Citoscheletro

CITOSCHELETRO

Il citoscheletro, costituisce la struttura muscolare ed ossea della cellula. Svolge svariate funzioni: ha un

ruolo strutturale; sostiene la membrana plasmatica; determina la posizione degli organelli citoplasmatici;

guida il traffico di molecole, organelli e vescicole; ha un ruolo chiave nel movimento cellulare; forma il

macchinario per la divisione cellulare. È costituito da tre tipi di filamenti proteici: microtubuli, filamenti

intermedi e microfilamenti. Esiste una serie di proteine accessorie associate al citoscheletro che regola la

distribuzione spaziale ed il comportamento dinamico dei filamenti. Ciascun tipo di filamento è costituito da

subunità proteiche più piccole: i microtubuli ed i filamenti di actina sono composti da subunità compatte e

globulari mentre i filamenti intermedi da subunità allungate e fibrose.

I microtubuli sono lunghi cilindri cavi costituiti da 13 protofilamenti paralleli, ciascuno costituito da

subunità proteiche di tubulina, ovvero da eterodimeri di α e β tubulina. Le tubuline α e β tendono a

polimerizzare a due a due formando i dimeri che, a loro volta, si uniscono formando protofilamenti. Ciascun

protofilamento, e di conseguenza il microtubulo stesso, hanno una polarità strutturale (tubuline β sono

rivolte all’estremità +, e tubuline α all’estremità −). La cinetica dell’assemblaggio dei microtubuli è bifasica.

Prevede una fase lenta di nucleazione alla quale segue la fase veloce di allungamento fino a raggiungere lo

“steady point” dove le velocità di aggiunta e di perdita dei monomeri dalla estremità si eguagliano

(concentrazione critica di dimeri che limita la crescita dei microtubuli). Dopo la formazione del filamento del

citoscheletro, la sua stabilità e proprietà meccaniche vengono spesso alterate da proteine che si legano lungo

i lati del polimero. Nel citoplasma infatti sono presenti proteine associate ai microtubuli chiamate MAP

(Microtubules Associated Proteins). Le MAP appartengono a due classi di proteine: le MAP motrici che

comprendono la chinesina e la dineina che usano ATP per generare movimento, e le MAP strutturali capaci di

coordinare l’organizzazione dei microtubuli nel citoplasma. Nella cellula la nucleazione dei microtubuli viene

organizzata da strutture specializzate, dette centri organizzatori dei microtubuli (MTOC), che forniscono

una base per l’accrescimento dei microtubuli stessi. Il principale di essi nelle cellule umane, detto

centrosoma, si trova vicino al nucleo ed è costituito in genere da una coppia di centrioli, che sono cilindretti

cavi la cui parete è formata da 9 triplette di microtubuli. Complessi ad anello di γ tubulina, presenti nel

centrosoma, fungono da siti di innesco per la crescita dei microtubuli. Dai centrioli i microtubuli si irradiano

nell’intera massa citoplasmatica formando una rete dinamica di filamenti microtubulari che presentano

l’estremità negativa infissa nel MTOC. Il centrosoma rappresenta il centro cellulare, da cui, in mitosi, si

organizzano i microtubuli che danno origine al fuso mitotico che serve da guida per indirizzare i cromosomi

ai due poli della cellula in divisione. La stessa organizzazione dei centrioli è presente anche in strutture che

hanno il compito di funzionare da impianto per l’organizzazione di ciglia e flagelli ovvero di due importanti

sistemi di motilità cellulare. I flagelli sono molto più lunghi e meno numerosi delle ciglia. La parte che

emerge dal citoplasma è detto assonema, mentre la parte infissa nel citoplasma è detta corpo basale, ed è

proprio quest’ultima simile ad un centriolo. L’assonema è costituito da un fascio di microtubuli paralleli e

dalle loro proteine associate capaci di stabilizzare in maniera permanente tali microtubuli coinvolti nella

formazione di tali strutture. L’assonema ha un caratteristico schema regolare: sono presenti, nella porzione

periferica, 9 coppie di microtubuli legate tra loro da ponti di nexina, e che sono disposti ad anello intorno

ad una coppia centrale di microtubuli singoli, tutto collegato da proteine trasversali. Molecole di dineina

assonemale formano ponti fra i microtubuli periferici adiacenti e sono alla base del movimento ciliare e

flagellare. I microtubuli direzionano anche il traffico di vescicole o organuli cellulari all’interno della cellula.

Tali elementi sono legati a proteine motrici, che li trasportano lungo i microtubuli, in direzione positiva o

negativa. Le proteine motrici appartengono a due famiglie: le dineine citoplasmatiche (mediano il trasporto

di vescicole o organelli verso l’estremità negativa) e le chinesine (mediano il trasporto di vescicole o

organelli verso l’estremità positiva). Mentre le chinesine si legano direttamente agli organuli la dineina

richiede altre proteine.

Al movimento delle cellule coopera un’altra componente del citoscheletro: i filamenti di actina

(microfilamenti), ovvero dei filamenti citoscheletrici più sottili. I microfilamenti sono costituiti da

monomeri di actina globulare (G actina), ognuna delle quali ha un sito di legame per una molecola di ATP. I

monomeri polimerizzano tutti con lo stesso orientamento generando dei filamenti polarizzati. Ogni

microfilamento è costituito da 2 protofilamenti paralleli che si avvolgono l’uno sull’altro in un’elica

destrogira. I monomeri liberi di actina sono sempre legati a una molecola di ATP che viene idrolizzata a ADP