miniatura|Fibras de estrés visualizadas nunha micrografía de fluoescencia da actina F. As fibras de estrés son feixes de actina contráctiles atopados en células non musculares. Están compostos de actina (microfilamentos) e miosina II non muscular (NMMII), e tamén conteñen varias proteínas reticulantes, como a α-actinina, para formar unha estrutura de actomiosina moi regulada dentro de células non musculares. As fibras de estrés xogan un importante papel na contractilidade celular, proporcionan forza para diversas funcións como a adhesión celular, migración celular e morfoxénese.

Estrutura

As fibras de estrés están compostas principalmente de actina e miosina. A actina é unha proteína globular de ~43 kDa, e pode polimerizarse formando longas estruturas filamentosas. Estes filamentos están constituídos por dúas fibras de monómeros de actina (ou protofilamentos) enroscados un sobre o outro, para crear un só filamento de actina. Como os monómeros de actina non son moléculas simétricas, os seus filamentos teñen polaridade baseada na estrutura do monómero de actina (actina G), que permite que un extremo do filamento de actina se polimerice máis rápido que o outro. O extremo que pode polimerizarse máis rápido coñécese como extremo + (máis), mentres que o que se polimeriza máis de vagar é o extremo − (menos). As fibras de estrés adoitan estar compostas por 10-30 filamentos de actina. As fibras de estrés están compostas de microfilamentos antiparalelos: os filamentos de actina están leados en toda a súa lonxitude, e os extremos + e − mestúranse un co outro no extremo do feixe. A disposición antiparalela dos filamentos de actina das fibras de estrés está reforzada por α-actinina, unha proteína filamentosa que establece enlaces cruzados e que contén dominios para a unión á actina antiparalelos. Estes feixes á súa vez reticúlanse con enlaces cruzados por medio da NMMII para formar as fibras de estrés.

Ensamblaxe e regulación miniatura|Fervenza Rho na formación de fibras de estrés. As GTPases da familia Rho regulan moitos aspectos da dinámica citoesquelética da actina, incluíndo a formación de fibras de estrés. RhoA (ás veces denominada simplemente Rho) é responsable da formación de fibras de estrés, tal como descubriron Ridley e Hall en 1992. Cando Rho se une ao GTP, Rho activa a quinase formadora de superenrolamentos asociados a Rho (ROCK) e o homólogo de mamíferos do diáfano de Drosophila (mDia). mDia é unha formina que nuclea e polimeriza filamenos longos de actina. ROCK é unha quinase que actúa fosforilando a MLCP (fofatase da cadea lixeira da miosina), así como a cadea lixeira da NMMII, que inactiva a MLCP e activa a miosina. Isto orixinará a acumulación de proteínas motoras activadas pola miosina, que se unen aos filamentos de actina que foron polimerizados por mDia, para crear fibras de estrés. Ademais, a proteína ROCK tamén fosforila e activa a quinase LIM (K-LIM). A quinase LIM á súa vez fosforila e inactiva a cofilina, o que impide a degradación e reciclaxe dos filamenos de actina, mantendo a integridade das fibras de estrés.

Funcións e proteínas asociadas As fibras de estrés exercen as seguintes funcións no funcionamento celular:

Adhesión

As fibras de estrés son necesarias para a formación e mantemento da adhesión célula-célula e célula-matriz extracelular, como a formación de unións adherentes, unións herméticas e adhesións focais.

Unións adherentes As unións adherentes son un tipo de estrutura de adhesión célula-célula que está presente tanto en células móbiles coma non móbiles, que adhire unha célula a outra por medio da unión de moléculas de cadherinas e nexinas. As fibras de estrés exercen un importante papel no mantemento dos contactos célula-célula dependentes de cadherina e de nexina, e as GTPases da familia Rho regulan a estrutura e integridade das unións adherentes. As α e β-cateninas son compoñentes integrais das unións adherentes, que se unen entre si para formaren complexos cadherina-α-catenina-β-catenina. Os estudos iniciais mostraron que a α-catenina podía interaccionar con filamentos de actina, o que levou a crer que a α-catenina unía o citoesqueleto de actina ás unións adherentes. Porén, máis tarde atopouse que a α-catenina só pode unirse á actina F cando non está unida a β-catenina e cadherina.

Recentemente, demostrouse que a α-catenina se asocia con forminas, EPLIN, e vinculina. A EPLIN potencia a formación de feixes e a estabilización dos filamentos de actina, e a vinculina está implicada na ligazón de moléculas de adhesión ao citoesqueleto de actina. Isto pode servir como mecanismo para recrutar actina nas unións adherentes.

Unións herméticas

As unións herméticas ou zonula occludens, son o elemento celular máis importante para a formación de barreiras semipermeables dentro de tecidos ou entre tecidos. As unións herméticas constan principalmente de claudinas e ocludinas, que son proteína de membrana que forman o contacto célula-célula, así como as ZO-1, ZO-2 e ZO-3, que ligan as unións herméticas co citoesqueleto de actina. Porén, as unións herméticas non están ligadas directamente ás fibras de estrés, como si ocorre coas adhesións focais e as unións adherentes.

Adhesións focais As adhesións focais son ensamblaxes macromoleculares que se usan para conectar as células á matriz exracelular. Constan de tres capas funcionais: unha capa de integrinas asociada á matriz extracelular, unha capa de transdución de forza asociada á membrana, e unha capa de actina, constituída por fibras de estrés de actina. Como o nome das capas implica, as adhesións focais xogan un gran papel na mecanotransdución e na migración celular. As adhesións focais adoitan estar conectadas a fibras de estrés, e, de feito, a contractilidade das fibras de estrés é necesaria para o mantemento das adhesións focais.

Migración celular miniatura|Tres tipos de fibras de estrés: fibras de estrés ventrais, arcos transversos e fibras de estrés dorsais.

Unha característica esencial de moitas células é a súa capacidade de migrar en dirección a certos estímulos mecánicos (durotaxe) ou químicos (quimiotaxe). A migración celular ten lugar pola acción concertada de tres GTPases da familia Rho: Rho, Rac e Cdc42. Cando se une o GTP, Rac causa a formación de lamelipodios, e Cdc42 causa a formación de filopodios, promovendo así a migración celular. Na célula en migración hai tres tipos de fibras de estrés: fibras de estrés ventrais, arcos transversos e fibras de estrés dorsais. As fibras de estrés ventrais están asociadas con adhesións focais en ambos os extremos, están localizadas na superficie ventral da célula, e funcionan na adhesión e contracción. Os arcos transversos non están directamente ligados a adhesións focais e tipicamente flúen desde a fronte de avance da célula, para atrás cara ao centro da célula. As fibras de estrés dorsal están localizadas na fronte de avance da célula. Únense ás adhesións focais na superficie ventral da fronte de avance e esténdense dorsalmente cara ao centro da célula para unirse aos arcos transversos. Durante a migración celular, os filamentos de actina das fibras de estrés son reciclados por un proceso de fluxo de actina retrógrado. O mecanismo de disolución da propia adhesión focal coñécese pouco.

Morfoxénese

A morfoxénese a nivel celular pode definirse como dar forma ou definir a arquitectura dunha célula. A ensamblaxe do citoesqueleto, incluíndo o citoesqueleto de actina, é o factor determinante para especificar a morfoxénese celular e darlle unha forma ás células. A contractilidade das fibras de estrés dentro da célula axuda, por tanto, a determinar a morfoxénese celular. Por exemplo, os cintos de actina contráctiles circunferenciais das unións adherentes contribúen á morfoxénese celular. Ademais, as fibras de estrés dorsais, as ventrais e os arcos transversos axudan a determinar a morfoloxía durante a migración celular. Para unha explicación máis detallada pode verse o artigo Morfoxénese#Bases celulares.

Mecanotransdución Tanto os microfilamentos coma os microtúbulos exercen importantes funcións na mecanotransdución. No citoesqueleto de actina, a mecanotransdución pode ocorrer nas adhesións célula-matriz extracelular e célula-célula, a través de adhesións focais e unións adherentes, respectivamente. A transdución de forzas desde o exterior ao interior da célula pode controlar a maduración ou desensamblaxe das adhesións e iniciar fervenzas de sinalización intracelular que poden alterar os comportamentos celulares, e sábese que as células ensamblan fibras de estrés cando se encontran con estreses mecánicos. Por exemplo, a células que están crecendo sobre substratos ríxidos presentan fibras de estrés grosas, mentres que as fibras de estrés das células que crecen sobre substratos moles son menos robustas. A forza mecánica transmitida ás adhesións focais polas fibras de estrés pode tamén alterar a conformación das proteínas de adhesión focal macanosensibles, como p130Cas e as talinas, o que suxire que a contractilidade das fibras de estrés pode traducir sinais mecánicos en sinais bioquímicos. Hai tamén un pequeno conxunto de integrinas asociadas ás adhesións focais que terminan na cuberta de actina perinuclear (na parte apical do núcleo), e están ancoradas polo complexo LINC. Estas adhesións focais asociadas a esta cuberta son importantes mediadores da mecanosensibilidade, e representan unha vía directa para a transdución de sinais mecánicos desde as adhesións focais ao núcleo.

Fibras de estrés en células móbiles e non móbiles

A estrutura das fibras de estrés é distinta en células móbiles e non móbiles. As fibras de estrés en células móbiles e non móbiles parécense en que ambas conteñen filamentos de actina que se unen por enlaces cruzados por medio da α-actinina e a miosina II; non obstante, a orientación espacial dos filamentos individuais de actina dentro da fibra de estrés difire entre as células móbiles e non móbiles. As fibras de estrés da rexión ventral das células móbiles mostran un cambio global da orientación dos filamentos de actina ao longo do eixe lonxitudinal da fibra de estrés, de tal xeito que os extremos + dos filamentos están sempre apuntando predominantemente cara ás adhesións focais. As fibras de estrés nas rexións ventrais de células non móbiles mostran unha polaridade periódica que é similar á oganización do sarcómero.

Aplicacións clínicas Como se explicou antes, Rho é responsable para a formación de fibras de estrés. A incorrecta regulación da familia Rho de GTPases está implicada en moitas doenzas. As aplicacións clínicas comúns que teñen como diana as GTPases Rho son a rexeneración do sistema nervioso, as discapacidades intelectuais e o cancro.

Notas

Categoría:Citoesqueleto Categoría:Fibras