martes, 30 de mayo de 2017

8 PROFASE MITÓTICA, EL HUSO Y LOS ORGANELOS

8.1 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”. 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.


8.1.1 Andamio celular durante la profase

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.

8.1.2 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.

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.

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.

8.1.3 Formación del huso mitótico por el centrosoma

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. 

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.

8.1.4 Los centrosomas no son siempre necesarios para la formación del huso mitótico

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.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

8.2 Disolución de la membrana nuclear durante la profase

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 proceso 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 son desensamblados 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.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

8.3 Suerte de los demás orgánulos

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.

Una tercer 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.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

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