Fibra de estrés - Stress fiber
| Fibra de estrés | |
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 Fibras de estrés: visualizadas mediante micrografía de fluorescencia de F-actina
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| Identificadores | |
| Malla | D022502 |
| TH | H1.00.01.1.02033 |
| Terminología anatómica | |
Las fibras de estrés son haces contráctiles de actina que se encuentran en células no musculares. Están compuestos de actina (microfilamentos) y miosina II no muscular (NMMII), y también contienen varias proteínas de reticulación, como la α-actinina, para formar una estructura de actomiosina altamente regulada dentro de las células no musculares. Se ha demostrado que las fibras de estrés juegan un papel importante en la contractilidad celular, proporcionando fuerza para una serie de funciones como la adhesión celular , la migración y la morfogénesis .
Estructura
Las fibras de estrés se componen principalmente de actina y miosina. La actina es una proteína globular de ~ 43 kDa y puede polimerizar para formar estructuras filamentosas largas. Estos filamentos están hechos de dos hebras de monómeros de actina (o protofilamentos) que se envuelven entre sí para crear un único filamento de actina. Debido a que los monómeros de actina no son moléculas simétricas, sus filamentos tienen una polaridad basada en la estructura del monómero de actina, lo que permitirá que un extremo del filamento de actina se polimerice más rápido que el otro. El extremo que puede polimerizar más rápido se conoce como extremo positivo, mientras que el extremo que polimeriza más lentamente se conoce como extremo negativo. Las fibras de estrés suelen estar compuestas por 10-30 filamentos de actina. Las fibras de estrés se componen de microfilamentos antiparalelos: los filamentos de actina se agrupan a lo largo de su longitud y los extremos positivos y negativos se mezclan en cada extremo del haz. La disposición antiparalela de los filamentos de actina dentro de las fibras de estrés está reforzada por la α-actinina , una proteína de reticulación de filamentos de actina que contiene dominios de unión a actina antiparalelos. Luego, estos haces se reticulan mediante NMMII para formar fibras de tensión.
Montaje y regulación
La familia Rho de GTPasas regula muchos aspectos de la dinámica citoesquelética de la actina, incluida la formación de fibras de estrés. RhoA (a veces denominada simplemente 'Rho') es responsable de la formación de fibras de tensión, y su actividad en la formación de fibras de tensión fue descubierta por primera vez por Ridley y Hall en 1992. Cuando se une a GTP, Rho activa la bobina en espiral asociada a Rho formando quinasa (ROCK) y homólogo de mamífero de Drosophila diáfano (mDia). mDia es un formin , que nuclea y polimeriza largos filamentos de actina. ROCK es una quinasa que actúa para fosforilar la MLCP (fosfatasa de cadena ligera de miosina), así como la cadena ligera de NMMII, que inactiva la MLCP y activa la miosina. Esto conducirá a la acumulación de proteínas motoras de miosina activadas, que se unen a los filamentos de actina que fueron polimerizados por mDia, para crear fibras de estrés. Además, ROCK también fosforila y activa LIM-quinasa. La LIM-quinasa a su vez fosforilará e inactivará la cofilina , lo que evitará la descomposición y el reciclaje de los filamentos de actina, manteniendo la integridad de las fibras de tensión.
Funciones y proteínas asociadas
Las fibras de estrés desempeñan las siguientes funciones en el funcionamiento celular:
1. Adhesión
Las fibras de tensión son necesarias para la formación y mantenimiento de la adhesión célula-célula y célula- ECM , como la formación de uniones adherentes , uniones estrechas y adherencias focales .
Adhiere uniones
Las uniones adherentes son un tipo de estructura de adhesión célula-célula que está presente tanto en células móviles como inmóviles , que adhieren las células entre sí mediante la unión homofílica de cadherinas y nexinas . Las fibras de estrés juegan un papel importante en el mantenimiento de los contactos célula-célula dependientes de cadherina y dependientes de nexina, y se ha descubierto que las GTPasas de la familia Rho regulan la estructura y la integridad de las uniones adherentes. La α-catenina y la β-catenina son componentes integrales de las uniones adherentes, que se unen para producir complejos cadherina-α-catenina-β-catenina. Los primeros estudios mostraron que la α-catenina podría interactuar con los filamentos de actina, lo que llevó a la creencia de que la α-catenina une el citoesqueleto de actina con las uniones adherentes. Sin embargo, más tarde se descubrió que la α-catenina solo puede unirse a la F-actina cuando no está unida por la β-catenina y la cadherina.
Recientemente, se ha demostrado que la α-catenina se asocia con las forminas , EPLIN y vinculina . Se ha descubierto que EPLIN mejora el agrupamiento y la estabilización de los filamentos de actina, y la vinculina participa en el enlace de las moléculas de adhesión al citoesqueleto de actina. Esto puede servir como un mecanismo de cómo se recluta la actina para las uniones adherentes.
Juntas apretadas
Las uniones estrechas , o zonas ocluidas, son el elemento celular más importante para la formación de barreras semipermeables dentro o entre los tejidos. Las uniones estrechas consisten principalmente en claudinas y ocludinas, que son proteínas de membrana que forman el contacto célula-célula, así como ZO-1, ZO-2 y ZO-3, que unen las uniones estrechas al citoesqueleto de actina. Sin embargo, no se ha encontrado que las uniones estrechas estén directamente vinculadas a las fibras de tensión, como lo están para las adherencias focales y las uniones adherentes.
Adherencias focales
Las adherencias focales son conjuntos macromoleculares que se utilizan para conectar las células al ECM. Consisten en tres capas funcionales: una capa de integrina asociada a ECM, una capa de transducción de fuerza asociada a la membrana y una capa de actina, que está formada por fibras de tensión de actina. Como implica el nombre o sus capas, las adherencias focales juegan un papel importante en la mecanotransducción y la migración celular. Las adherencias focales suelen estar conectadas a las fibras de tensión; de hecho, la contractilidad de la fibra de tensión es necesaria para el mantenimiento de la adherencia focal.
2. Migración
Una característica esencial de muchas células es su capacidad para migrar hacia ciertos estímulos mecánicos ( durotaxis ) o químicos ( quimiotaxis ). La migración celular tiene lugar a través de la acción concertada de tres GTPasas de la familia Rho: Rho, Rac y Cdc42. Cuando se une a GTP, Rac provocará la formación de lamelipodios y Cdc42 provocará la formación de filopodios , promoviendo así la migración celular. En la célula migratoria, hay tres tipos principales de fibras de tensión: fibras de tensión ventral, arcos transversales y fibras de tensión dorsal. Las fibras de tensión ventral están asociadas con adherencias focales en ambos extremos, están ubicadas en la superficie ventral de la célula y funcionan en adherencia y contracción. Los arcos transversales no están directamente vinculados a las adherencias focales y, por lo general, fluyen desde el borde de ataque de la celda hacia el centro de la celda. Las fibras de tensión dorsal se encuentran en el borde de ataque de la celda. Se adhieren a las adherencias focales en la superficie ventral del borde de ataque y se extienden dorsalmente, hacia el centro de la célula para unirse a los arcos transversales. Durante la migración celular, los filamentos de actina dentro de las fibras de tensión se reciclarán mediante un proceso de flujo de actina retrógrado . El mecanismo de disolución de la adhesión focal en sí es poco conocido.
3. Morfogénesis
La morfogénesis, a nivel celular, se puede definir como dar forma o definir la arquitectura de una célula. El ensamblaje del citoesqueleto, incluido el citoesqueleto de actina, es el factor determinante para especificar la morfogénesis celular y conferir forma a las células. Por tanto, la contractilidad de las fibras de estrés dentro de la célula ayudará a determinar la morfogénesis celular. Por ejemplo, los cinturones circunferenciales contráctiles de actina de las uniones adherentes contribuyen a la morfogénesis celular. Además, las fibras de tensión dorsal, los arcos transversales y las fibras de tensión ventral ayudan en la determinación de la morfología celular durante la migración celular. Aquí se puede encontrar una explicación más detallada de la morfogénesis celular .
4. Mecanotransducción
Tanto los microfilamentos como los microtúbulos juegan un papel importante en la mecanotransducción. En el citoesqueleto de actina, la mecanotransducción puede ocurrir en las adherencias célula-ECM y célula-célula, a través de adherencias focales y uniones adherentes, respectivamente. La transducción de fuerzas desde el exterior hacia el interior de la célula puede controlar la maduración o el desmontaje de las adherencias e iniciar cascadas de señalización intracelular que pueden alterar los comportamientos celulares, y se sabe que las células ensamblan fibras de estrés cuando se encuentran con estrés mecánico. Por ejemplo, las células que crecen en sustratos rígidos mostrarán fibras de estrés gruesas, mientras que las fibras de estrés que se ven en las células que crecen en sustratos más blandos serán menos pronunciadas. La fuerza mecánica transmitida a las adherencias focales por las fibras de tensión también puede alterar la conformación de las proteínas de adherencia focal mecanosensibles, como p130Cas y talinas, lo que sugiere que la contractilidad de las fibras de tensión puede traducir las señales mecánicas en señales bioquímicas. También hay un pequeño subconjunto de integrinas asociadas a la adhesión focal que terminan en la capa de actina perinuclear (en la parte superior del núcleo) y están ancladas allí por el complejo LINC . Estas adherencias focales asociadas al casquete se han establecido como mediadores principales en la mecanosensibilidad y representan una vía directa para la transducción de señales mecánicas desde las adherencias focales al núcleo.
Fibras de estrés en células móviles y inmóviles
La estructura de las fibras de estrés difiere entre células móviles y no móviles. Las fibras de estrés en células móviles y no móviles son similares en que ambas contienen filamentos de actina que están reticulados por α-actinina y miosina II, sin embargo, la orientación espacial de los filamentos de actina individuales dentro de la fibra de estrés difiere entre móviles y no móviles. células. Las fibras de tensión en la región ventral de las células móviles muestran un cambio general en la orientación de los filamentos de actina individuales a lo largo del eje longitudinal de la fibra de tensión, de modo que los extremos positivos de los filamentos siempre apuntan predominantemente hacia adherencias focales. Las fibras de tensión en las regiones ventrales de las células inmóviles muestran una polaridad periódica que es similar a la organización de la sarcómera .
Aplicaciones clínicas
Como se discutió anteriormente, Rho es responsable de la formación de fibras de tensión. La mala regulación de la familia Rho de GTPasas está implicada en muchas enfermedades. Aquí se pueden encontrar aplicaciones clínicas comunes dirigidas a Rho GTPasas .