Citoscheletro

MICROTUBULI

 MICROFILAMENTI

 FILAMENTI INTERMEDI



Microtubuli

Sono strutture cave, tubulari, rigide. Sono i componenti di numerose strutture, tra

 cui il fuso mitotico e l’asse centrale di ciglia e flagelli.

Hanno un diametro di 25 nm e una parete di spessore

 4 nm.

La parete è formata da protofilamenti, ovvero proteine

 globulari disposte in file longitudinali e allineate

parallelamente all’asse longitudinale del tubulo. Ogni

microfilamento è formato da 13 protofilamenti

disposti in modo circolare (i protofilamenti adiacenti

non sono allineati, ma sono sfalsati di circa 1 nm e per

questo motivo le molecole di tubulina sembrano avere

una disposizione ad elica attorno alla circonferenza

del microtubulo). Ogni protofilamento è costituito da dimeri formati da una

subunità di α-tubulina e da una subunità di β-tubulina; essendo ogni dimero

costituito da due subunità diverse, il dimero è un eterodimero. Per questo

motivo il protofilamento è asimmetrico, con un α-tubulina ad un’estremità

e una β-tubulina all’altra. Il polimero ha una polarità: l’estremità (+)

termina con la β-tubulina, l’estremità (-) termina con l’ α-tubulina. L’elica è

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Citoscheletro 2

interrota nel punto in cui le subunità α e β di due protofilamenti adiacenti entrano

in contatto; tra i due protofilamenti si forma così una “cucitura”.

Nelle cellule eucariotiche esistono 2 tipi di microtubuli:

 MICROTUBULI CITOPLASMATICI determinano la forma di una



o cellula. Si estendono radialmente verso la periferia del citoplasma

a partire dall’area intorno al nucleo. Mantengono l’organizzazione

interna delle cellule. Sono estremamente labili, cioè sensibili al

disassemblaggio.

MICROTUBULI ASSONEMALI . Sono altamente organizzati e



o stabili. Si trovano associati al movimento di ciglia e flagelli (il

centro di nucleazione dei microtubuli di ciglia e flagelli è il

corpuscolo basale, che ha la stessa struttura del centriolo).

Come si forma un microtubulo? L’assemblamento di un microtubulo

 avviene in 2 fasi distinte:

NUCLEAZIONE: fase lenta. Avviene la formazione di dimeri e

o l’aggregazione di dimeri in oligomeri. Questa fase avviene

all’interno della cellula nei MTCO, ovvero i centri di organizzazione

dei microtubuli. Nelle cellule animali questi MTCO sono i

centrosomi e si trovano al centro della fitta rete di microtubuli della A-B: microtubuli

cellula. Il centrosoma è una struttura complessa che contiene 2 citoplasmatici

C: microtubuli

centrioli circondati da materiale pericentriolare (PCM). I centrioli assonemali

sono strutture cilindriche che si trovano all’interno del centrosoma

solitamente a coppie, disposti ad angolo retto l’uno

rispetto all’altro. Ogni centriolo è formato da 9

fibrille, ognuna delle quali è formata da 3

microtubuli, A, B e C. Solo il microtubulo A è

completo (B e C sono incompleti) ed è connesso al

centro del centriolo da un braccio radiale. I centrioli

non sono direttamente coinvolti nella nucleazione

dei microtubuli, ma sembra che siano importanti per

reclutare il materiale pericentriolare. L’estremità (-) Struttura di un centriolo

del microtubulo è associata al centrosoma, mentre

l’estremità (+) è situata dalla parte opposta: quindi anche se i microtubuli sono

nucleati a livello del MTOC essi si allungano all’altra estremità, ovvero

l’estremità (+).

I MTOC hanno la funzione di:

- stabilire il numero di microtubuli e la loro polarità

- stabilire il numero dei protofilamenti e il momento e il luogo del loro

assemblaggio.

Tutti i MTOC sono formati da una componente proteica, ovvero la γ–tubulina (scoperta

a metà degli anni 1980), che è una componente essenziale per la nucleazione dei

microtubuli. La nucleazione inzia con la formazione di un complesso proteico chiamato

γ-TuRC, il cui assemblaggio è controllato dalla pericentrina. γ-TuRC è formato dalle

proteine Spc97 + Spc98 + γ-tubulina (Spc97 +

Spc98 = GTBP γ-tubulin binding proteins). Esso



determina la polarità dell’intero microtubulo, in

quanto ad esso si lega un anello aperto di γ-

tubulina, al quale, a sua volta, si lega solo α-

tubulina, situata all’estremità meno del

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microtubulo. Nella matrice pericentriolare si trovano numerosi γ-TuRC e ognuno di essi

costituisce un centro di nucleazione di microtubuli.

ALLUNGAMENTO: fase veloce. Aggiunta di dimeri all’estremità (+) dei

o microtubuli.

Fase di stabilizzazione: assemblaggio e disassemblaggio si bilanciano

o Legami non covalenti uniscono i protofilamenti

o Ogni protofilamento è asimmetrico, ma tutti hanno la stessa polarità:

o - α-tubulina è associata a GTP

- β-tubulina è associata a GDP (che viene scambiato con GTP prima

dell’assemblaggio).

I microtubuli del citoscheletro e del fuso mitotico possiedono proprietà

dinamiche grazie alle quali sono in grado di assemblarsi e disassemblarsi in base alle

necessità della cellula.

ASSEMBLAGGIO: per l’assemblaggio dei microtubuli è necessario GTP (guaninosin

 trifosfato): il GTP è associato all’α-tubulina e, durante l’assemblaggio si lega alla β-

tubulina che, oltre ad essere una proteina strutturale è un enzima, la GTPasi, la

quale idrolizza il GTP e lo trasforma in GDP. Al momento del disassemblaggio il GDP

viene trasformato nuovamente in GTP. Come avviene? Durante la fase di

allungamento l’estremità (+) ha la forma di un foglietto aperto al quale vengono

aggiunti dimeri GTP: avviene poi una reazione spontanea che porta alla chiusura

del tubulo, seguita dall’idrolisi del GTP e la formazione di GDP. Ma le subunità

tubulina-GDP hanno una conformazione differente rispetto alle subunità tubulina-

GTP, ovvero hanno una conformazione arcuata e tendono a curvarsi verso l’esterno

andando incontro ad una depolimerizzazione “catastrofica”: i microtubuli così si

disassemblano e il GDP viene trasformato nuovamente in GTP.

DISASSEMBLAGGIO: il disassemblaggio può avvenire a causa di: freddo, pressione

 2+

idrostatica, elevate concentrazioni di ioni Ca , sostanze chimiche come colchicina,

vinblastina, vincristina, nocodazolo, podofillotossina e taxolo. Il taxolo è un

farmaco che blocca le attività dinamiche dei microtubuli: si lega al microtubulo e

impedisce il disassemblaggio e la formazione di nuove strutture. E’ utilizzato nella

terapia contro il cancro perché uccide preferenzialmente le cellule tumorali.

Meccanismo d’azione del taxolo:

- ipotesi: uccide le cellule tumorali perché si dividono molto più velocemente delle

cellule sane.

- realtà: il meccanismo è più complesso. Le cellule sane hanno meccanismi di

controllo che impediscono la loro divisione in presenza di farmaci come vinblastina

e taxolo che alterano il fuso mitotico. Molte cellule tumorali non hanno questo

meccanismo di controllo e tentano di completare la divisione cellulare anche senza

un fuso funzionante.

I microtubuli assonemali (microtubuli degli organuli) sono invece molto stabili e

dunque non possiedono proprietà dinamiche. Sono associati al movimento di ciglia

e flagelli. Ciglia e flagelli sono sottili organuli motori

che sporgono dalla

superficie delle cellule.

Queste estroflessioni sono

ricoperte dalla membrana

plasmatica. La parte

centrale di ciglia e flagelli è

detta assonema.

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Assonema Citoscheletro 2

L’assonema si origina dal corpo basale, la cui struttura è simile a quella del

centriolo e il suo accrescimento avviene all’estremità (+). L’assonema è costituito

da 9 coppie periferiche di microtubuli + 2 microtubuli in posizione centrale. Le 9

coppie periferiche sono formate da un microtubulo completo (tubulo A) formato da

13 protofilamenti e un microtubulo incompleto (tubulo B) formato da 10-11

protofilamenti. I tubuli centrali sono circondati da una guaina centrale che è

collegata ai tubuli A periferici da fasci radiali. Le coppie periferiche sono collegate

tra loro da ponti intercoppia composti da nexina (proteina elastica). La nexina

collega il tubulo completo A e il tubulo incompleto B di due coppie diverse. Sul

tubulo A sono presenti dei “ciuffetti” di proteine (bracci esterni a 3 teste e bracci

interni a 2 teste), la dineina cigliare, con i peduncoli orientati verso il tubulo B della

coppia adiacente. La dineina cigliare è responsabile del movimento di ciglia e

flagelli. Il movimento avviene in più fasi:

- i bracci di dineina ancorati al tubulo A si attaccano ai siti di legame sul tubulo B

della coppia superiore.

- le molecole di dineina subiscono un cambiamento conformazionale (o colpo di

potenza) che causa lo scivolamento della coppia inferiore verso l’estremità basale

della coppia superiore.

- i bracci di dineina si staccano dal tubulo B della coppia superiore

- i bracci di dineina si riattaccano alla coppia superiore e il ciclo ricomincia.

Disfunzioni delle ciglia:

Discinesia cigliare primaria (PCD) o sindrome delle ciglia immobili: è una malattia

ereditaria caratterizzata da un’anomala mobilità di ciglia e flagelli. Cause: struttura

anomala dell’assonema, ovvero mancanza dei bracci di dineina, o dei microtubuli

centrali o delle strutture proteiche radiali. Sintomi clinici: ricorrenti sinusiti, infezioni

alle vie respiratorie, infertilità maschile. Una forma grave di discinesia cigliare primaria

è la sindrome di Kartagener: i pazienti affetti da questa sindrome presentano la

situs inversus,

condizione di ovvero l’inversione della asimmetria sinistra-destra degli

organi interni.

I microtubuli contengono proteine, le MAP (microtubule-associated proteins) che

 favoriscono: assemblaggio dei microtubuli, organizzazione (allineamento), stabilità,

trasporto organuli. Sono proteine filamentose (non globulari). Possiedono 2 domini:

- dominio C-terminale riconosce e lega un microtubulo



- dominio N-terminale si estroflette dalla superficie e lega vescicole, filamenti



intermedi, altri microtubuli.

Il processo di legame MAP-microtubuli è regolato dalla fosforilazione o

 defosforilazione (aggiunta o rimozione di gruppi fosfato).

FOSFORILAZIONE le protein-chinasi (famiglia di enzimi appartenenti al

 

gruppo delle chinasi; modificano altre prote