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Il CITOSCHELETRO ¾ fornisce una struttura architettonica alle cellule ma, per la sua natura dinamica, svolge un ruolo fondamentale: ¾ nei processi di movimento e di divisione cellulare ¾ nel posizionare e muovere gli organelli collegati alle membrane all’interno del citosol ¾ è anche strettamente associato con i processi di segnalazione e di adesione cellulare PRINCIPALI ELEMENTI STRUTTURALI DEL CITOSCHELETRO I vari componenti del citoscheletro sono collegati tra loro sia strutturalmente che funzionalmente. Cono di accrescimento TECNICHE DI STUDIO DEL CITOSCHELETRO Tecniche fluorescenti in cellule vive Videomicroscopia -Microtubuli assonemali ( strutture stabili, associate a ciglia, flagelli e corpi basali) -Microtubuli citoplasmatici (strutture dinamiche, che intervengono in una varietà di funzioni cellulari come la preservazione dell’assone, fuso mitotico e meiotico, movimento organuli e vescicole, localizzazione AG e RE) I dimeri di tubulina sono orientati nella stessa direzione Origine dei microtubuli: studi in vitro Nucleazione Allungamento +GTP + ioni Mg2+ 37°C La polimerizzazione può essere misurata allo spettrofotometro come un aumento della deviazione del fascio luminoso veloce La crescita dei microtubuli in vitro dipende in modo lineare dalla concentrazione dei dimeri di tubulina: a elevate concentrazioni di dimeri i microtubuli crescono, a basse concentrazioni si disorganizzano. Esiste un valore di concentrazione di tubulina in cui il processo di crescita è controbilanciato da quello di disorganizzazione, condizione definita come concentrazione critica. L’aggiunta di tubulina avviene più velocemente all’estremità + dei microtubuli La diversa velocità di crescita alle estremità + e – dei m. riflette le diverse concentrazioni critiche richieste per l’assemblaggio alle due estremità: Bassa per l’estremità + Alta per l’estremità - Quando la concentrazione di tubulina libera è maggiore di quella critica all’estremità +, ma minore di quella critica per l’estremità -, allora il microtubulo cresce all’estremità + mentre si depolarizza all’estremità - La simultanea crescita e depolimerizzazione producono un fenomeno chiamato TREADMILLING: si verifica quando ogni molecola di tubulina incorporata all’estremità positiva si sposta lungo il microtubulo in crescita e si stacca dall’estremità opposta Per spiegare come i processi di polimerizzazione e depolimerizzazione possono avvenire contemporaneamente, Tim Mitchison e Marc Kirschner hanno proposto il modello dell’instabilità dinamica dei microtubuli L’instabilità dinamica dei microtubuli avviene anche in vivo MTOC: il centro organizzatore dei microtubuli ha la funzione di nucleare e ancorare i microtubuli. Anche il corpo basale (alla base delle ciglia) serve da MTOC pericentrina pericentrina Tubulina β Tubulina γ Fibroblasto in divisione Gli MTOC organizzano e polarizzano i microtubuli all’interno delle cellule Il cinetocore si lega all’estremità + del microtubulo Il fatto che i microtubuli nelle cellule siano soggetti ad instabilità dinamica giustifica la distribuzione casuale di microtubuli con un ciclo di vita breve, ma non la presenza di microtubuli organizzati in modo stabile all’interno delle cellule. Un modo per stabilizzare i microtubuli potrebbe essere quello di “mascherare”, e quindi, proteggere le estremità positive in crescita. Es. cinetocore dei cromosomi nella mitosi e corteccia cellulare, che contengono proteine di attracco all’estremità +. Le proteine associate ai microtubuli (MAP) Alcune MAP si legano ad intervalli regolari lungo la parete del microtubulo, proiettandosi al di fuori della parete stessa e permettendo quindi l’interazione del microtubulo con altri filamenti e strutture cellulari. Le MAP sono importanti nel regolare l’assemblaggio dei microtubuli e, legandosi alle estremità positive in crescita di un microtubulo, ne favoriscono la crescita o ne aumentano la stabilità. Le MAP dei neuroni appartengono a due classi: MAP MOTRICI (chinesina, dineina) MAP NON MOTRICI (controllano l’organizzazione dei microtubuli nel citoplasma) Tau (assone): verde MAP2 (dendriti): arancio La funzione di alcune MAP può essere modificata dalla fosforilazione. Es. un livello anormalmente alto di fosforilazione della proteina Tau sembra correlato con lo sviluppo di diverse malattie neurodegenerative fatali, in cui le cellule nervose contengono grovigli neurofibrillari formati da molecole di tau eccessivamente fosforilate ed incapaci di legarsi ai microtubuli.
