Citoesqueleto y tráfico vesicular

Escrito por José Alberto Patiño Medina y Víctor Meza Carmen

¿Te has preguntado cómo es que cada componente que conforma a una célula llega a la ubicación correcta?

Pues lo hace como nosotros, cuando usamos el transporte público para llegar a nuestro destino, usamos un transporte que lleva una ruta en específico, guiándose por una avenida o por una carretera.

 

El citoesqueleto celular conforma las carreteras de las células

Al igual que en una ciudad con carreteras o avenidas organizadas, la célula cuenta con líneas de transporte conocidas como microtúbulos y filamentos de actina. Estas líneas de transporte son largas cadenas hechas de las proteínas tubulina y actina respectivamente. Los microtúbulos y los filamentos de actina junto los filamentos intermedios conforman el citoesqueleto celular, que da forma y estructura a la célula, brinda líneas de comunicación dentro de la célula y es fundamental durante el ciclo celular. Las vesículas que son como los camiones de carga, es decir, el transporte, acarrean diferentes componentes de la célula como lípidos y proteínas de orgánulos y de la membrana plasmática, entre otros. Lo hacen, usando los microtúbulos y los filamentos de actina como líneas de transporte dentro de la célula. Las vesículas están compuestas de una bicapa de lípidos y proteínas que las recubren.

Dependiendo de la composición de las proteínas de cubierta en la vesícula, la célula controla hacia donde debe de dirigirse cada vesícula y con qué membrana deberá fusionarse. Es como si fuera un código que la guiará siempre al mismo destino final. Por otra parte, dependiendo de cuál línea de transporte use la célula, hay proteínas motoras que participan llevando la vesícula y su contenido consigo. Por ejemplo, si la vesícula usa los microtúbulos como línea de transporte, la proteína cinesina es la que lleva a la vesícula, mientras que si la vesícula usa los filamentos de actina, es la proteína miosina V quien lleva la vesícula.

Entonces, las vesículas pueden ser consideradas el transporte (combi, camión, metro, etc.) que usamos a diario para llegar a una ubicación concreta, en donde para el caso de la célula se transportan lípidos, proteínas estructurales o de secreción y otras moléculas para llevar acabo funciones como la comunicación, crecimiento, reproducción y diferenciación celular por mencionar algunas, mientras que los microtúbulos y los filamentos de actina son las carreteras de la célula.

 

Un transporte muy eficaz

Generalmente el transporte que usamos para llegar a nuestra escuela, a nuestro trabajo o cuando deseamos regresar a casa, sigue una ruta, y este transporte la recorre varias veces en un día. En la célula es algo similar, sin embargo ¡no hay descanso! ya que siempre hay componentes que se están acarreando en vesículas, las cuales recorren los microtúbulos y los filamentos de actina una y otra vez en diferentes direcciones para que se lleve de forma adecuada el funcionamiento celular.

En la célula existen múltiples microtúbulos y filamentos de actina que conforman una gran red de carretera que comunican a la célula con todos sus componentes, que son altamente dinámicos, ya que pueden formarse y deformarse, dependiendo de las necesidades de la célula. Estas avenidas se forman para que una vesícula alcance una ubicación final, posteriormente el camino cambia de posición, rehaciéndose en una diferente ubicación, en donde las vesículas recorren este nuevo camino llegando a un destino nuevo. Este proceso altamente organizado y regulado se conoce como tráfico vesicular y es fundamental para que una célula pueda crecer, comunicarse y desarrollarse. No te lo imaginabas ¿verdad?

Durante el tráfico de vesículas, se acarrean moléculas necesarias para que la célula obtenga energía (nutrientes) y pueda funcionar correctamente, estas moléculas son incorporadas desde el exterior de la célula, proceso celular conocido como endocitosis. También se transportan moléculas que tienen que ser expulsadas de la célula, ya sea para llevar a cabo la comunicación célula-célula, obtener nutrientes por medio de enzimas o moléculas de secreción, o bien, porque son desechos que provocan que el ambiente celular se vuelva tóxico. En este caso el transporte es de dentro hacia fuera y se conoce como exocitosis.

Así, la endocitosis regula la composición de la membrana plasmática (lípidos y proteínas), controlando la forma en que la célula interacciona con su medio, ya que múltiples proteínas de la membrana plasmática son receptores que perciben una infinidad de estímulos, mientras que la exocitosis controla el tamaño de la célula, función y estructura de orgánulos, ya que mediante este mecanismo se transportan los componentes estructurales (lípidos y proteínas) de mitocondrias, lisosomas, aparato de Golgi, entre otros más y de la membrana plasmática.

 Componentes del citoesqueleto celular Tomada y modificada de:
https://mariecuriesnews.wordpress.com/tag/citoesqueleto/.

Endocitosis y Exocitosis

También existen procesos sofisticados que la célula ha desarrollado a lo largo del tiempo, como la endocitosis y exocitosis regulada. En ambos casos, es necesario que un estímulo específico sea reconocido por la célula. Puede ser la presencia o concentración de dicho estímulo, el que provoque la activación de ambos procesos.

La endocitosis regulada controla procesos como la asimilación del colesterol (precursor de hormonas y componente de la membrana plasmática). El colesterol es internalizado a la célula cuando un receptor específico presente en la membrana plasmática percibe su presencia y de esta forma llevar acabo su metabolismo en el interior de la célula (citosol).

Por otra parte, la exocitosis regulada controla procesos fundamentales como lo es la sinapsis neuronal. En este tipo de exocitosis, en específico se requiere que una señal química genere una corriente eléctrica en la célula emisora (presináptica) lo que causará que vesículas preformadas que contienen los neurotransmisores se fusionen con la membrana plasmática de la célula emisora y sean liberados al espacio exterior, posteriormente la célula receptora (postsináptica) mediante un receptor específico para dicho neurotransmisor presente en su membrana, percibirá la señal y se llevara a cabo la función celular mandada.

Tráfico vesicular. Se muestra el flujo de vesículas de una célula eucariota entre sus orgánulos y la membrana plasmática.
En líneas verdes y azul claro se observa la endocitosis y en líneas rojas se observa la exocitosis
(Tomada y modificada de Alberts, La Célula, sexta edición). 

¿Qué pasa si hay un problema de tráfico en estas carreteras?

En nuestra vida cotidiana, cuando hay un problema en el tráfico vehicular podemos llegar tarde o no llegamos a nuestro destino, esto aparte de estresarnos nos causa un grave problema ya sea en la escuela o en nuestro trabajo. Esto puede ocurrir cuando hay un fallo en el tráfico, pero en el tráfico vesicular, lo que puede llevar a desarrollar múltiples enfermedades en humanos. Por ejemplo, en la actualidad se conocen cerca de 40 genes asociados a enfermedades renales hereditarias por defectos en la activación del tráfico vesicular o por la mutación de genes que participan en el proceso. La diabetes Insípida Nefrogénica (NDI, por sus siglas en inglés) es un desorden causado por la mutación de los genes AVPR2 o AQP2 (codifican al receptor tipo 2 de la vasopresina y a una acuaporina, respectivamente) que causa un desbalance en la absorción de agua en las células renales. Las acuaporinas son colocadas en la membrana de las células renales mediante la fusión de vesículas que las transportan. Si la señal que activa su transporte no puede ser percibida o la acuaporina es defectuosa, se desarrollara la enfermedad.

El tráfico vesicular es altamente dinámico y es un proceso celular conservado en eucariotas, involucrado en múltiples funciones celulares. Las vesículas fluyen en diferentes direcciones dentro y fuera de la célula usando los microtúbulos y los filamentos de actina para alcanzar su destino final, permitiendo que la vida exista y se desarrolle.

    

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VIDEO: Ilustra de forma muy precisa como ocurre el tráfico vesicular en la célula, además de otros procesos celulares. https://www.youtube.com/watch?v=B_zD3NxSsD8

 

M.C. José Alberto Patiño Medina, estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas de la Opción Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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D.C. Víctor Meza Carmen, Profesor Investigador adscrito al Instituto de Investigaciones Químico Biológicas y jefe del Laboratorio de Diferenciación Celular, de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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