Excelente pregunta
Para comprender cómo se controla la longitud de las fibras del huso en anafase, primero debemos observar cómo el mismo huso está organizado y regulado en mitosis y metafase tempranas, ya que la mayoría de los mecanismos en funcionamiento son similares tanto antes como después del punto de control del huso en metafase .
Regulación de la dinámica de los microtúbulos:
Todos los microtúbulos en una célula se definen mediante combinaciones de MAP o proteínas asociadas a microtúbulos que se unen a ellas. Estos a su vez están determinados por las modificaciones que están presentes en el dímero de α / β-tubulina, que varían dependiendo de dónde esté ubicado el microtúbulo dentro de la célula.
Los microtúbulos también son extremadamente dinámicos, lo que significa que pueden estar constantemente polimerizando / despolimerizando (en cualquier extremo), cambiando la curvatura, asociándose con otros MTs, “treadmilling”, o siendo cortados (cortados) en el medio. Estas propiedades de los microtúbulos a menudo también están determinadas por las proteínas asociadas a ellos.
Organización de microtúbulos por MAP (Imagen de [1]) : muchos tipos diferentes de MAP pueden individualmente o en combinación hacer que los microtúbulos se comporten de manera diferente. Algunos ejemplos de las funciones de los MAP:
¿Qué significa el término “potencial redox de la célula”?
¿Cómo se descubrieron las membranas celulares por primera vez?
- Nucleación : Principalmente iniciada por los complejos de γ-tubulina [2], la nucleación de los microtúbulos estabiliza el extremo negativo de los MT, y se requiere para la formación de nuevos MT.
- Proteínas motoras: las proteínas motoras (kinesinas y dineinas) pueden moverse en ambas direcciones en MTs, y estas funcionan no solo en el transporte mediado por MT, sino también en microtúbulos “deslizantes” en direcciones particulares.
- Agrupación de MT: varios complejos son capaces de concentrar microtúbulos en ciertas áreas de la célula, por ejemplo, en los polos del huso durante la mitosis.
- Proteínas de unión a final de MT: los complejos asociados con los extremos de MT pueden tener diversas funciones, tales como la estabilización / desestabilización, la protección de los extremos de la despolimerización o la promoción de la polimerización.
- Treadmilling: Las proteínas motorizadas especializadas que pueden reticular los microtúbulos pueden “deslizar” MTs una contra la otra, y esto se puede ver para los microtúbulos interpolares en la mitosis.
- Severing: las proteínas de corte de MT pueden desplegar parcialmente los monómeros de tubulina en el medio de la MT, causando la inestabilidad posterior y la generación de dos nuevos microtúbulos [3]. Esto se usa frecuentemente para la amplificación de MTs.
Durante la mitosis, todos estos procesos son muy activos en diferentes partes del huso, y trataré de describir tanto de esto como sea posible.
Dinámica de los microtúbulos en la mitosis:
El huso mitótico es increíblemente complejo y los MT mitóticos se remodelan constantemente hacia un estado de equilibrio dinámico. A partir de la formación y amplificación del huso en G2 / profase tardía, existen muchos mecanismos para asegurar que el huso de la metafase esté “equilibrado uniformemente” (asumiendo la división celular simétrica) antes de que el punto de control del huso se inactive [4]. Esto asegura la correcta segregación de los cromosomas a las células hijas, y también establece un precedente para el control de la longitud del huso posterior a la metafase.
En la mitosis, existe un gradiente de proteína a medida que se mueve de los polos del huso a la placa metafásica, y este gradiente especifica esencialmente cómo deben comportarse los microtúbulos en diferentes extremos. Algunas de las formas en que se establece este gradiente se describen a continuación:
MTS asociados a centrosoma / PCM: Los centrosomas son los principales centros organizadores de microtúbulos (MTOCs) dentro de la mayoría de las células eucariotas, y estos migran normalmente a extremos opuestos de la célula en la mitosis para formar los polos del huso. La matriz pericentriolar (PCM) que rodea a los centrioles proporciona una gran cantidad de sitios de nucleación de MT, y el PCM se expande gradualmente hasta la metafase para satisfacer las necesidades del huso en expansión. En anafase y más allá, el PCM se desmonta rápidamente, reduciendo así la densidad del husillo y generando microtúbulos “libres”.
Muchas proteínas motoras y MAP se concentran en los centrosomas o los polos del huso durante la mitosis, y describiré sus funciones a continuación.
Inserciones de cinetocoro / husillo: en el cinetocoro, el punto de control del ensamblaje del husillo garantiza que todas las cromátidas hermanas estén correctamente unidas a los extremos positivos de los microtúbulos que emanan de cualquiera de los polos, ya que una unión inapropiada puede provocar defectos de segregación cromosómica [4] . Muchas proteínas motoras diferentes también están activas en el sitio del cinetocoro, y estas contrarrestan la fuerza generada por los presentes en los centrosomas.
El mecanismo Pacman-flux: este es uno de los conceptos más importantes en la regulación de la dinámica de microtúbulos en anafase [5].
- Pacman : los extremos plus de los microtúbulos en el cinetocoro se despolimerizan activamente, y los cromosomas y “mastican” su camino hacia el polo a lo largo de las pistas de MT, este tipo de motilidad se denomina Pacman.
- Flujo : Simultáneamente, los extremos negativos de los microtúbulos en los polos del husillo también se despolimerizan, y los microtúbulos se extraen para llevar los cromosomas a los polos del eje, este tipo de flujo MT se denomina flujo.
Para hacer que el mecanismo Pacman-flux sea más efectivo, varias enzimas de corte están presentes tanto en los polos del huso como en los cinetocoros, generando microtúbulos libres y extremos sin capuchón que pueden despolimerizarse para impulsar el flujo hacia el polo de MT y cromosomas.
Movilidad del cromosoma Pacman-flux durante la anafase. (A) En los centrosomas, Spastin y Fidgetin separan las MT de las γ-TuRC protectoras asociadas con los centrosomas / polos. Los extremos MT recién generados ahora pueden desmontarse; El desmontaje del fin del MT liberado es promovido por Kinesin-13 en los polos. El desmontaje del extremo plus elimina el corto MT restante y permite la rotación de γ-TuRCs en los centrosomas. (B) En los cromosomas, Katanin corta cerca de los extremos positivos de las MT del huso, generando nuevos extremos libres. Esta actividad eliminaría cualquier tapa protectora que estabilizara los extremos. Kinesin-13 en centrómeros / cinetocoros estimula el desensamblaje del extremo negativo, lo que permite a los cromosomas moverse hacia los polos gracias a Pacman.
De [6].
Control de la longitud del huso mitótico:
La longitud del huso mitótico depende de muchas cosas, y las describiré a continuación (resumidas de [7], que es una excelente revisión):
- Polimerización / depolimerización de microtúbulos: el sistema Pacman-flux influye fuertemente en la longitud del huso y en la velocidad de separación de los cromosomas en la anafase A. El estudio en [6] demostró que las células desprovistas de enzimas de corte pasaban por anafase mucho más lentamente que las células control. dentro del eje es esencial para la segregación cromosómica.
- Mecanismos de filamentos deslizantes antagonistas: se aplican principalmente a microtúbulos interpolares (de polo a polo), y es probable que el deslizamiento de microtúbulos interpolares contribuya a la longitud total del husillo, así como a la separación de polos en la anafase tardía.
- Fuerzas astrales: los microtúbulos astrales de los centrosomas a menudo hacen contacto con la corteza celular, y estos extremos positivos asociados a la corteza también generan una fuerza de tracción en los centrosomas y el huso durante la metafase y la anafase. Estas fuerzas de tracción corticales también contribuyen a la separación del polo del huso en la fase posterior de la anafase. Un desequilibrio en estas fuerzas astrales puede conducir al desplazamiento del huso hacia un extremo de la célula, lo que da como resultado una división celular asimétrica.
- Regulación de la densidad de microtúbulos: también es necesario controlar el número de microtúbulos por nucleación, corte y agrupamiento, ya que los defectos en la densidad de MT pueden conducir a husos inusualmente largos o cortos.
Muchos de estos mecanismos varían significativamente entre diferentes organismos y tipos de células, particularmente para aquellos que se someten a una división celular asimétrica. La longitud del husillo también depende de cómo diferentes células / organismos utilizan estos mecanismos; por ejemplo, las células que no dependen de las fuerzas corticales de tracción tendrán la misma longitud de husillo tanto en metafase como en anafase.
En resumen, la dinámica de los microtúbulos en el huso mitótico es complicada y muy regulada (como se describió anteriormente).
Fuentes:
[1] Construcción del citoesqueleto de microtúbulos pieza por pieza
[2] Conjuntos de microtúbulos I. Nucleación
[3] ¿Qué tan común es que los microtúbulos se “corten en dos”?
[4] ¿Cuáles son los puntos de control clave para que las células vayan de M a G1?
[5] La base molecular de anafase A en células animales
[6] Tres enzimas de corte de microtúbulos contribuyen a la maquinaria “Pacman-flux” que mueve los cromosomas
[7] Control de la longitud del huso mitótico
