Las células poseen un esqueleto interno que les permite alterar su forma y migrar activamente. Este 'citoesqueleto' está compuesto por varios sistemas de filamentos, de los cuales los microtúbulos son uno. Como su nombre indica, un microtúbulo es un cilindro. SuLa pared está compuesta por 13 protofilamentos, cada uno de los cuales consiste en subunidades heterodiméricas que contienen dos proteínas tubulínicas relacionadas. Los microtúbulos no solo confieren estabilidad mecánica a las células y ayudan a dictar sus formas, sino que también sirven como una red de transporte intracelular.
Además, los microtúbulos son los componentes principales del huso mitótico, que media la segregación ordenada de los conjuntos de cromosomas replicados en las dos células hijas durante la división celular. Todas estas funciones requieren una regulación dinámica de las longitudes de los microtúbulos. Un grupo de físicos de la LMU dirigióPor el profesor Erwin Frey, en colaboración con el profesor Stefan Diez Universidad Técnica de Dresde y el Instituto Max Planck de Biología y Genética Celular Molecular, Dresden, ha desarrollado un modelo en el que las proteínas motoras responsables del transporte de carga a lo largo de protofilamentostambién sirven para regular la longitud de los microtúbulos. El modelo se describe y valida de forma experimental en la revista Cartas de revisión física .
En un trabajo anterior, el grupo de Frey había demostrado que la densidad de los motores moleculares unidos a los filamentos tiene un impacto sobre si el microtúbulo crece o se contrae, y que su efecto depende de la longitud del filamento en cuestión. Cuanto más largo sea el microtúbulo, másmayor cantidad de proteínas motoras que puede acomodar. Las moléculas motoras llamadas kinesinas avanzan a lo largo del protofilamento, pasando de un dímero al siguiente. Cuando una proteína kinesina llega al final, se desprende del filamento y toma la tubulina a la que está unida.En consecuencia, si la densidad del motor en el protofilamento es alta, la contracción continuará.
Por otro lado, un nuevo dímero de tubulina puede unirse al final. Al final, la contracción dependiente del motor compite con el crecimiento de los microtúbulos. "Por lo tanto, suponiendo que los recursos es decir, tubulinas y motores moleculares estén presentes en el acceso,habrá una longitud de filamento a la que las tasas de crecimiento y contracción se equilibren ", dice Matthias Rank, primer autor del estudio. Sin embargo, en una celda real, es poco probable que estos componentes estén disponibles en cantidades ilimitadas. Por ejemplo, formacióndel huso mitótico reduce significativamente el número de moléculas de tubulina libre en la fase soluble del citoplasma. En el nuevo estudio, los investigadores exploraron los efectos de dicha limitación de recursos en la regulación de la longitud de los microtúbulos.
Utilizando simulaciones basadas en un modelo matemático de dinámica de polímeros, encontraron que en estas condiciones entran en juego dos mecanismos distintos de regulación de longitud. Cuál de estos se vuelve dominante depende de las concentraciones relativas de las tubulinas y las proteínas motoras: en ciertarango de concentración el equilibrio dinámico entre el crecimiento y la contracción de los microtúbulos funciona como lo haría si los recursos no fueran limitantes. "Pero las cosas son diferentes cuando uno de los recursos requeridos es escaso", dice Rank. "Ese es el caso, por ejemplo, cuando no hay suficientes moléculas motoras disponibles para desencadenar la despolimerización rápida de los protofilamentos ". En esta situación, los microtúbulos continúan creciendo hasta que la concentración de tubulinas cae por debajo de un valor crítico. Además, hay un rango de concentración en el que ambos procesos están activos"En este caso, observamos que los microtúbulos vienen en dos tamaños y que a veces cambian entre las dos longitudes", dice el padre.ey"En términos físicos, esto se puede describir como una transición de fase".Los experimentos in vitro realizados por su coautor en Dresde han confirmado la existencia de este régimen de transición previsto por el modelo de Munich.El equipo está convencido de que sus resultados también son aplicables a otros sistemas de polímeros, y sospechan que la limitación de los recursos clave puede desempeñar un papel importante en la regulación de otros procesos celulares.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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