miniatura|Fibras de stresse visualizadas numa micrografia de fluorescência da actina F. As fibras de stresse são feixes de actina contráteis encontrados em células não musculares. Estão compostas de actina (microfilamentos) e miosina II não muscular (NMMII), e também contêm várias proteínas reticulantes, como a α-actinina, para formar uma estrutura de actomiosina muito regulada dentro de células não musculares. As fibras de stresse desempenham um papel importante na contractilidade celular, proporcionando força para diversas funções como a adesão celular, migração celular e morfogénese.

Estrutura

As fibras de stresse são compostas principalmente de actina e miosina. A actina é uma proteína globular de ~43 kDa, e pode polimerizar-se formando longas estruturas filamentosas. Estes filamentos são constituídos por duas fibras de monómeros de actina (ou protofilamentos) enrolados um sobre o outro, para criar um único filamento de actina. Como os monómeros de actina não são moléculas simétricas, os seus filamentos têm polaridade baseada na estrutura do monómero de actina (actina G), o que permite que uma extremidade do filamento de actina se polimerize mais rápido do que a outra. A extremidade que se pode polimerizar mais rápido conhece-se como extremidade + (mais), enquanto a que se polimeriza mais devagar é a extremidade − (menos). As fibras de stresse costumam ser compostas por 10-30 filamentos de actina. As fibras de stresse são compostas de microfilamentos antiparalelos: os filamentos de actina estão ligados em toda a sua extensão, e as extremidades + e − misturam-se uma com a outra na extremidade do feixe. A disposição antiparalela dos filamentos de actina das fibras de stresse é reforçada pela α-actinina, uma proteína filamentosa que estabelece ligações cruzadas e que contém domínios para a união à actina antiparalelos. Estes feixes, por sua vez, reticulam-se com ligações cruzadas por meio da NMMII para formar as fibras de stresse.

Assemblagem e regulação miniatura|Cascata Rho na formação de fibras de stresse. As GTPases da família Rho regulam muitos aspetos da dinâmica citoesquelética da actina, incluindo a formação de fibras de stresse. RhoA (às vezes denominada simplesmente Rho) é responsável pela formação de fibras de stresse, tal como descobriram Ridley e Hall em 1992. Quando a Rho se liga ao GTP, a Rho ativa a quinase formadora de superenrolamentos associados à Rho (ROCK) e o homólogo de mamíferos do diáfano de Drosophila (mDia). mDia é uma formina que nucleia e polimeriza filamentos longos de actina. ROCK é uma quinase que atua fosforilando a MLCP (fosfatase da cadeia leve da miosina), assim como a cadeia leve da NMMII, o que inativa a MLCP e ativa a miosina. Isto originará a acumulação de proteínas motoras ativadas pela miosina, que se ligam aos filamentos de actina que foram polimerizados por mDia, para criar fibras de stresse. Além disso, a proteína ROCK também fosforila e ativa a quinase LIM (K-LIM). A quinase LIM, por sua vez, fosforila e inativa a cofilina, o que impede a degradação e reciclagem dos filamentos de actina, mantendo a integridade das fibras de stresse.

Funções e proteínas associadas As fibras de stresse exercem as seguintes funções no funcionamento celular:

Adesão

As fibras de stresse são necessárias para a formação e manutenção da adesão célula-célula e célula-matriz extracelular, como a formação de junções aderentes, junções herméticas e adesões focais.

Junções aderentes As junções aderentes são um tipo de estrutura de adesão célula-célula que está presente tanto em células móveis como não móveis, que adere uma célula à outra por meio da união de moléculas de cadherinas e nexinas. As fibras de stresse exercem um importante papel na manutenção dos contactos célula-célula dependentes de cadherina e de nexina, e as GTPases da família Rho regulam a estrutura e integridade das junções aderentes. As α e β-cateninas são componentes integrais das junções aderentes, que se ligam entre si para formarem complexos cadherina-α-catenina-β-catenina. Os estudos iniciais mostraram que a α-catenina podia interagir com filamentos de actina, o que levou a crer que a α-catenina unia o citoesqueleto de actina às junções aderentes. No entanto, mais tarde descobriu-se que a α-catenina só se pode ligar à actina F quando não está ligada à β-catenina e cadherina.

Recentemente, demonstrou-se que a α-catenina se associa com forminas, EPLIN, e vinculina. A EPLIN potencia a formação de feixes e a estabilização dos filamentos de actina, e a vinculina está implicada na ligação de moléculas de adesão ao citoesqueleto de actina. Isto pode servir como mecanismo para recrutar actina nas junções aderentes.

Junções herméticas

As junções herméticas ou zonula occludens, são o elemento celular mais importante para a formação de barreiras semipermeáveis dentro de tecidos ou entre tecidos. As junções herméticas constam principalmente de claudinas e ocludinas, que são proteínas de membrana que formam o contacto célula-célula, assim como as ZO-1, ZO-2 e ZO-3, que ligam as junções herméticas ao citoesqueleto de actina. No entanto, as junções herméticas não estão ligadas diretamente às fibras de stresse, como acontece com as adesões focais e as junções aderentes.

Adesões focais As adesões focais são assemblagens macromoleculares que são usadas para ligar as células à matriz extracelular. Constam de três camadas funcionais: uma camada de integrinas associada à matriz extracelular, uma camada de transdução de força associada à membrana, e uma camada de actina, constituída por fibras de stresse de actina. Como o nome das camadas implica, as adesões focais desempenham um grande papel na mecanotransdução e na migração celular. As adesões focais costumam estar ligadas a fibras de stresse, e, de facto, a contractilidade das fibras de stresse é necessária para a manutenção das adesões focais.

Migração celular miniatura|Três tipos de fibras de stresse: fibras de stresse ventrais, arcos transversos e fibras de stresse dorsais.

Uma característica essencial de muitas células é a sua capacidade de migrar em direção a certos estímulos mecânicos (durotaxia) ou químicos (quimiotaxia). A migração celular ocorre pela ação concertada de três GTPases da família Rho: Rho, Rac e Cdc42. Quando se liga o GTP, a Rac causa a formação de lamelipódios, e a Cdc42 causa a formação de filopódios, promovendo assim a migração celular. Na célula em migração há três tipos de fibras de stresse: fibras de stresse ventrais, arcos transversos e fibras de stresse dorsais. As fibras de stresse ventrais estão associadas com adesões focais em ambas as extremidades, estão localizadas na superfície ventral da célula, e funcionam na adesão e contração. Os arcos transversos não estão diretamente ligados a adesões focais e tipicamente fluem desde a frente de avanço da célula, para trás em direção ao centro da célula. As fibras de stresse dorsais estão localizadas na frente de avanço da célula. Unem-se às adesões focais na superfície ventral da frente de avanço e estendem-se dorsalmente em direção ao centro da célula para se unirem aos arcos transversos. Durante a migração celular, os filamentos de actina das fibras de stresse são reciclados por um processo de fluxo de actina retrógrado. O mecanismo de dissolução da própria adesão focal é pouco conhecido.

Morfogénese

A morfogénese a nível celular pode definir-se como dar forma ou definir a arquitetura de uma célula. A assemblagem do citoesqueleto, incluindo o citoesqueleto de actina, é o fator determinante para especificar a morfogénese celular e dar uma forma às células. A contractilidade das fibras de stresse dentro da célula ajuda, portanto, a determinar a morfogénese celular. Por exemplo, as cinturas de actina contráteis circunferenciais das junções aderentes contribuem para a morfogénese celular. Além disso, as fibras de stresse dorsais, as ventrais e os arcos transversos ajudam a determinar a morfologia durante a migração celular. Para uma explicação mais detalhada pode consultar o artigo Morfogénese#Bases celulares.

Mecanotransdução Tanto os microfilamentos como os microtúbulos exercem funções importantes na mecanotransdução. No citoesqueleto de actina, a mecanotransdução pode ocorrer nas adesões célula-matriz extracelular e célula-célula, através de adesões focais e junções aderentes, respetivamente. A transdução de forças desde o exterior ao interior da célula pode controlar a maturação ou desassemblagem das adesões e iniciar cascatas de sinalização intracelular que podem alterar os comportamentos celulares, e sabe-se que as células assemblam fibras de stresse quando encontram stresse mecânico. Por exemplo, as células que estão a crescer sobre substratos rígidos apresentam fibras de stresse grossas, enquanto as fibras de stresse das células que crescem sobre substratos moles são menos robustas. A força mecânica transmitida às adesões focais pelas fibras de stresse pode também alterar a conformação das proteínas de adesão focal mecanossensíveis, como p130Cas e as talinas, o que sugere que a contractilidade das fibras de stresse pode traduzir sinais mecânicos em sinais bioquímicos.

Há também um pequeno conjunto de integrinas associadas às adesões focais que terminam na cobertura de actina perinuclear (na parte apical do núcleo), e estão ancoradas pelo complexo LINC. Estas adesões focais associadas a esta cobertura são importantes mediadores da mecanossensibilidade, e representam uma via direta para a transdução de sinais mecânicos desde as adesões focais ao núcleo.

Fibras de stresse em células móveis e não móveis

A estrutura das fibras de stresse é distinta em células móveis e não móveis. As fibras de stresse em células móveis e não móveis assemelham-se em que ambas contêm filamentos de actina que se ligam por ligações cruzadas por meio da α-actinina e da miosina II; no entanto, a orientação espacial dos filamentos individuais de actina dentro da fibra de stresse difere entre as células móveis e não móveis. As fibras de stresse da região ventral das células móveis mostram uma mudança global da orientação dos filamentos de actina ao longo do eixo longitudinal da fibra de stresse, de tal modo que as extremidades + dos filamentos estão sempre a apontar predominantemente em direção às adesões focais. As fibras de stresse nas regiões ventrais de células não móveis mostram uma polaridade periódica que é semelhante à organização do sarcómero.

Aplicações clínicas Como se explicou antes, a Rho é responsável pela formação de fibras de stresse. A incorreta regulação da família Rho de GTPases está implicada em muitas doenças. As aplicações clínicas comuns que têm como alvo as GTPases Rho são a regeneração do sistema nervoso, as incapacidades intelectuais e o cancro.

Categoria:Citoesqueleto Categoria:Fibras