TEMA 1 - CITOESQUELET D'ACTINA Flashcards
Citoesquelet
Xarxa de filaments proteics que es s’estén pel citoplasma de totes les cèl·lules eucariotes.
Filaments d’actina
2 polímers helicoïdals d’actina. Flexibles. 7-9 nm. S’organitzen en feixos lineals, xarxes bidimensionals i gels tridimensionals.
Funcions filaments d’actina
- Forma de la superfície cel·lular.
- Locomoció.
Distribució filaments d’actina
- Microvil·lis.
- Fibres d’estrès.
- Sarcòmer.
Localització filaments d’actina
- Sota la membrana plasmàtica.
- Mitosi: anell contràctil.
Distribució filaments d’actina en cèl·lules contràctils
- Fibres d’estrès.
- Fil·lopodis.
- Lamelipodis.
Fil·lopodis
Estructures especialitzades que es formen al front d'avançament de les cèl·lules per senyals extracel·lulars i que permeten que es desplacin sobre un substrat. UNIDIMENSIONALS. Presents en: - Cons de creixement neural. - Alguns fibroblasts.
Lamepodis
Estructures especialitzades que es formen al front d'avançament de les cèl·lules per senyals extracel·lulars i que permeten que es desplacin sobre un substrat. BIDIMENSIONALS. Presents en: - Cèl·lules epitelials. - Fibroblasts. - Alguns tipus de neurones.
MreB
Ancestre procariota de l’actina.
Responsables de l’estructura bacilar dels bacteris.
α-actina
- m. Cardíaca.
- m. Esquelètica.
- m. Llisa.
ß-actina
UBÍCUA.
γ-actina
- m. Llisa.
- Ubícua.
Expressió actina
CONSTITUTIVA.
Es fabrica de manera constant i al cap d’un temps es degrada.
Tipus d’actina
- Actina G.
- Actina F.
Actina G
Monòmer globular. SOLUBLE. 2 dominis: - Lloc d'unió a ATP/ADP. - Lloc d'unió a cations bivalents (Mg2+, Ca2+). 4 subdominis d'unió a les ABPs.
Actina F
- Polímer filamentós.
- Fracció INSOLUBLE.
Extrem + (actina)
Extrem romo o barbed (fenedura tancada). Creixement més ràpid: velocitat d’addició>velocitat d’hidròlisi. + ATP.
Extrem - (actina)
Extrem punxegut o pointed (fenedura oberta). Creixement més lent: velocitat d’hidròlisi>velocitat d’addició. + ADP.
L’activitat ATPasa de l’actina G augmenta…
quan s’uneix a un filament d’actina.
Polimerització actina G
- Nucleació.
- Elongació.
- Equilibri.
Nucleació
Formació d’un trímer d’actina G.
1r: formació dímer per enllaços febles.
2n: s’afegeix un tercer monòmer que estabilitza.
Cal que prèviament s’hagi hidrolitzat l’ATP.
Característiques nucleació
- Procés lent.
- Termodinàmicament costós: constant de dissociació (Kd) dels dímers i trímers és molt elevada.
- In vivo: la nucleació espontània és IMPOSSIBLE.
Allargament
Addició reversible de nous monòmers a ambdós extrems del filament.
Velocitat de polimerització
És proporcional a la concentració d’actina G. (Kon)
Velocitat de despolimerització
És independent de la concentració d’actina G. (Koff)
Kon
Constant de la velocitat d’addició. (M-1.s-1).
Koff
Constants de la velocitat de pèrdua (s-1).
Taxa d’addició
+: 12 µM-1.s-1.
-: 1,3 µM-1.s-1.
Velocitat de dissociació
+: 1,4 s-1.
- : 0,8 s-1.
Equilibri
El filament no creix: Vpol=Vdespol.
S’arriba a la concentració crítica.
Degut a l’absència de de monòmers.
Concentració crítica
Concentració de subunitats lliures d’actina en solució en la fase d’equilibri. Koff/Kon
+: 0,12 µM.
-: 0,60 µM.
Intercanvi rotatori
Suposa que una molècula d’actina que s’incorpora per l’extrem (+) acaba passant per totes les posicions de l’actina i acaba sortint del filament.
És degut a la diferència en les Cc.
Té lloc a concentracions monomèriques intermèdies entre les concentracions crítiques dels extrems (+) i (-).
Existeix una dissociació neta de monòmers (unit a ADP) de l’extrem (-), equilibrada per l’addició de monòmers (units a ATP) a l’extrem (+).
Concentració crítica en conjunt
Quan la velocitat de creixement de l’extrem (+) s’iguala a la velocitat de decreixement de l’extrem (-): 0,25 µM.
Fal·loïdina
- S’obté del fong Amanita phalloides.
- S’uneix als filaments d’actina estabilitzant-los i produint un increment net de la polimerització de l’actina. Té molta afinitat per aquests.
- És un heptapèptid bicíclic (els aminoàcids estan units entre si). Alguns d’aquests aminoàcids són estranys, poc freqüents.
Citocalasina
- Fàrmac d’origen fúngic.
* Bloqueja l’extrem + del filament d’actina i impedeix el creixement d’aquest.
Latrunculina
- S’obté de l’esponja Latrunculia magnifica.
- No s’uneix ni al llarg del filament ni las extrems, sinó que s’uneix a les subunitats lliures i impedeix que s’incorporin al polímer.
ABPs
- Regulen la dinàmica dels filaments d’actina, la polimerització, la despolimerització i el lloc on es donaran aquestes.
- Regulades per les senyals extracel·lulars.
- A l’interior de la cèl·lula a concentracions fisiològiques no es pot produir la nucleació espontània, la cèl·lula ho regula i per això existeixen proteïnes nucleadores que permetran la polimerització del filament.
PROTEÏNES DE CONTROL DE LA POLIMERITZACIÓ
- Nucleadores.
- Estabilitzadores.
- Segrestadores/transportadores.
- Fragmentadores.
Nucleadores!
- Formina.
- Complex Arp2/3.
Formació filament d’actina
- De novo (formina).
- Ramificant a partint d’un microfilament preexistent (complex Arp2/3).
- Trencat un filament ja preformat.
Formina
Proteïna nucleadora que uneix dos monòmers d’actina, canvien de conformació i llavors permet que s’hi uneixi un tercer monòmer.
- Nucleja principalment filaments d’actina llargs no ramificats que componen les fibres d’estrès, els anells contràctils, els fil·lopodis i els filaments fins de les cèl·lules musculars.
- Moltes formines estan connectades indirectament amb la membrana plasmàtica.
- És activada per la proteïna Rho, que pertany a la família de les GTPases monomèriques (les petites).
Complex Arp2/3
- És una proteïna nucleadora, però en realitat és ramificadora. Tot i que també té capacitat de nuclear, no igual que la formina però si que ho pot fer de novo.
- Està format per 7 subunitats, de les quals 2, les denominades Arp2 i Arp3 tenen una estructura pràcticament idèntica a l’actina.
- Una vegada unida al filament ja format és capaç de ramificar filaments d’actina en un angle de 70º.
- Sotmès a regulació: s’activa quan s’associa amb WASP.
Estabilitzadores!
- CapZ (+).
- Tropomodulina (-).
CapZ
- Heterodímer.
- S’uneix a l’extrem + i impedeix el seu creixement.
- Regulada - per 2ns missatgers (PIPI i PIP2).
- S’uneix al disc Z en el sarcòmer.
Tropomodulina
- S’uneix a l’extrem - i així estabilitza els filaments.
- És típica dels eritròcits (còrtex) i de les cèl·lules musculars (sarcòmer).
- S’uneix a l’actina en presència de la tropomiosina.
Nebulina
Proteïna del sarcómer qu emarca la longitud del filament d’actina. S’associa a la tropomodulina i al capZ.
Titina
Proteïna més gran que es coneix. Es troba al sarcòmer i és la responasble de què els filaments de miosina es trobin intercalats amb el d’actina.
Transportadores/segrestadores!
- Profilina.
- ß-timosina.
Profilines
- Gran afinitat per l’actina-G.
- Afavoreixen l’intercanvi d’ADP per ATP: afavoreixen la polimerització.
- S’uneix a la formina: transportadora.
ß-timosina
- Quan s’uneix a l’actina impedeix que aquesta pugui associar-se a un altre proteïna.
- S’uneix a l’actina-G-ATP impedint la seva polimerització.
Fragmentadores!
- ADF-Cofilina.
- Gelsolina.
ADF-Cofilina
- ADF, cofilina-1 (cèl·lules no musculars) i cofilina-2 (cèl·lules musculars).
- Fragmenta i afavoreix la despolimerització. S’uneix als monòmers amb ADP.
- Regulada - per fosforilació (LIMK i TESK) i fosfatidilinositols (PIP i PIP2).
Gelsolina
- Activitat fragmentadora. Una vegada fet, bloqueja l’extrem +.
- 6 subunitats.
- Regulada per Ca2+ i per derivats fosforilats del fosfatidilinositol (PIP2).
Quan els nivells d’actina augmenten en la cèl·lula l’estructura lobular es desfà i es converteix en una lineal. Envolta el filament d’actina estrangulant-lo fins separar els dos trossos. S’hi mantindrà unida fins que els PIP2 facin que es dissociï.
Migració cel·lular
Fibroblast: adherit a la matriu per les adhesions focals on s’acumulen integrines.
- Extensió: emissió d’un lamel·lipodi, que s’acaba ancorant de nou al substrat i establint una nova adhesió cel·lular.
- Adhesió.
- Translocació: tot el citoplasma de la cèl·lula es desplaça cap endavant en el sentit de moviment de la cèl·lula.
- Desadhesió: la cèl·lula deixa d’estar unida a algunes de les adhesions focals. Les integrines seran transportades mitjançant un transport endocític per passar a forma una altra adhesió focal.
Model per la formació d’una protuberància de la xarxa d’actina en el front d’avenç
.
α-actinina
Permet que dos filaments d’actina s’ajuntin i formin un feix.
Twinfilina
Funció idèntica a la timosina, proteïna segrestadora de monòmers.
Proteïnes d’entrecreuament
Són proteïnes que formen feixos o xarxes.
PROTEÏNES QUE PROMOUEN LA FORMACIÓ DE SUPERESTRUCTURES
- Formadores de feixos.
- Formadores de xarxes.
Formadores de feixos!
- Fimbrina.
- α-actinina.
Fimbrina
Proteïna monomèrica de 68kDa. En microvil·lsi, fil·lopodis i adhesions focals.
Que els enteròcits tinguin microvil·lis és gràcies a aquesta. Els extrem + es troben units a unes proteïnes que es troben a l’extrem del microvil·li. Els filaments perifèrics s’associen amb la membrana plasmàtica gràcies a la miosina 1 (ha perdut la seva capacitat motora) i la calmodulina.
α-actinina
Homodímer.
Fibres d’estrès, fil·lopodis i sarcòmer (línia Z). Contràctils.
Formadores de xarxes!
- Espectrina.
- Filamina.
Espectrina
Heterotetràmer.
Important per formació de xarxes de filaments d’actina en el còrtex de la cèl·lula. Paper important eritròcits.
Filamina
Front d’avanç, fibres d’estrès i fil·lopodis.
PROTEÏNES ORGANITZADORES DEL CITOESQUELET PERIFÈRIC
- Proteïnes ERM.
- Talina.
- Vinculina.
- Anquirina.
El còrtex s’associa de manera indirecta amb la membrana plasmàtica.
Proteïnes ERM
2 dominis: amino (regió citosòlica proteïnes transmembrana) i carboxil (actina).
Regulació per senyalització extracel·lular: pot ser que algunes quinases les fosforilin o bé per la interacció amb derivats fosforilats del fosfatidilinositol.
Tal·lina i vinculina
- Proteïnes citosòliques.
- Adhesions focals (fibroblast en cultiu, fibres musculars i cèl·lules endotelials aorta).
- α-actinina–>vinculina–>talina–>integrina αVß3–>matriu.
- Es troben organitzats gràcies a l’α-actinina.
Anquirina
Proteïna fonamental en l’organització del còrtex eritrocitari, que associa el FA amb la mp. Gràces a la Banda 3 i la Glicoforina.
Filaments Actina: dóna flexibilitat i rigidesa a l’eritròcit. Es troben units entre ells gràcies a l’espectrina.
L’anquirina s’associa amb l’espectrina.
Espectrina
Proteïna que uneix els filaments d’actina del còrtex eritrocitari entre ells.
Banda 3
Proteïnes de membrana del còrtex eritrocitari.
Glicoforina
Proteïna transportadora del còrtex eritrocitari.
Banda 4.1
S’uneix a aquells llocs en què l’espectrina s’ha associat al filament d’actina i a més a la glicoforina. Per tant s’associa a la membrana mitjançant dos mecanismes.
PROTEÏNES MOTORES
Transformen l’energia química de l’ATP en energia mecànica i la utilitzen per moure’s pels filaments o per exercir força en aquests.
Miosines
Miosines
- Proteïnes motores dels filaments d’actina.
- Les cadenes lleugeres regulen l’activitat de la miosina, i solen ser calmodulines.
- Miosina II: única capaç de formar polímers polaritzats unint-se per la cua.
Miosines monomèriques
I, III, IX i XIV.
Quina és la única miosina que no es desplaça cap a l’extrem +?
VI
M. I
Monomèrica. Té una cadena pesada. S’associa amb la membrana amb la cua (als fosfolípids) i amb el domini motor al filament d’actina. En alguns tipus cel·lulars esta implicada en endocitosi.
Microvil·li, oòcit (endocitosi de recilatge), adipòcits (transport vesícules amb Glut-4), bastons oïda, neutròfils…
Quina és la única miosina implicada en estructures contràctils?
II
Endocitosi de reciclatge
A l’oòcit, quan és fecundat es produeix la reacció cortical. Quan les vesícules corticals s’uneixen a la membrana plasmàtica fan que augmenti i, per això es necessita una endocitosi per compensar. Es recicla la membrana.
M. II
- 2 pesades i 4 lleugeres.dimèrica. Pot formar filaments bipolars i és l’única implicada en estructures contràctils.
- Contracció muscular: regulada per ATP i calci.
- Rigor mortis: la musculatura queda contreta. Això és degut a que la membrana del reticle es torna permeable i surt el calci del reticle sarcoplasmàtic i s’exposen els lloc ‘unió a la miosina. Quan les reserves d’ATP de la cèl·lula s’esgotin, la miosina estarà fortament unida a l’actina.
Quina és la única miosina capaç de formar filaments polaritzats?
II
Troponina
Proteïna que regula la tropomiosina en la contracció muscular. Quan hi ha calci aquest s’uneix a la TnC que fa que es mogui.
Tropomiosina
Proteïna que recobreix els filaments d’actina i quan els nivells d’actina són baixa, tapa els llocs d’unió de la miosina.
Associacions contràctils en cèl·lules no musculars
- Anell contràctil.
- Fibres d’estrès.
Anell contràctil
A la regió equatorial de la cèl·lula que s’està dividint trobem tot un anell de miosina II. Entre el filament d’actina quan es comença a solapar el filament de miosina, van ajuntant la membrana fins que arriba el moment en que les membranes es van unint i es produeix una citocinesis.
Fibres d’estrès
N’hi de diversos tipus: ventrals, dorsals i transversals. La diferència entre aquestes és la disposició en la cèl·lula i que estan unides per 1 o 3 extrems a les adhesions focals. Exerceixen tensió a la membrana i permeten el desplaçament. Té una disposició molt semblant a la del sarcòmer.
Regulació miosina II
Poc calci–> miosina II inactiva (no es podrá ensamblar en filaments bipolars i no es podrà unir a l’actina).
MLCK l’activa (fosforila). Poc calci: doblegada. Quan entra s’uneix a la calmodulina que l’activa.
MLCK
Quinasa que fosforila la miosina II i l’activa.
Calmodulina
S’associa a la MLCK i l’activa.
M. V
Dimèrica. És una de les miosines que contribueix al transport d’orgànuls o de subestructures cel·lulars.
- 2 pesades i 6 lleugeres de calmodulina.
- Domini motor: filament d’actina.
- Domini globular: proteïnes que trobem en vesícules de transport o proteïnes de determinats orgànuls.
- Regulada: l’estructura a transportar l’activa i llavors es podrà unir al filament.
- Llevats: gemmació (responsable del transport orgànuls imprescindibles a la nova cèl·lula).
- Vertebrats: transport dels melanosomes des del cos del melanòcit als extrems. En neurones de l’hipocamp i en les de Purkinje transport d’endosomes.
Gemmació
Aquests orgànuls es transporten polimeritzant filaments d’actina (proteïnes de nucleació) a la gemma que serveixen com a rials sobre els quals es desplaça la miosina V transportant diverses estructures. Quan la gemma està dotada dels orgànuls es produeix la divisió cel·lular. En vertebrats aquesta funció ja la fan proteïnes motores associades a microtúbuls.
Regulació funcional de les ABPs
- Fosforilació.
- Fosfatidilinositols.
- Ca2+.
- Rho.
Fosforilació
Quinases: fosforilen. Ex: MLCK.
Fosfatases: desfosforilen.
La fosforilació pot ser activadora o inhibidora.
Fosfatidilinositols
Fosfolípid. Distribució asimètrica mp-citosol. Contribueix al model del mosaic fluid i a la senyalització i la inducció de resposta. Intervé en el trànsit de membrana, l’organització del citoesquelet, la senyalització i apoptosi. És un grup inositol unit a un glicerol per un fosfat.
Pot ser fosforilitat en posició 3,4 i 5. Una vegada que són fosforilats per les quinases són com plataformes, unides a la membrana plasmàtica, que serveixen com a lloc d’ancoratge per altres proteïnes.
Quin és el derivat de PIP més important?
PI(,4,5)P2
Regulació de les ABPs per PI(,4,5)P2
Les proteïnes ERM es poden activar per la unió al PI(,4,5)P2. Quan s’activen es pot organitzar el citoesquelet d’actina en la zona perifèrica.
- Talina: associada a les adhesions focals. Permet al unió al substrat de proteïnes.
- WASP: per poder activar-se necessita associar-se a la membrana plasmàtica a través de les plataformes de PI(,4,5)P2. WASP permetrà l’activació del complex Arp2/3. Activa proteïnes que ajuden a la polimerització i inhibeixen a les que no ho fan.
Regulació per Ca2+
Concentracions baixes al citosol, gràcies a bombes de la mp o bé a través d’un transportador d’intercanvi de calci.
Altes al RE o en el medi extracel·lular.
Rho
Família de GTPases monomèriques. capaces de regular processos cel·lulars claus. Són responsables de la diferenciació, de regular el transport vesicular, de l’assemblatge de nucli i intervenen en la regulació del citoesquelet. Són interruptors moleculars.
Moltes de les GTPases monomèriques estan regulades per senyals extracel·lulars.
Ras
GTPases monomèriques implicades en la diferenciació i la proliferació.
Ran
Regula el transport entre el nucli i el citoplasma.
Rab
Implicada en el trànsit vesicular, permet la fusió entre vesícules de transport amb el compartiment d’arribada.
Sar1/Arf
Implicades en el trànsit vesicular.
Rho
Família formada per Rho (activada per LPA), Rac i Cdc42 (activades per FC). Regulen el citoesquelet d’actina i el de tubulina.
Quina és la única GTPasa monomèrica que no es troba associada a alguna membrana cel·lular?
Ran
GEF
Factor intercanviador de nucleòtids de guanina.
Permet que la GTPasa alliberi el GDP i incorpori el GTP.quan actua sobre la GTPasa li provoca un canvi conformacional i surt GTP de manera que la concentració d’aquest serà 10 vegades major que la de GDP i llavors s’hi uneix el GTP. Que estigui actiu vol dir que és capaç de regular les seves proteïnes efectores.
GAP
Inhibeix a la GTPasa activant la seva activitat GTPàsica.
Activació Rho
Formació FIBRES D’ESTRÈS i contracció, ja que forma per exemple la formina i la fosfatasa de la cadena lleugera de la miosina.
Activació Rac
Es formen lamelipodis perquè activa a proteïnes de la família WASP.
Activació Cdc42
Quan s’activa Cdc42 a través de WASP i formina es formen fil·lopodis.
Cdc42
el trobem associat a la membrana plasmàtica gràcies a l’àcid gras i està unida al GTP (activa). La WASP s’hi pot unir a través d’un domini de la proteïna que és l’RBD. S’activa la WASP que s’associarà amb el complex Arp2/3 i permetrà el creixement dels filaments d’actina.
Domini RBD
Domini d’unió a Rho, no només a Rho, sinó a totes.
Experiments que van permetre demostrar les funcions de les GTPases
Fibroblast quiescent.
