Citoscheletro

γ-TURC),

materiale pericentriolare, cioè richiamare le proteine e

le per creare il complesso (i centrioli

γ-tubuline γ-TURC

hanno dunque una funzione prettamente organizzativa).

Quindi i centrioli non hanno nessun contatto con i microtubuli in formazione, ma è la matrice del

centrosoma che accoglie i complessi i quali sono numerosi e ognuno di essi regola la formazione

γ-TURC,

di un microtubulo.

Esistono tipi diversi di microtubuli?

Tutte le cellule eucariotiche animali sono dotate di microtubuli i quali sono strutture altamente dinamiche:

si formano quando la cellula ne ha bisogno e quando non servono più sanno depolimerizzarsi (per esempio,

in una cellula che sta dividendo il proprio materiale genetico non ci sono più microtubuli adibiti al traffico

vescicolare, quindi tutti i monomeri di e tubulina vengono sequestrati per formare i microtubuli che

α β

costituiscono il fuso mitotico).

I microtubuli nelle cellule eucariotiche animali sono classificati in due gruppi distinguibili per il tipo di

organizzazione e per il grado di stabilità:

Microtubuli citoplasmatici

formano all’interno del citoplasma e si trovano in una qualsiasi cellula che compie attività metabolica (e

Si

che quindi si trova in interfase), dove la funzione dei microtubuli che dipartono dal centrosoma è quella di

regolare il traffico di vescicole e organelli, ma questo tipo di microtubuli si trova anche quando la cellula va

incontro a mitosi, momento in cui i microtubuli preesistenti depolimerizzano, il centrosoma si duplica e dai

centri di nucleazione di entrambi i centrosomi polimerizzano nuovi microtubuli che vanno a costituire il

fuso mitotico. L’estremità + di ciascun microtubulo (quella collocata al centro della cellula) aggancia

un cromosoma a livello del centromero (dove c’è un complesso di proteine, il

cinetocore, che riconosce le fibre del fuso e si aggancia a esse).

Una volta finita la divisione cellulare, il fuso si disassembla e la depolimerizzazione di

ciascun microtubulo trasporta verso un polo uno dei due cromatidi fratelli; i monomeri

di e tubulina sono riutilizzati in ognuna delle due cellule figlie per ricreare il

α β

citoscheletro della cellula stessa. I microtubuli citoplasmatici, dunque, sono altamente

dinamici: si formano, ma all’occorrenza sanno depolimerizzarsi.

Microtubuli assonemali

trovano negli epiteli ciliati dove costituiscono l’assonema che sostiene le ciglia (estroflessioni della

Si

regione apicale di ciascuna cellula di questo epitelio); questi microtubuli non dipartono dal centrosoma, ma

da tanti corpuscoli basali (uno per ogni ciglio) che li stabilizzano e impediscono che si accorcino; dai

corpuscoli basali non c’è possibilità di depolimerizzazione in quanto le ciglia devono essere sempre sorrette

da questi microtubuli e devono potersi muovere (battito ciliare).

Tali cellule si trovano, per esempio, nell’epitelio che riveste la trachea e in quello che riveste le cavità nasali.

I microtubuli assonemali si trovano anche all’interno dei flagelli (come, per esempio, nella coda degli

spermatozoi, la quale è costituita da un assonema fatto da microtubuli che garantisce la motilità al gamete).

Questi microtubuli, dunque, sono altamente organizzati e stabili e sono associati al movimento di ciglia e

flagelli. I corpuscoli basali, inoltre, hanno la stessa struttura dei centrioli, quindi richiamano materiale

pericentriolare che determinerà la polimerizzazione del numero dei protofilamenti, e di conseguenza dei

microtubuli all’interno dell’assonema stesso.

Vediamo ora più nel dettaglio la struttura di un assonema: tale struttura di sostegno delle espansioni

digitiformi della membrana plasmatica del dominio apicale di alcune cellule (ciglia o flagelli) è formata e

organizzata dal corpo basale, il quale è collocato nella regione corticale della cellula; il corpo basale si

presenta organizzato così: 9 fibrille disposte perifericamente costituite da 3 microtubuli (microtubulo A

completo, microtubuli B e C incompleti che si appoggiano al microtubulo precedente) e legate tra loro da

un ponte proteico e da ogni microtubulo A diparte un raggio di natura proteica che si diparte verso il centro

intercettando tutti gli altri raggi nel centro del corpo basale. La struttura è quindi esattamente identica a

quella dei centrioli.

Nel punto in cui inizia la proiezione della membrana plasmatica, l’assonema risulta formato da 9 coppie di

microtubuli (non siamo ancora nella porzione portante del ciglio), formate da un microtubulo A, che è

completo (è formato da 13 protofilamenti) e da un microtubulo B, che invece è incompleto (è formato da

10 protofilamenti); le 9 coppie sono mantenute in registro (cioè organizzate tra di loro) attraverso un

braccio proteico che dal microtubulo A di una coppia si proietta verso il microtubulo B della coppia

adiacente; il microtubulo A presenta, inoltre, delle proteine associate.

Nella parte preponderante del ciglio si trova la stessa

struttura, ma arricchita da altri elementi: ci sono le 9

coppie periferiche di microtubuli (ognuna unita all’altra da

un braccio proteico di nexina) + 1 coppia centrale separata

(costituita cioè da due microtubuli completi entrambi,

tenuti insieme da un braccio proteico formato da nexina)

circondata da una guaina che isola questa coppia centrale,

ma allo stesso tempo permette l’aggancio ai raggi proteici

che dalle 9 coppie periferiche si dipartono verso il centro.

Il movimento del ciglio è garantito non dal corpo basale, ma dall’assonema (a partire dalla porzione basale,

ma soprattutto dalla porzione centrale). Nei microtubuli della porzione centrale dell’assonema, infatti,

intorno alle 9 coppie periferiche di microtubuli sono presenti delle molecole di dineina (la stessa che

permette il trasporto vescicolare), la quale riconosce il microtubulo A, si aggancia a esso e quando il ciglio

deve muoversi essa si aggancia al microtubulo B della coppia adiacente, legame che garantisce il

ripiegamento del ciglio verso un lato e poi il distacco e il ritorno alla posizione iniziale (generando dunque il

battito ciliare).

Sono state scoperte all’interno delle cellule delle proteine capaci di riconoscere i microtubuli e di associarsi

a essi: esse sono chiamate MicrotubuleAssociated Proteins (MAPs).

Questo perché in alcuni casi i microtubuli all’interno della cellula devono creare un’impalcatura ben definita

e organizzata, quindi queste proteine sono estremamente importanti per organizzare i microtubuli

all’interno di una cellula; esse, oltre a ciò, favoriscono:

- Trasporto di organuli e vescicole

- Stabilità del microtubulo stesso (se i microtubuli sono stabili possono svolgere la loro funzione nelle

attività metaboliche, se sono instabili possono generarsi patologie, come per esempio l’Alzheimer)

- Interazione con altri microtubuli

- Indirizzamento dei microtubuli in zone ben precise

- Allineamento dei microtubuli

- Asemblaggio e disassemblaggio

Fino a un po’ di tempo fa, le prime proteine scoperte in relazione ai microtubuli furono le proteine motrici

dineina e chinesina, e quindi inizialmente le si pensò come proteine associabili ai microtubuli, ma in un

secondo momento si vide che chinesina e dineina non potevano rientrare nelle proteine MAPs perché non

si legano ai microtubuli, ma sono solo capaci di “camminare” su questi “binari” per trasportare il loro carico

vescicolare.

Quindi, con il passare degli anni, con MAPs sono state identificate ed etichettate una serie di proteine,

successivamente suddivise in due categorie:

- MAPs di tipo I, che includono la MAP1 (presente nelle cellule nervose)

- MAPs di tipo II, che includono la MAP2(presente nelle cellule nervose), la MAP4 (presente in tutte

le cellule) e la tau (presente nelle cellule nervose)

Le MAPs sono proteine filamentose che presentano

- Estremità C-terminale che riconosce e lega il microtubulo

- Estremità N-terminale che si estroflette verso l’ambiente citoplasmatico (dove lega altri

microtubuli, ordinando così i microtubuli all’interno del citoplasma stesso, oppure

filamenti intermedi o, ancora, vescicole).

Lo stato di legame (o l’interazione) tra MAPs e microtubuli stessi deve essere in qualche modo regolato: chi

decide quando una MAP deve legarsi ai microtubuli?

L’interazione tra MAPs e microtubuli dipende dalla presenza di gruppi fosfato, i quali vengono aggiunti (e

quindi si parla si fosforilazione) o che vengono rimossi (e quindi si parla si defosforilazione). Questi processi

sono perciò importanti per regolare il legame tra MAPs e microtubuli o il distacco delle MAPs dai

microtubuli stessi. Aggiunta e distacco dei gruppi fosfato non avvengono spontaneamente, ma richiedo la

presenza di enzimi:

- Protein-chinasi è in grado di legare il gruppo fosfato alla proteina MAP, quindi media la

→

fosforilazione di specifici amminoacidi delle MAPs; ciò determina che tutte le volte che la proteina

MAP è fosforilata, essa non è più in grado di legarsi ai microtubuli, quindi è come se la fosforilazione

sequestrasse la proteina MAP non rendendola capace di legarsi ai microtubuli (esempio: se la cellula

ha bisogno di organizzare i microtubuli legandoli tra di loro, in questa situazione i microtubuli non

possono legarsi tra di loro mediante le MAPs)

- Fosfatasi è in grado di slegare il gruppo fosfato dalla proteina MAP, quindi media la

→

defosforilazione delle proteine MAPs; tutte le volte che le proteine MAPs vengono defosforilate, a

livello dell’estremità C-terminale il sito ritorna libero e la MAP è in grado di legarsi ai microtubuli.

Vediamo meglio le proteine MAP2 e le proteine tau: nelle cellule nervose sono presenti due proteine molto

importanti, la MAP2 e la tau, entrambe indispensabili per stabilizzare i microtubuli:

- La MAP2 con la sua estremità C-terminale riconosce e si lega al microtubulo, con la sua estremità

opposta, la N-terminale, essa potrebbe interagire e legarsi a un altro microtubulo, stabilizzandoli

quindi l’uno rispetto all’altro, oppure essa potrebbe legarsi un filamento intermedio; essa è inoltre

in grado di stabilizzare un microtubulo man mano che si accresce, quindi rientra in una sorta di

meccanismo di controllo nei microtubuli che via via si stanno formando

- La tau, invece, con le sue due estremità lega lo stesso microtubulo e formando, con il suo dominio

centrale, una sorta di occhiello che riconosce un altro microtubulo.

In una cellula, la stabilizzazione richiede un certo numero di proteine MAP2, le quali vanno a prendere

contatto in punti ben precisi lungo la lunghezza del microtubulo e agganciano dall’altra parte n° punti

dell’altro microtubulo. Lo stesso vale per la