoesqueleto
La mitosis es un proceso que generalmente es descrito empleando la analogía del tejido, y esto es más evidente con la expresión huso "Spindle”.
Figura 14. El huso es una
herramienta empleada para tejer fibras a partir de la lana cruda, es decir no
se trata de la fibra en sí sino de la herramienta para organizarla e hilarla.
Nosotros los citadinos actualmente no tenemos idea de tejido o hilado, es por
esto que las analogías empleadas en la mitosis son un poco extrañas. Tal vez
una de los pocos contactos que se tiene es con el cuento de la bella durmiente,
en la imagen siguiente tenemos a la bruja con los dos componentes del hilado,
en su mano izquierda posee un copo de lana cruda de la cual se extraen las
fibras que son transformadas en hilo gracias al huso que se encuentra en su
mano derecha. Otras versiones del cuento emplean una rueca en lugar del copo.
El huso mitótico es
un complejo de proteínas especiales que se relacionan con e citoesqueleto de la
célula eucariota. El
citoesqueleto es una especie de andamio que le da forma y movilidad a la
célula. En los animales su ensamblado es iniciado por una estructura de
organización especial denominada centrosoma.
(YouTube) El citoesqueleto
A medida que una
célula pasa por l frontera de la fase G2 a la mitosis, los microtubulos del
citoesqueleto pasan por un desensamblado arrollador en preparación para su
reensamblado como componentes de un complejo denominado huso mitótico. Se
piensa que el rompimiento rápido del citoesqueleto durante la interfase es
logrado mediante la desactivación de proteínas que estabilizan los microtubulos
formando el andamio del citoesqueleto.
El ciclo del
centrosoma
Para entender la formación del huso mitótico tenemos que examinar en primera instancia el ciclo del centrosoma y como este progresa en relación directa al ciclo celular. Cuando una célula animal sale de la mitosis, el citoplasma contiene un solo centrosoma que contiene dos centriolos ubicados en ángulos rectos uno contra el otro.
Figura 15. Antes de la
citocinesis, los dos centriolos de cada célula hija futura pierden su asociación
estrecha. Este evento es activado por una proteasa denominada separasa, la cual
se vuelve activa en la fase final de la mitosis. Posteriormente, cuando inicia
la fase de síntesis “S” durante el ciclo celular, cada centriolo del centrosoma
inicia su propia replicación en el interior del
citoplasma.
Cuando inicia la fase de síntesis de ADN el centrosoma inicia su propio proceso de replicación. El proceso inicia con la aparición de un pequeño protocentriolo cerca de cada uno de los centriolos preexistentes, y se orientan a los ángulos rectos. Subsecuentemente, la elongación de los microtubulos convierte a cada protocentriolo en un centriolo completo. Al inicio de la mitosis, el centrosoma se divide en dos centrosomas adyacentes, cada uno conteniendo un par de centriolos. La iniciación de la duplicación del centrosoma es activada por transferencias de grupos fosfato mediante proteínas reguladoras Cdk2, el mismo agente encargado de estimular la replicación del ADN. La duplicación del centrosome es un proceso altamente regulado para que cada centriolo madre produzca únicamente un centriolo Nuevo durante cada ciclo celular. La formación de centriolos adicionales puede conllevar a la división celular anormal y descontrolada, lo cual contribuye a la formación del cáncer.
Figura 16. El ciclo del
centrosoma, versión resumida. El centrosoma es un orgánulo que debe
reproducirse igual que una célula, su división total se da entre la fase de
síntesis y la segunda fase de crecimiento o G2.
La primera fase de formación del huso mitótico en una célula animal típica es la aparición de una forma de llamarada solar o aster alrededor de cada centrosoma durante el inicio de la profase. Los microtubulos crecen por la adición de subunidades nuevas en sus puntas terminales no asociadas con el centrosoma.
Figura 17. Formación del huso
mitótico por el centrosoma.
El proceso de la
formación del aster es seguida por la separación de los centrosomas, uno del
otro y su movimiento subsecuente hacia los polos opuestos de la célula.
Eventualmente, los dos centrosomas llegan a los puntos opuestos, estableciendo
dos polos. Hacia estos polos será donde los cromosomas serán jalados a la
fuerza en las fases finales de la mitosis. Posterior a la mitosis, cada
centrosoma será distribuido a cada una de las células hijas.
Los centrosomas no
son siempre necesarios, varios tipos de animales, incluyendo los embriones de
ratón además de todas las células vegetales son capaces de formar un huso
mitótico bipolar en ausencia de los centrosomas. El huso mitótico funcional se
puede formar incluso en células de mosca de la fruta mutantes que carecen de
centrosomas, o en células de mamíferos en los que el centrosoma ha sido
experimentalmente removido. En todos estos casos, los microtúbulos del huso se
forman cerca de los cromosomas en lugar de los polos generados por los centrosomas.
Posteriormente, las puntas terminales en crecimiento de los microtúbulos son
mantenidas juntas a través de un motor de proteínas. Esto implica que las
células poseen al menos dos mecanismos redundantes y totalmente funcionales
para la formación del huso mitótico. Estudios recientes demuestran que ambos
procesos se dan de manera simultánea en las células normales.
En la mayoría de
las células de los eucariotas, el huso mitótico es ensamblado en el citoplasma,
mientras que los cromosomas son compactados en el nucleoplasma al interior del
núcleo. El proceso requiere necesariamente la conexión de las fibras del huso
con los cromosomas a la altura de sus cinetocoros, los cuales generalmente
están sobre los centrómeros. Esta interacción es solo posible si las membranas
del núcleo son destruidas durante el proceso de formación del huso mitótico.
Este rompimiento se hace especialmente evidente al final de la profase.
Los tres
componentes principales de núcleo denominados: complejo de poros nucleares,
lamina nuclear y membranas nucleares; deben romperse en procesos diferenciados.
Se piensa que todos estos procesos son activados por la transferencia de grupos
fosfato a proteínas especiales, es decir, es un proceso que debe sacrificar
energía celular en forma de ATP. El complejo de poros nucleares es desensamblado
a medida que la interacción entre los complejos de nucleorporinas se rompen y
las proteínas de disocian en el medio circundante. La lámina nuclear se
desensambla mediante el rompimiento de sus fibras constituyentes. La integridad
de las membranas nucleares es alterada inicialmente mediante la ampliación de
los orificios asociados a la membrana nuclear externa. En resumen, al final de
la profase, los núcleos de las células desaparecen permitiendo la interacción
futura entre los cromosomas y las fibras del huso mitótico en crecimiento.
Solo a membrana del
núcleo parece verse afectada durante el proceso de mitosis, los demás orgánulos
membranosos tendrán destinos diferentes, algunos más controversiales que otros.
Por lo general, todos los orgánulos de los que se sospecha tienen un origen por
endosimbiosis pasan a través de la mitosis intactos y sin replicarse. Los ciclos
de división de mitosis y cloroplastos toman lugar en momentos diferentes del
resto de la célula. Otros orgánulos que sufren suertes semejantes al de la
mitocondria y el cloroplasto son el lisosoma y el peroxisoma.
El destino del restante sistema de membranas internas es más controversial. Clásicamente el sistema de membranas internas compuesto por los retículos endoplasmáticos y el aparato de Golgi se los describe como orgánulos que se fragmentan durante la mitosis. En este proceso, los contenidos del aparato d Golgi se incorporan al retículo endoplasmático durante la profase y el aparato de Golgi deja de existir brevemente como un orgánulo distinguible. Sin embargo, este modelo no es compartido por todos los especialistas, otros proponen que el aparato de Golgi se fragmenta para formar una población de vesículas pequeñas que son distribuidas entre las células hijas.
Figura 18. Las mitocondrias y
cloroplastos tienen sus propios ciclos reproductivos, pero estarán duplicados
al inicio de la mitosis.
Una tercera
alternativa ha sido propuesta en base de estudios de algas y protistas, en
donde el aparato de Golgi se fragmenta en dos, cada uno siendo distribuido a
una de las células hijas. Los retículos endoplasmáticos también han sido descritos
como poseedores de diferentes destinos dependiendo de la célula, en algunas
este sistema de membranas se fragmenta, mientras que en otras pasa a través de
la mitosis relativamente intacta. Una postura más parsimoniosa emerge de ver a
la biología como una ciencia de excepciones y diversidad, por lo que diferentes
tipos de célula pueden tener diferentes formas de encausar a sus membranas
internas a través de la mitosis.
No hay comentarios:
Publicar un comentario