3.7: Centrosomas y Centriolos

Centrioles

Los centriolos se construyen a partir de una matriz cilíndrica de 9 microtúbulos, cada uno de los cuales tiene unidos a él 2 microtúbulos parciales. La figura\(\PageIndex{1}\) es una micrografía electrónica que muestra una sección transversal de un centríolo con su matriz de nueve tripletes de microtúbulos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Sección transversal de un Centriolo (cortesía de E. DeHarven). El aumento es de aproximadamente 305,000.

Cuando una célula entra en el ciclo celular y pasa por la fase S, cada centriolo se duplica. Un centriolo “hija” crece del lado de cada centriolo padre (“madre”). Así, la replicación del centriolo —como la replicación del ADN (que está ocurriendo al mismo tiempo )— es semiconservativa.

• Los microtúbulos funcionales crecen solo a partir de la “madre”.
• Cuando las células madre se dividen, una célula hija sigue siendo una célula madre; la otra pasa a diferenciarse. En dos sistemas animales que han sido examinados (células gliales de ratón y células germinales masculinas de Drosophila), la célula que recibe el viejo centriolo (“madre”) sigue siendo una célula madre mientras que la que recibe lo que había sido el centriolo “hija” original pasa a diferenciarse. (Puede leer sobre estos hallazgos en Wang, X., et. al., Nature, 15 de octubre de 2009.)

Los centriolos son una característica clave de las células eucariotas y presumiblemente surgieron con los primeros eucariotas. Desde entonces, algunos grupos han perdido sus centriolos, incluyendo la mayoría de los hongos (pero no los quítridos primitivos), las plantas “superiores” (pero no los musgos, helechos y cícadas más primitivos con su esperma móvil) y los óvulos de animales pierden su centriolo durante la meiosis y deben tenerlo restaurado por el esperma que lo fertiliza

En las células que no se dividen, el centriolo madre puede unirse al lado interno de la membrana plasmática formando un cuerpo basal. En casi todos los tipos de células, el cuerpo basal forma un cilio primario no móvil. En las células con un flagelo, por ejemplo espermatozoides, el flagelo se desarrolla a partir de un solo cuerpo basal. (Si bien los espermatozoides tienen un cuerpo basal, los óvulos no tienen ninguno. Por lo que el cuerpo basal del esperma es absolutamente esencial para formar un centrosoma que formará un huso permitiendo que se produzca la primera división del cigoto.)

En las células ciliadas como las células epiteliales columnares de los pulmones y los protozoos ciliados como el parametrium, se forman muchos cuerpos basales, cada uno produciendo un cilio latido. La mayoría de sus centriolos son producidos por duplicación repetida del centriolo hijo del centrosoma y se ensamblan temporalmente en un orgánulo especial llamado deutero algunos (que no debe confundirse con estoma deutero). Los centriolos organizan el centrosoma en el que están incrustados.

Centrosomas

El centrosoma se localiza en el citoplasma generalmente cerca del núcleo. Consta de dos centriolos —orientados en ángulo recto entre sí— incrustados en una masa de material amorfo que contiene más de 100 diferentes proteínas.Se duplica durante la fase S del ciclo celular. Justo antes de la mitosis, los dos centrosomas se separan hasta que están en lados opuestos del núcleo. A medida que avanza la mitosis, los microtúbulos crecen de cada centrosoma con sus extremos positivos creciendo hacia la placa metafásica. Estos racimos de microtúbulos se denominan fibras de huso. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra microtúbulos que crecen in vitro a partir de un centrosoma aislado. Al centrosoma se le suministró una mezcla de monómeros de tubulina alfa y beta ensamblados espontáneamente en microtúbulos solo en presencia de centrosomas.

Figura\(\PageIndex{2}\): Centrosome (Cortesía Tim Hutchison)

Las fibras de husillo tienen tres destinos:

1. Algunos se adhieren a un cinetocoro de una díada con aquellos que crecen desde el centrosoma opuesto uniéndose al otro cinetocoro de esa díada.
2. Algunos se unen a los brazos de los cromosomas.
3. Otros siguen creciendo desde los dos centrosomas hasta que se extienden entre sí en una región de solapamiento.

Figura\(\PageIndex{3}\): Ensamblaje cromosómico en metafase

Los tres grupos de fibras de huso participan en

• el ensamblaje de los cromosomas en la placa de metafase en la metafase.

1. Los microtúbulos unidos a lados opuestos de la díada se encogen o crecen hasta que son de igual longitud.
2. Los motores de microtúbulos unidos a los cinetocoros los mueven
   • hacia el extremo negativo de los microtúbulos que se contraen (una dineína);
   • hacia el extremo positivo de los microtúbulos alargados (una cinesina).
3. Los brazos cromosómicos utilizan una cinesina diferente para desplazarse a la placa metafásica.

• la separación de los cromosomas en la anafase.
  1. Los cinetocoros hermanos se separan y, portando su cromátida adherida,
  2. se mueven a lo largo de los microtúbulos alimentados por motores de extremo negativo, dineinas, mientras que los propios microtúbulos se acortan (probablemente en ambos extremos).
  3. Las fibras de husillo superpuestas se mueven unas junto a otras (empujando los polos más separados) alimentadas por motores de extremo grande, las kinesinas “bipolares”.
  4. De esta manera las cromátidas hermanas terminan en polos opuestos.

Funciones de los centrosomas

Además de su papel en la formación del huso, los centrosomas desempeñan otros papeles importantes en las células animales:

• Formación de la red de microtúbulos que participan en la elaboración del citoesqueleto.
• Señalar que está bien proceder a la citocinesis. La destrucción de ambos centrosomas con un rayo láser previene la citocinesis aunque la mitosis se haya completado normalmente.
• Señalar que está bien que las células hijas comiencen otra ronda del ciclo celular; específicamente duplicar sus cromosomas en la siguiente fase S. La destrucción de un centrosoma con un rayo láser aún permite citocinesis pero las células hijas no logran ingresar a una nueva fase S.
• Segregar moléculas de señalización (por ejemplo, mRNAs) para que pasen a una sola de las dos células hijas producidas por la mitosis. De esta manera, las dos células hijas pueden entrar en diferentes vías de diferenciación aunque contengan genomas idénticos.
• En al menos algunas neuronas en desarrollo, la posición del centrosoma establece el punto en el que crecerá el axón.

Centrosomas y Cáncer

Las células cancerosas suelen tener más centrosomas que el número normal. También son aneuploides (tienen números anormales de cromosomas), y considerando el papel de los centrosomas en el movimiento cromosómico, es tentador pensar que los dos fenómenos están relacionados. Las mutaciones en el gen supresor tumoral p53 parecen predisponer a la célula a una replicación excesiva de los centrosomas. El movimiento cromosómico en la mitosis también implica la polimerización y despolimerización de microtúbulos.

Debido a que el sello distintivo de las células cancerosas es la mitosis incontrolada, tanto la vincristina como el Taxol se utilizan como medicamentos contra el cáncer. La vincristina, un fármaco que se encuentra en la bígaro de Madagascar (una flor silvestre), se une a los dímeros de tubulina impidiendo el ensamblaje de los microtúbulos. Esto detiene las células en metafase de mitosis y Taxol, fármaco que se encuentra en la corteza del tejo del Pacífico, impide la despolimerización de los microtúbulos de la fibra del huso. Esto, a su vez, detiene el movimiento cromosómico, y así impide la finalización de la mitosis.