Respuesta corta: bastante común y absolutamente esencial.
Respuesta larga:
Las redes de microtúbulos en una célula necesitan someterse a una remodelación continua para mantenerse al día con los requisitos variables de esa célula. Esta remodelación se lleva a cabo en parte por polimerización activa y despolimerización en los extremos del microtúbulo, pero este puede ser un proceso realmente lento a veces, especialmente durante la mitosis / meiosis donde la arquitectura de la célula completa experimenta cambios drásticos. Una solución simple es cortar los MTs en el medio y luego transportarlos según sea necesario, y ahí es donde entran en juego las enzimas de corte de microtúbulos.
Existen principalmente tres tipos de enzimas de corte de MT que se encuentran en la mayoría de los organismos: katanina, espastina y fidgetin. Los repasaré con un pequeño detalle:
Spastin:
Comenzaré con spastin primero, ya que el mecanismo de separación de MT por espastín ha sido bien caracterizado.
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El espastín se identificó por primera vez como un AAA ( A TPases A asociado con diversas actividades celulares) mutado en la paraplejía espástica hereditaria, un trastorno neurodegenerativo caracterizado por espasticidad progresiva (rigidez) de los miembros inferiores. La espastina activa generalmente forma un hexámero con un poro pequeño en el centro:
Este hexámero puede unirse a MTs y enhebrar la cola C-terminal libre de tubulina (CTT) a través del poro de 2 nm. Una vez unido a la tubulina, la espastina puede “tirar” de la cola para desplegar parcialmente el monómero de tubulina, o desestabilizar las interacciones tubulina-tubulina dentro de la red MT. Una vez que se ha desalojado, las unidades de tubulina circundantes también pueden desalojar / translocarse, lo que lleva a la descomposición de los microtúbulos.
Es más probable que Spastin esté involucrado en la remodelación de la membrana a través de la regulación de microtúbulos, ya que es principalmente activa en sitios de modelado de membrana, y la mayoría de sus interactores conocidos son proteínas asociadas a membrana o membrana. Algunos ejemplos:
- La vía secretora temprana: se predice que una región N-terminal de la espastina forma un “dominio de bucle en horquilla que puede insertarse parcialmente en la bicapa lipídica de la membrana, causando acuñamiento hidrofóbico, para generar o percibir la curvatura de la membrana”. Si bien se desconoce el papel exacto de la espastina en la sala de emergencias, la mayoría de los datos sugieren que podría ser un morfógeno ER.
- Citocinesis: Spastin funciona en la etapa de abscisión final de la citocinesis, donde se coordina con otras proteínas para la constricción de la membrana.
Katanin:
Katanin fue en realidad la primera enzima para cortar MT que se descubrió, y su nombre proviene de la espada japonesa Katana. Es un heterodímero de la subunidad catalítica p60 que contiene AAA, y la subunidad reguladora y de orientación p80, que pueden reunirse juntas en un hexámero similar a la espastina.
Funciones en:
- Desmontaje de cilios y flagelos : se requiere katanina para reducir las células al inicio de la mitosis. Esto es necesario para que los cuerpos basales se utilicen como centrosomas mitóticos.
- Migración celular : se ha demostrado que Katanin desempeña un papel en la motilidad celular, posiblemente liberando MT para que puedan crecer hacia la vanguardia del movimiento celular.
- Resistencia mecánica de los tallos de las plantas: en las células vegetales, los MT forman conjuntos paralelos debajo de la membrana plasmática, que controlan la dirección de la deposición de la celulosa. Los mutantes de katanina con pérdida de función pueden retrasar la formación de estas matrices, reduciendo así la resistencia del tallo.
Fidgetin:
Fidgetin fue llamado así porque una mutación en el gen causó un fenotipo de “sacudir la cabeza y dar vueltas” denominado fenotipo “inquieto” en ratones. Es la enzima menos caracterizada de estos tres y se ha visto implicada principalmente en la ruptura de microtúbulos en los centrosomas durante la anafase.
Roles durante la mitosis:
Durante la mitosis, la espastina y la fidgetina se concentran en los centrosomas y promueven la anafase al despolimerizar las MT negativas. Por otro lado, la katanina se localiza en los cromosomas, cinetocoros y centrosomas, y dirige la anafase al despolimerizar MTs de extremo plus asociados a cinetocoro.
Roles en la morfogénesis y función neuronal:
Las enzimas que cortan MT desempeñan un papel importante en la morfogénesis, función y plasticidad neuronal. Katanin, spastin y fidgetin están altamente expresados en los sistemas nerviosos de los organismos de mayo, y se ha encontrado que impactan las matrices de microtúbulos neuronales. La expresión de katanina está muy regulada durante el desarrollo neuronal, y la mala regulación de la katanina puede contribuir a varios trastornos neurológicos. El espastín puede acumularse en los sitios de las ramas nacientes en los axones y promueve la formación de ramas. Se ha encontrado que tanto la espastina como la katanina trabajan juntas para controlar la morfología dendrítica también.
Fuentes:
- Enzimas de corte de microtúbulos
- Enzimas que cortan microtúbulos a la vanguardia
- Tres enzimas de corte de microtúbulos contribuyen a la maquinaria “Pacman-flux” que mueve los cromosomas
- La espastina, una nueva proteína AAA, se altera en la forma más frecuente de paraplejia espástica autosómica dominante
- La base estructural de la separación de microtúbulos por la proteína de paraplejia espástica hereditaria spastin
- Spastin acopla microtúbulos cortando al tráfico de membrana en la finalización de la citocinesis y la secreción
- La AAA ATPasa spastin vincula el corte de microtúbulos al modelado de la membrana
- Las enzimas de separación de microtúbulos espastina y katanina participan de forma diferente en la formación de ramas axónicas
- La fidgetin humana es una enzima de corte de microtúbulos y una despolimerasa de extremo negativo que regula la mitosis
Como extra, aquí hay una linda foto que encontré en Samurai celular: Katanin y la separación de microtúbulos:
Fig. 1. Corte de microtúbulos por katanina. Las subunidades Katanin p60 (espadas) se muestran como un complejo hexamérico insertado en la cara de un microtúbulo. Los dímeros de tubulina son azul-verdosos; los mangos de espada roja representan ATP; las manijas de espada azules representan ADP; MAPs protectores (proteínas asociadas a microtúbulos) se muestran en púrpura. Los samurai espadachines representan proteínas accesorias / reguladoras, posiblemente incluyendo katanin p80.
