CONTENIDOS
Presentación
Los humedales españoles
El papel del citoesqueleto en la transducción...
Noticias de alimentación
El uso de PVC plastificado en juguetes
Residuos tóxicos y peligrosos: un problema qu...
Tala masiva e indiscriminada de árboles en la...
Informática y Simulación Biológica
|
|
El papel del citoesqueleto en la transducción de la señal y en la expresión de los genes en plantas
Dr. Shunnosuke Abe
abe@mcb.agr.ehime-u.ac.jp
I. Introducción
Se hace indispensable comprender la estructura y función de la citoarquitectura, responsable de controlar los ciclos celulares, diferenciación, morfogénesis, el movimiento del citoplasma y de sus orgánulos, la transducción de la señal y expresión de los genes y muchos otros procesos celulares de importancia. El citoesqueleto desempeña un papel protagonista en la organización de dicha citoarquitectura. En las células vegetales, en contraste con las animales, las células totalmente desarrolladas consisten en una membrana plasmática que rodea una fina mancha de citoplasma que, a su vez, contiene una vacuola densa, mientras que la membrana plasmática está prácticamente siempre encerrada por una pared celular resistente. Por lo tanto, la parte de la célula vegetal objeto de nuestro interés, el citoplasma y sus orgánulos, incluyendo el citoesqueleto, ocupa tan solo el 10% del volumen total de la célula. La pared celular ocupa otro 10% y la vacuola llega a ocupar tanto como el 80%. Esta citoarquitectura ha puesto serias trabas a estudios sobre el citoesqueleto de los vegetales.
Para lograr un aislamiento a gran escala de fragmentos de citoesqueletos vegetales con sus factores asociados, mis colaboradores y yo nos hemos esforzado desarrollando el método desde 1985. En 1989, Davies y yo conseguimos desarrollar finalmente un método para aislar los fragmentos de citoesqueleto de origen vegetal , y el método se ha confirmado como universal para varias especies y tejidos . Tras este éxito de nuestra metodología, se han producido contribuciones significativas relacionadas con el citoesqueleto en varios campos importantes de la investigación vegetal, abarcando la transducción de la señal y la expresión de los genes. En este artículo, describo algunos de esos aspectos relacionados con el citoesqueleto de los vegetales.
Fragmentos de citoesqueleto vegetal aislados de acuerdo al método (Methods in Cell Biology, chapter 16, Abe and Davies), teñidos con el fluorescente con rodamina-faloidina y observados bajo excitación verde (emisión de 580 nm) utilizando un microscopio confocal laser. Hay numerosos fragmentos de citoesqueleto en el pellet de 4000xg.
II. Organización del Citoesqueleto vegetal y su relación con la citoarquitectura
En las células vegetales, así como en otros eucariotas, el citoesqueleto consiste en una elaborada y muy dinámica red de estructuras tubulares y filamentosas. Los principales elementos del citoesqueleto incluyen microfilamentos, compuestos por una doble hebra helicoidal de proteína, actina; y microtúbulos de una hélice de proteína heterodimérica, la tubulina, formando una fibra hueca. El tercer componente principal del citoesqueleto, los filamentos intermedios, está todavía lejos de ser bien conocido en las plantas. Estos filamentos podrían estar ensamblados en unas estructuras agregadas mayores, con y sin factores asociados, para ejercer sus funciones. Además de estas proteínas principales del citoesqueleto, otras muchas proteínas se encuentran asociadas con el citoesqueleto en las plantas superiores.
Los microtúbulos y los microfilamentos son como una redes citoesqueletales extensas, e interactivas, que están claramente involucradas en aspectos dinámicos del comportamiento celular, y los microfilamentos desempeñan a menudo una tarea de andamios en esa interacción. La disgregación de los microfilamentos, pero no de los microtúbulos, entorpece la recuperación de la organización espacial del plano de división celular y los movimientos citoplasmáticos, por lo que se concluye que los microfilamentos actúan como la "memoria" de la organización espacial. No solamente existe un asociación entre los microfilamentos y los microtúbulos, sino también entre estas dos estructuras y las endomembranas, y estos complejos citoesqueleto-membrana podrían estar involucrados en la coherencia citoarquitectural de orgánulos como cuerpos proteicos, mitocondrias, movimientos de orgánulos u otras funciones. El citoesqueleto está también relacionado de cerca con la membrana plasmática y con el esqueleto de la membrana en plantas superiores. La utilización de diversos inhibidores de calcio y del citoesqueleto ha mostrado que la dinámica de la asociación del citoesqueleto con las membranas es, al menos en parte, calcio-dependiente. Los microfilamentos se acoplan a la membrana plasmática indirectamente. Un polipéptido como la espectrina, componente del esqueleto de la membrana encontrado originalmente en los eritrocitos, está presente en preparaciones de membrana plasmática de la raíz del arroz.
III. El papel del citoesqueleto en la transducción de la señal
Se han observado evidencias que muestran que las hebras citoplasmáticas están conectadas a una proteína integrante de la membrana plasmática y esta unión parece depender de los haces de microtúbulos. Estas conexiones podrían constar de un componente principal del interfaz citoesqueleto-membrana plasmática-pared celular (matriz extra celular) que ha sido foco de mucha atención recientemente. Este interfaz aparenta ser muy importante para la transducción de señales desde el medio ambiente hasta el interior celular. La F-actina parece estar involucrada en al menos algunos aspectos de la percepción de gravedad, recepción hormonal, sensación de presión e infección. Existe evidencia en firme para la localización de tres kinasas de la ruta metabólica del fosfatidilinositol (PI) en el citoesqueleto de la planta. Más aún, una proteína identificada a través de su actividad PI kinasa también actúa como una proteína envoltora de actinas y como factor de elongación. Ahora se sabe que una auxina sintética (NPA) de proteínas de unión está asociada al citoesqueleto, y podría también desempeñar un papel en la transducción de la señal a través del citoesqueleto.
Dañar una planta en una región dada provoca una inhibición de síntesis de proteínas de un 75% en tejido distante diez centímetros. En este caso, los agentes que interrumpen la corriente citoplasmática (un proceso del que se sabe que depende de los microfilamentos) inhiben la síntesis de proteínas con una cinética similar a la de la inhibición de las corrientes citoplasmáticas, y ambos eventos (inhibición de síntesis de proteínas y corrientes citoplasmáticas) no tienen lugar en presencia de quelantes de calcio. Esta observación indica que el influjo del Ca+2 fue necesario en ambos procesos. Estos descubrimientos, junto con aquellos provenientes de estudios de los movimientos citoplasmáticos, han servido para elaborar una hipótesis de trabajo en la transducción de la señal a través del citoesqueleto . Allí parece estar el mecanismo del calcio. La hipótesis puede describirse brevemente de la siguiente forma: El Ca+2 penetra en la célula por medio de unos canales (controlados por potencial, mecanosensitivos o dependientes de hormonas) se enlaza a una proteína kinasa calcio-dependiente asociada al citoesqueleto (CDPK) bajo señales eléctricas generadas por la lesión en las células distantes. La CDPK entonces inicia una onda de fosforilación a través del citoesqueleto provocando la fosforilación de la miosina, que inhibe la corriente citoplasmática, y del factor de elongación, que inhibe la traslación. La lenta recuperación de la inhibición podría provenir de la desfosforilación causada por las proteínas fosfatasas activadas por la calmodulina que es también una enzima asociada al citoesqueleto en los vegetales. Los núcleos se encuentran a menudo rodeados por el citoesqueleto y esto podría desempeñar un papel en la regulación de la expresión de los genes en respuesta a estímulos medioambientales. Podría existir una continuidad entre la matriz extra celular (pared celular), la membrana plasmática, el citoesqueleto y la matriz nuclear. En la hipótesis descrita más arriba, existen similaridades significativas al proceso de recuperación de los potenciales de membrana y las corrientes citoplasmáticas en los protoplastos de Nitella y también al proceso de electrofusión, los cuales se han mostrado como dependientes del Ca+2 y del citoesqueleto.
IV. Los polisomas asociados al citoesqueleto y la localización de la expresión de los genes
Durante estos estudios se ha puesto de manifiesto la importancia de la asociación e interacción de la expresión de los genes y la maquinaria de la transducción de la señal. La evidencia de una asociación entre los polisomas y el citoesqueleto en vegetales es cada vez más aceptada. La primera evidencia bioquímica de polisomas asociados al citoesqueleto (CBP) en vegetales se publicó hace quince años, en un intento de explicar la agregación de los polisomas asociados a la membrana . Descubrimientos posteriores sobre la existencia de CBP en vegetales se basaban en el desarrollo de técnicas que podrían permitir el aislamiento de grandes fragmentos del citoesqueleto de los vegetales . Estos métodos llevaron al descubrimiento de que el CBP estaba presente en tallos y raíces de guisante, endospermo de maíz, trigo y cariópsides o granos de cebada. Al contrario que en las células animales, la mayor evidencia concede un papel al ribosoma, pero no a través del mRNA, sino que probablemente mediante las proteínas nacientes.
En las plantas no solamente existen polisomas acoplados al citoesqueleto, sino que están acoplados tanto al citoesqueleto como a la membrana -los polisomas asociados a la membrana (CMBP). Estos CMBP fueron caracterizados en primer lugar en tallos de guisante en mi laboratorio . En los tallos de guisante, los CMBP constituyen la principal población de polisomas citoplásmicos, y se encuentran muy pocos polisomas libres. Los cuerpos proteicos son, en los vegetales, los únicos orgánulos involucrados en la acumulación de proteínas en las zonas de almacenamiento de la semilla (endospermo o cotiledones). Tanto las evidencias bioquímicas como las de microscopía de fluorescencia indican que los polisomas involucrados en la síntesis de proteínas de almacenamiento que serán retenidas en los cuerpos proteicos del endospermo de maíz están unidos en primer lugar al citoesqueleto y, en segundo lugar, a la membrana del cuerpo proteico. En el endospermo del arroz, los cuerpos proteicos que almacenan prolamina parecen estar acoplados a un retículo endoplásmico asociado al citoesqueleto y también se encuentra en esas membranas la mRNA prolamina. Más recientemente, las subfracciones del citoesqueleto asociado a polisomas y el citoesqueleto están desempeñando un papel importante en la latencia y germinación de triticales y cariópsides de cebada . Estos recientes descubrimientos llevan a la conclusión de que la descripción clásica de la localización subcelular de polisomas (asociados a membrana y libres) ya no es válida por más tiempo, y el papel de la CBP y CMBP en la transducción de la señal y en la expresión génica ha de ser considerada seriamente.
[ descargar el artículo en pdf ]
[ versión para imprimir ]
|
