Microtúbulo

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Sección de microtúbulos de pocos dímeros de longitud.

Los microtúbulos son estructuras tubulares de 25 nm de diámetro que se originan en los centros organizadores de microtúbulos y que se extienden a lo largo de todo el citoplasma. Se hallan en las células eucariotas y están formadas por la polimerización de un dímero de dos proteínas globulares, la alfa y la beta tubulina.

Los microtúbulos intervienen en diversos procesos celulares que involucran desplazamiento de vesículas de secreción, movimiento de orgánulos, transporte intracelular de sustancias, así como en la división celular (mitosis y meiosis) y que, junto con los microfilamentos y los filamentos intermedios, forman el citoesqueleto. Además, constituyen la estructura interna de los cilios y los flagelos.

Estructura

Los microtúbulos son heteropolímeros de α- and β-tubulina, los cuales forman dímeros, que son su unidad estructural. Los dímeros polimerizan en protofilamentos, que luego se agregan para formar estructuras cilíndricas huecas. Para polimerizar se requiere la presencia de monómeros, aunque el proceso se acelera por la adición de núcleos, que son elongados.

Una importante característica de los microtúbulos es su polaridad. La tubulina polimeriza por adición de dímeros en uno o ambos extremos del microtúbulo. La adición es por unión cabeza con cola, en la formación de los protofilamentos. Así, se forman filas sesgadas de monómeros de α y β-tubulina en la pared, lo que provoca una polaridad global al microtúbulo. Debido a que todos los protofilamentos de un microtúbulo tienen la misma orientación, un extremo está compuesto por un anillo de α-tubulina (denominado extremo -) y, el opuesto, por un anillo de β-tubulina (denominado extremo +).

Organización citológica

Los microtúbulos se nuclean y organizan en los centros organizadores de microtúbulos (MTOCs), como pueden ser el centrosoma o los cuerpos basales de los cilios y flagelos. Estos MTOCs pueden poseer centríolos o no.

Además de colaborar en el citoesqueleto, los microtúbulos intervienen en el tránsito de vesículas (véase la dineína o la kinesina), en la formación del huso mitótico mediante el cual las células eucariotas segregan sus cromátidas durante la división celular, y en el movimiento de cilios y flagelos.

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Técnica de inmunofluorescencia para mostrar los microtúbulos mediante anticuerpos marcados contra β-tubulina

Dinámica

La polimerización de los microtúbulos se nuclea en un centro organizador de microtúbulos. En ellos existe un tipo de tubulina, llamada γ-tubulina, que actúa nucleando la adición de nuevos dímeros, con intervención de otras proteínas reguladoras. Así, se considera la existencia de un complejo anular de γ-tubulina, siempre situado en el extremo - del microtúbulo.

Inestabilidad dinámica

Durante la polimerización, ambas unidades de tubulina se encuentran unidas a una molécula de guanosín trifosfato. El GTP desempeña una función estructural en la α-tubulina, pero es hidrolizado a GDP en la β-tubulina. Esta hidrólisis modula la adición de nuevos dímeros. Así, el GTP se hidroliza tras un lapso del tiempo, lo que permite que, si la adición de dímeros es rápida, se forme en el extremo (+) un casquete de β-tubulina unida a GTP, mientras que, de ser lenta, lo que se expone es tubulina unida a GDP. Pues bien: esta unión a uno u otro nucleótido es la que determina la velocidad de polimerización o despolimerización del microtúbulo. Así, un casquete en el extremo (+) con GTP favorece la elongación, mientras que uno de GDP, la despolimerización.

Ahora bien, este proceso es función de la concentración de dímeros de αβ-tubulina: si su concentración es mayor de una concentración crítica (Cc), el microtúbulo crece. Si es menor, decrece. Y según la presencia de un casquete de GTP o GDP, la Cc es distinta, por lo que el extremo (+) y (-) tienen valores distintos, lo cual provoca que la actividad dinámica del extremo (+) sea mayor. El microtúbulo, por tanto, puede crecer por ambos extremos o sólo por uno. La interacción del extremo (-) con el MTOC disminuye mucho su actividad.

Estas características derivan en la exitencia de una inestabilidad dinámica de los microtúbulos, que consiste en que, en una misma célula, algunos microtúbulos están despolimerizándose (catástrofe) y otros elongándose (rescate).

Estos hechos se ven modulados por proteínas MAPs, que intervienen en las catástrofes y rescates.

Farmacología

Existen drogas que afectan a la estabilidad de los microtúbulos: El taxol, útil en los cánceres de ovario, a concentraciones bajas se une a los microtúbulos y los estabiliza, inhibiendo su acortamiento. La colchicina, o su derivado colcemida, se une a los dímeros de tubulina con alta afinidad, pero reversiblemente, lo que facilita que los dímeros envenenados se adhieran al extremo de un microtúbulo en crecimiento, impidiendo el agregado o pérdida de nuevas unidades. Así, el microtúbulo queda estabilizado. La colchicina se emplea ampliamente para sincronizar células, puesto que detiene la mitosis en metafase.

Proteínas motoras

Existen proteínas que aprovechan la hidrólisis de ATP para generar energía mecánica y desplazar sustancias sobre microtúbulos. Éstas son la dineína, transportador anterógrado, y la kinesina, transportador retrógrado.