L'essenziale di biologia molecolare della cellula

Bruce ALBERTS et al. 

L’essenziale di biologia 

molecolare della cellula 

Seconda edizione 

Capitolo 17: 

Il citoscheletro 

Alberts et al., L’ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005


CITOSCHELETRO: 

Sistema di filamenti che svolge funzioni spaziali e 

meccaniche nella cellula 

• media l’organizzazione spaziale delle cellule 

• ne mantiene la forma corretta 

• permette i cambiamenti di forma e il movimento 

(es. spermatozoi) 

• media il riarrangiamento dei componenti interni 

durante la crescita e la divisione cellulare 

• esercita una trazione sui cromosomi allontanandoli 

durante la mitosi 

• taglia la cellula in divisione in due 

• spinge e guida il traffico intracellulare di organelli 

• sostiene la membrana plasmatica 

• guida la crescita della parete cellulare vegetale 

Le diverse funzioni del citoscheletro si basano sul comportamento di tre famiglie di 

proteine che si assemblano a formare tre tipi principali di filamenti; ciascun tipo di 

filamenti ha proprietà meccaniche distinte e una dinamica diversa, ma certi principi 

fondamentali sono comuni a tutti. 






Mutazioni nei geni determinano l’epidermolisi 

bollosa, caratterizzata da scarsa resistenza 

meccanica con formazione di bolle 


Verde: plectina 

Celeste: Filamenti intermedi 

Rosso: microtubuli 

La plectina tiene insieme i fasci di filamenti intermedi 

La plectina unisce i filamenti intermedi con i microtubuli e 

i microfilamenti di actina 






Centrioli 

Il centriolo è una struttura cilindrica presente nel 

citoplasma, formato da nove triplette di microtubuli 

I centrioli si trovano in coppia a costituire il 

centrosoma e, solitamente, sono disposti tra di loro a 

formare un angolo di 90°. Sono i responsabili della 

produzione dei microtubuli che costituiscono il fuso 

mitotico, hanno quindi un'importante funzione nella 

divisione cellulare. 

È stato osservato che eliminando con un raggio laser i 

centrioli da una cellula, la capacità di divisione cellulare 

non viene persa, ma le cellule figlie risultano 

organizzate meno ordinatamente. 



Struttura dei centrioli 




Colchicina: lega le subunità libere della 

Tubulina inibendone l’assemblamento in 

microtubuli 

Taxolo: si lega saldamente ai microtubuli e 

impedisce loro di perdere subunità 

ANTITUMORALI 











Assonema 


Assonema

Ciliary (axonemal) dynein is a large protein assembly (nearly 2 million daltons) 

composed of 9–12 polypeptide chains, the largest of which is the heavy chain of more 

than 500,000 daltons. (A) The heavy chains are believed to form the major portion of the 

globular head and stem domains, and many of the smaller chains are clustered around 

the base of the stem. The base of the molecule binds tightly to an A microtubule in an 

ATP-independent manner, while the large globular heads have an ATP-dependent 

binding site for a B microtubule (see Figure 16-77). When the heads hydrolyze their 

bound ATP, they move toward the minus end of the B microtubule, thereby producing a 

sliding force between the adjacent microtubule doublets in a cilium or flagellum. The 

three-headed form of ciliary dynein, formed from three heavy chains, is illustrated here. 

(B) Freeze-etch electron micrograph of a cilium showing the dynein arms projecting at 

regular intervals from the doublet microtubules; only the A microtubule is shown. 







Assemblaggio e struttura dei filamenti di actina 

(A) I monomeri di actina (actina G) polimerizzano formando 

filamenti di actina (actina F). 

Il primo passo è la formazione di dimeri e trimeri, 

che in seguito si accrescono mediante l’aggiunta di monomeri 

ad entrambe le estremità. 

(B) Struttura di un monomero di actina. 

(C) Modello “space-filling” della F actina. Sono rappresentati 14 

monomeri di actina in colori diversi 






Proteine che legano actina 


Proteine che legano G-actina 

Profilina: lega ATP-G-act e promuove l’assemblaggio dei monomeri 

in F-act. 

La capacità di profilina di sequestrare G-act e legarla ai filamenti di 

F-actina è cruciale per l’assemblaggio dei filamenti. 

La profilina è localizzata sul lato citoplasmatico della membrana plasmatica 

perché si lega ai fosfolipidi di membrana. Questo legame è competitivo con il 

legame all’actina. Segnali extracellulari possono scatenare una 

polimerizzazione esplosiva di actina. 

�-timosina: lega ATP-G-act e la sequestra; tiene la G-act nella sua 

forma monomerica in soluzione impedendone il legame al fascio 


complesso profilina/G-act 



Effetti della timosina e della profilina sulla polimerizzazione dell’actina 


Proteine che nucleano fibre di actina 

In una cellula a riposo, non c’è necessità di turnover dei filamenti di actina. 

Dopo attivazione della cellula (fattori di crescita, chemoattrattori), l’actina 

viene polimerizzata. 

La nucleazione è un evento fondamentale nella motilità cellulare. 

Sono tre i meccanismi principali di nucleazione: 

1) Famiglia di proteine N-WASP/Arp2/3 (lamellipodi) 

2) Famiglia di proteine Ena/VASP (fasci di F-actin nei filopodi) 

3) Diaphanous related formins (DRF) (anello contrattile nelle cellule in divisione) 

WASP: Wiskott Aldrich Syndrome Protein 

Arp: actin related protein 

Ena: Enabled 

VASP: Vasodilatator-Stimulated-Phosphoprotein 


WASP/Arp2/3 

WASP/Arp2/3 

E’ il principale fattore responsabile della nucleazione de novo al bordo dei 

lamellipodi. 

Arp2/3 crea una giunzione ad Y sui filamenti esistenti di actina creando 

nuove ramificazioni. 

WASP si lega ad Arp2/3 e, cambiandone la conformazione, la attiva. 

Ena/VASP 

E’ importante nei processi cellulari che richiedono una riorganizzazione rapida di 

actina ed è quindi localizzato in regioni associate a movimento ed adesione: 

filopodi, adesioni focali. 

Agisce come anti-capping protein, impedendo l’incappucciamento delle 

Terminazioni dei filamenti. 

DRF 

E’ importante per la citokinesi ma soprattutto per la formazione dell’anello 

contrattile. 



Proteine che ’incappucciano’ fibre di actina 

La disponibilità di terminazioni libere dei filamenti è un requisito indispensabile 

per la loro polimerizzazione. 

Quindi è logico che l’incappucciamento di queste terminazioni determina il 

blocco della polimerizzazione e, quindi, della migrazione cellulare. 

La gelsolina (‘capping’ protein) è una proteina eterodimerica che incappuccia le 

estremità del filamento, a volte dopo averlo tagliato. 

I filamenti che sono stati tagliati dalla 

gelsolina restano incappucciati alla loro 

estremità più. 


Proteine che formano legami crociati tra le fibre di actina 

Le proteine che formano legami crociati fra filamenti di actina sono suddivise in due 

classi: proteine che formano fasci e proteine che formano gel. 

La fimbrina e l’�-actinina sono proteine che formano legami crociati tra fasci di actina. 

La fimbrina è numerosa nei fasci paralleli di F-actina nei filopodi ed è responsabile 

della loro stretta associazione. 

L’�-actinina è concentrata nelle fibre da stress dove è responsabile della formazione 

di legami crociati relativamente allentati tra filamenti di actina in questi fasci 

contrattili. Aiuta anche a formare la struttura che tiene le estremità delle fibre 

da stress in contatti focali sulla membrana plasmatica. 


Proteine che formano legami crociati tra fasci di actina 



Proteine che ‘destabilizzano’ fibre di actina 

Al contrario della gelsolina, la cofilina taglia i filamenti di actina, 

ma non resta legata all’estremità. 

In alcune condizioni intracellulari, il taglio promuove la depolimerizzazione 

dei vecchi filamenti (distacco di ADP-actina dalle terminazioni). 

Per questo motivo viene chiamata fattore depolimerizzante dell’actina. 

Cofilina è attiva in forma defosforilata; la sua fosforilazione aumenta 

l’accumulo di F-actina. 

Il suo legame a PIP2 ne inibisce la funzione. 





Modello per la protrusione della rete di actina al bordo avanzante 

La nucleazione è mediata dal complesso ARP al fronte. I filamenti di actina nucleati sono attaccati ai 

lati dei filamenti preesistenti ad angoli di 70°. I filamenti si allungano spingendo la membrana in avanti. 

All’equilibrio, le estremità + dell’actina diventano incappucciate. Nel lato posteriore della rete, i 

filamenti depolimerizzano da parte della cofilina. 

Ciò provoca una separazione spaziale tra assemblaggio al fronte e disassemblaggio posteriore. 

La rete di actina può muoversi nel suo insieme in avanti 


Forze generate nella corteccia ricca di actina muovono in avanti 

una cellula 

Actina polimerizza e il lamellipodio 

sposta la cellula in avanti 

La contrazione nella parte posteriore 

della cellula ne spinge il corpo in 

avanti per rilasciare una parte della 

tensione 

Nuovi contatti focali sono formati 

anteriormente e quelli vecchi sono 

disassemblati nella parte posteriore 

della cellula man mano che striscia in avanti

L'essenziale di biologia molecolare della cellula

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