Biología Celular

1. Dinámica y mecanismo del microtúbulo extremo más
Una función importante de los microtúbulos es la de mover las estructuras
celulares tales como cromosomas , husos mitóticos y otros orgánulos en el
interior de las células. Esto se logra conectando los extremos de los microtúbulos
a estructuras celulares; como los microtúbulos crecen y se encogen , las
estructuras son empujadas o tiradas alrededor de la célula .
¿De qué manera los extremos de los microtúbulos se acoplan a estructuras
celulares , y de qué manera este acoplamiento regula la estabilidad y la
distribución de los microtúbulos ?
Ahora está claro que hay por lo menos tres propiedades de un extremo de
microtúbulo:
a) Tiene estructuras alternativas;
b) Tiene una transición bioquímica definida por la hidrólisis de GTP;
c) y que forma un objetivo distinto para la unión de proteínas específicas.
Estas diferentes propiedades pueden ser unificados pensando en los microtúbulos
como una máquina molecular, que cambia entre el crecimiento y la reducción de
los modos. Cada modo se asocia con una estructura extremo específica en el que
las proteínas de unión de extremo pueden ensamblarse para modular la dinámica
y acoplar las propiedades dinámicas de los microtúbulos para el movimiento de las
estructuras celulares .
Objetivo
Describir la dinámica y mecanismo del micrótubulo β-tubulina (extremo +)

2. Fig 1.- Los microtúbulos son polímeros dinámicos. a. Una célula de interfase
teñida con un anticuerpo a las tubulinas. Los microtúbulos se extienden desde el
centrosoma a lo largo de la célula. b. Diagrama esquemático de la célula. Los
centriolos se muestran en el centrosoma (amarillo). Los puntos rojos denotan
vesículas en movimiento al exterior de la célula. los puntos verdes denotan
vesículas en movimiento hacia el centrosoma.
Los microtúbulos actúan como vigas que proporcionan soporte mecánica para dar
forma a la célula, y como pistas a lo largo de la cual los motores moleculares
mueven orgánulos de una parte de la célula a otra.

3. Fig 2.- Estructura y dinámica de los microtúbulos. a. Un enrejado de microtúbulos.
La β-tubulina está en el extremo más. b. Inestabilidad dinámica de los
microtúbulos. Los microtúbulos creciendo hacia afuera desde un centrosoma;
cambia entre fases de crecimiento y contracción. La figura muestra hipotético aster
en dos diferentes momentos. La diferencia de colores representa diferentes
microtúbulos. los microtúbulos rojo y amarillo se están encogiendo en ambos
tiempos. El microtúbulo azul está creciendo en ambos tiempos. El microtúbulo
verde crece al principio, y luego ha sido de una catástrofe por segunda vez. El
microtúbulo marrón, se encoge en primer lugar, seguido de un rescate (rescue)
por segunda vez.

4. Fig 3.- Interacción de los extremos microtubulares con estructuras celulares. a.
durante la metafase de la mitosis, movimiento del cromosoma (a la derecha) es
asociado con la polimerzación de los microtúbulos en un lado (izquierda) y
depolimerización en el otro lado (derecha). b. de dos células de Caenorhabditis
elegans, etapa embrionaria. Un huso (en la derecha) está rotando con respecto al
otro, quizás a través de interacciones entre microtúbulos y un sitio de cortical
situado entre las dos células. c. Movimiento del polo huso en la yema de
Saccharomyces cerevisiae. Los microtúbulos de uno de los cuerpos de polo huso
se adjuntan a la corteza brote.

5. Fig 4.- Modelo de cómo el ciclo de la hidrólisis de GTP está acoplado a los
cambios estructurales en los microtúbulos. a. Estructura atómica de un dímero de
tubulina como se ve en la pared del protofilamento. b. Acoplamiento de la α-β
tubulina hasta el final de los microtúbulos. Residuos de la entrante α-subunidad
gatillo de la hidrólisis de GTP unida a la red adjunta de β-subunidad. c, d. Los
microtúbulos en los extremos crecientes contienen hojas de protofilamentos
mientras microtúbulos en contracción terminan en enrollamiento. d. Se cree que
que el dímero GTP tiene una conformación lineal que encaja muy bien en la pared
recta de los microtúbulos. La hidrólisis de GTP induce una curva en la subunidad,
pero esta curva está limitada dentro de la red. Esta limitación pone en tensión a la
red, la cual es liberada durante la despolimerización, permitiendo a los
profilamentos adoptar una conformación enrollada.

6. Fig 5.- Proteínas que reconocen los extremos microtubulares. a. GFP-MCAK
unidos a extremos microtubulares, in vitro. b. Modelo de MCAK (green) que se une
a la red. c. GFP-CLIP-170 unidos a los extremos de los crecientes microtúbulos en
las células. El segmento amarillo representa al GFP-CLIP-170 en los extremos
microtubulares, y el rojo son los microtúbulos. d. Modelo para CLIP-170 unido a
extremos microtubulares.
Perspectiva
Está claro que los estudios sobre la relación entre la bioquímica de proteínas de
unión a los extremos microtubulares y la fisiología de estos son algo nuevos. ¿Las
proteínas modulan la estructura de los extremos microtubulares?
¿Cambian la velocidad de hidrólisis de GTP? ¿Catalizan el intercambio de
nucleótidos? ¿Inducen transiciones estructurales como sugiere el trabajo con
MCAKs?

7. Todos estos mecanismos son posibles y serán cruciales para reconstituir la
actividad de estas proteínas con los microtúbulos dinámicos, como se ha hecho
para las proteínas que regulan la dinámica del citoesqueleto de actina.
La reciente reconstitución de la dinámica de microtúbulos utilizando un sistema de
tres componentes de la tubulina, MCAK y XMAP215 es un paso en esta dirección