Atlas de histología vegetal y animal

CICLO del CENTROSOMA

1. Introducción Diversidad Descubrimiento Teoría celular Origen de la célula Endosimbiosis 2. Matriz extracelular Proteínas estructurales Glúcidos, proteoglicanos Glicoproteínas Tipos de matrices extracelulares 3. Membrana celular Lípidos Proteínas Glúcidos Permeabilidad, fluidez Asimetría, reparación Síntesis Transporte Adhesión Complejos de unión 4. Núcleo Envuelta nuclear Poros nucleares Cromatina Nucléolo 5. Tráfico vesicular Retículo endoplasmático Del retículo al Golgi Aparato de Golgi Exocitosis Endocitosis Endosomas Lisosomas En células vegetales 6. Tráfico no vesicular Peroxisomas Mitocondrias Cloroplastos 7. Citoesqueleto Filamentos de actina Microtúbulos Filamentos intermedios 8. Ciclo celular Fase G1 Fase S Fase G2 Fase M. Mitosis. 9. Meiosis Ampliaciones Cuestionarios Bibliografía Glosario

Los centrosomas son centros organizadores de microtúbulos que están presentes en las células animales. Están formados por dos componentes: dos centriolos y el material pericentriolar. Además de organizar el entramado de microtúbulos en las células, la actividad del centrosoma parece ser necesaria para la consecución del ciclo celular. Este papel está mediado por las proteínas, se estiman en más de 100 diferentes, que se encuentran formando parte de la matriz pericentriolar, bien permanentemente o bien de forma pasajera. Los cambios en la actividad del centrosoma y su papel en las diferentes etapas del ciclo celular depende de la composición de la matriz pericentriolar, la cual es distinta según la fase del ciclo celular en que se encuentre. Durante la fase G1 del ciclo celular, o cuando se está en fase G0, cada célula posee un solo centrosoma. Sin embargo, cuando una célula pasa el punto de control G1/S y comienza la fase S, además de iniciarse la replicación del ADN, se produce la replicación del centrosoma. ¿Para qué se duplica el centrosoma en la fase S? Para formar el huso mitótico. La división celular debe procurar que las cromátidas de cada cromosoma se repartan equitativamente entre las células hijas. De otra manera se podrían producir células con juegos anormales de cromosomas (aneuploidías) que desencadenaría la falta o el exceso de algunos cromosomas en las células hijas o la desregulación de ciertos genes, todo ello con consecuencias potencialmente peligrosas para un organismo como por ejemplo la inviabilidad celular o la aparición de células tumorales. La segregación adecuada de las cromátidas depende de la formación y acción de un sistema de microtúbulos denominado huso mitótico, el cual debe estar correctamente formado, yque depende a su vez de la acción de los centrosomas. Durante la fase S la célula hace una réplica de su centrosoma y por tanto tenemos dos centrosomas en la célula. Durante la fase G2 se colocan en lugares separados dentro del citoplasma, y durante la fase M formarán un huso mitótico bipolar. Tras la citocinesis cada célula hija contiene un centrosoma. Una nueva división requerirá de nuevo un huso mitótico bipolar, por tanto dos centrosomas, por tanto un nuevo ciclo de duplicación del centrosoma presente. Así, igual que el ADN, el centrosoma debe duplicarse una y sólo una vez en cada ciclo de división. ¿Cómo se sincroniza la duplicación de los centriolos con la del ADN? Por la acción fosforiladora de enzimas quinasas. El paso de la fase G1 a la S se debe a la actividad de quinasas (enzimas que añaden grupos fosfato) dependientes de ciclina. En el centrosoma y en el interior del núcleo existen moléculas (por ejemplo, la nucleofosmina en el centrosoma) que son fosforiladas por estas quinasas y que por tanto son activadas simultáneamente. Las proteínas fosforiladas provocan la duplicación del ADN en el núcleo y la de los centriolos, y por tanto del centrosoma, en el citoplasma. Hay otros posibles mecanismos como los pequeños aumentos de calcio que se produce antes de iniciarse la fase S y que podrían activar otras quinasas dependientes de calcio en el citoplasma y también en el núcleo. Esquema de los diferentes pasos por los que pasa el centrosoma durante el ciclo celular. Durante la fase G1 los centriolos del centrosoma pierden su disposición ortogonal. Al comienzo de la fase S se empiezan a nuclear nuevos centriolos, denominados procentriolos, a partir de los preexistentes. Al final de la fase S se inicia la elongación de los procentriolos. Durante la fase G2 hay un crecimiento del material pericentriolar (no indicado en el esquema). Al final de la fase G2 cada par de centriolos con una porción del material pericentriolar migra hacia lugares opuestos de la envuelta nuclear. Durante la fase M se organiza el huso mitótico y del reparto de las cromátidas de cada cromosoma. Al final de la fase M se produce la citocinesis y cada célula hija queda con un centrosoma, pudiendo empezar de nuevo el ciclo celular. ¿Cómo se duplican los centrosomas? Nucleación de nuevos centriolos sobre los centriolos preexistentes. Los centriolos se duplican gracias a una serie de proteínas que se organizan en la zona proximal del centriolo madre y del hijo, respectivamente. Esto se produce al comienzo de la fase S del ciclo celular. La duplicación del centrosoma dependen de la duplicación de los centriolos. . Todo centrosoma antes de entrar en la fase S contiene dos centriolos denominados madre e hijo, respectivamente. El centriolo hijo es un 80 % más corto que el centriolo madre. Además, el centriolo madre tiene una serie de apéndices distales y subdistales que pueden nuclear microtúbulos, aunque la mayoría de los microtúbulos se originan en la matriz pericentriolar. La duplicación de los centriolos,, tanto el centriolo madre como el centriolo hijo, comienza al principio de la fase S. Curiosamente parece que sólo es necesaria una proteína, SAS-6/Bld 12p, la cual polimeriza en la base de los centriolos originales, en el extremo proximal o extremo menos de los microtúbulos, creando una estructura en forma de rueda de carro. Ésta permite la organización y nucleación inicial de los microtúbulos de cada nuevo centriolo, denominados procentriolos. La elongación de los procentriolos ocurre al final de la fase S. Es interesante hacer notar que a un centriolo recién formado le lleva un ciclo de división y medio convertirse en un centriolo madre con la adquisisción de los apéndices distales y subdistales. Los dos centriolos del centrosoma están unidos por una red de fibras proteicas. En la interfase entre la fase G2 y M estas fibras se deshacen y los centriolos, con sus respectivos procentriolos, pueden viajar a distintas partes de la célula arrastrando con ellos la mitad del material pericentriolar (modificado de Azimzadeh y Bornens, 2007). Durante la fase G2 se produce una separación de los dos centriolos originales con sus respectivos procentriolos en formación. Esto requiere la rotura de una serie de fibras proteicas como la "rootletin" que conectaban ambos centriolos originales durante toda la fase G1 y S, liberándose cada centriolo con su procentriolo en formación. Esta separación de los centriolos originales más procentriolos conlleva que se reparta el material pericentriolar, apareciendo entonces dos centrosomas. En la transición entre fase G2 y M se requiere un cambio importante en los centrosomas que se denomina maduración del centrosoma. En este proceso se altera la composición proteica de la matriz pericentriolar. Por ejemplo, aumenta el número de gamma tubulinas, con lo que aumenta la capacidad para originar microtúbulos. Los centromas en fase M. Formación del huso mitótico. El huso mitótico se forma durante la fase M. Desde la matriz pericentriolar de cada centrosoma se forman microtúbulos que crecerán hasta contactar con los cinetocoros de los cromosomas o con otros microtúbulos que crecen desde el centrosoma opuesto. Los centrosomas también forman microtúbulos que se orientan hacia la membrana plasmática, denominados microtúbulos astrales, que interaccionan con elementos del citoplasma. Los cromosomas no son actores pasivos sino que participan en la formación y estabilización de los microtúbulos del huso. Este entramado y sus interacciones con otros componentes celulares son cruciales para orientar el huso mitótico dentro de la célula y para orientar la formación del surco de escisión por el cual se dividirá la célula. Este plano por el que la célula madre se dividirá en dos es siempre perpendicular al eje del huso mitótico y suele ser equidistante a los dos centrosomas. La localización y orientación del plano de división es trascendental para el reparto de constituyentes celulares entre las células hijas y para el reparto desigual cuando las divisiones son de tipo asimétrico. La localización de los centrosomas determina la orientación del huso mitótico y éste a su vez el plano de división celular. Sin embargo, la estricta necesidad de los centrosomas, y por tanto de los centriolos, para formar el huso mitótico no está totalmente clara. Se ha demostrado que cuando se eliminan los centriolos de una célula animal mediante aplicación de láser muy preciso se puede formar un huso mitótico gracias a la acción de los cromosomas y de las proteínas motoras, aunque la citocinesis no se produce o es deficiente. En las plantas vasculares no existen centrosomas, aunque forman husos mitóticos normales y citocinesis completa. Por tanto, los centrosomas no parecen imprescindibles para la formación del huso mitótico en las células animales, aunque cuando están presentes son los principales responsables de su formación y sí parecen imprescindibles para completar correctamente la división celular. Los centrosomas en citocinesis. Quizá uno de los papeles más importantes que tienen los dos centrosomas en las células animales se pone de manifiesto durante la citocinesis porque establecen la orientación del surco de división. Este plano, por el que se divide una célula, es siempre perpendicular al eje del uso mitótico, y por tanto depende de la posición de los dos centrosomas. La ausencia o la existencia de más de dos centrosomas parece impedir una orientación adecuada.Esto, que aparentemente no es trascendente cuando las células hijas son iguales a la madre, es crucial cuando han de producirse divisiones asimétricas. Las divisiones asimétricas son trascendentales durante la meiosis femenina, durante el desarrollo embrionario temprano y en otros muchos procesos de diferenciación, como por ejemplo en el mantenimiento de las células madre y la diferenciación de sus descendientes. Sin divisiones asimétricas correctas un animal no es viable. La orientación adecuada del huso mitótico se consigue gracias a la interacción de los microtúbulos astrales con otros elementos del citoesqueleto situados en la periferia celular. Aparte de la orientación del huso mitótico, el centrosoma parece importante durante la citocinesis puesto que algunas células eucariotas, como en las humanas, el centriolo madre viaja hasta la zona de cierre definitivo del surco de división (zona de abcisión) y este movimiento coincide con la separación celular. También es importante el centrosoma para regular el tráfico vesicular, relevante durante la citocinesis. ¿Qué pasa si hay más de dos centrosomas? A pesar de que intuitivamente parece conveniente tener dos centrosomas para que sea correcta la formación del huso mitótico y así una segregación segura y equitativa de los cromosomas entre las células hijas y una división celular adecuada, existen algunas células en las que hay más de dos centrosomas. Por ejemplo, durante la diferenciación de los hepatocitos o de las células musculares. Pero esto no es habitual y ocurre durante etapas muy concretas. Por el contrario, la existencia de más de dos centrosomas suele ser síntoma de una anormalidad celular. Cuando esto ocurre se dice que la célula tiene centrosomas supernumerarios. La presencia de centrosomas supernumerarios es habitual en un alto porcentaje de las células tumorales, lo que llevó a pensar que eran los centromas los causantes de las aberraciones cromosómicas. La presencia de más de dos centrosomas puede llevar a la formación de husos mitóticos multipolares que puede desencadenar un reparto anormal de cromátidas. Sin embargo, no está claro si la presencia de numerosos centrosomas en estas células tumorales es causa o consecuencia del proceso cancerígeno. Así, es posible crear células que son capaces de manejar un exceso de centrosomas. El mecanismo es concentrar más de un centrosoma en cada uno de los polos del huso mitótico por la interacción de los microtúbulos entre sí gracias a la acción de las proteínas motoras como la dineína, o por la acción de los filamentos de actina en la regulación y posicionamiento del huso mitótico. Entonces, ¿por qué se controla tan estrictamente el número de centromas en las células animales? Como dijimos anteriormente, parece que la orientación del huso mitótico y por tanto el plano de división celular puede verse afectado cuando hay más de dos centrosomas y por tanto las divisiones asimétricas pueden ser defectuosas, siendo este tipo de división crucial para los organismos.