El Cilio primario: un orgánulo dual

¿Qué es un cilio primario? Aprender cómo este orgánulo puede ser a la vez un órgano receptor y uno de transporte

Los flagelos y cilios Eucariotas han sido reconocidos como orgánulos implicados en la motilidad, y tanto su estructura como su función han sido estudiados en detalle. Casi todos los cilios y flagelos móviles (secundarios) tienen la misma estructura interna y tienen esencialmente la misma función. Considerando que los flagelos son generalmente pocos en número (<5) y relativamente largos, los cilios son generalmente escasos y están presentes en gran cantidad (> 100) en una célula. La estructura se basa en una disposición de los microtúbulos “9 + 2”  en las que hay nueve pares de microtúbulos en todo el perímetro, con dos microtúbulos individuales que forman el par central. Adjunto a estos microtúbulos hay una variedad de estructuras tales como los brazos interior y exterior y los radiales (Figura 1).

Figura 1: primario (no móvil) los cilios de las células epiteliales renales y los cilios de conexión de los fotorreceptores retinianos son estructuras homólogas.
En el cilio primario (a) de las células epiteliales renales (b), las proteínas de carga son objeto de tráfico a lo largo de los rieles de microtúbulos de la pila aparato de Golgi a la punta del cilio usando el motor proteína kinesin II y hacia abajo utilizando el 1b dineína citoplásmica (no muestra) (c). De una manera análoga, aproximadamente 109 moléculas de la visual rodopsina pigmento se transfieren hacia arriba y hacia abajo los cilios de conexión en la retina humana cada día. Transporte IFT, intraflagellar. Los paneles A y C se modifican, con autorización, de la Sociedad Americana de Nefrología y Rockefeller University Press, en el orden correspondiente.

La función de los cilios es mover el agua con respecto a la célula con un movimiento regular. De este proceso puede resultar que la célula se mueva a través del agua, típico para muchos organismos unicelulares, o el agua en movimiento y su contenido a través de la superficie de la célula. Un ejemplo de esto último existe en las células epiteliales de la línea del tracto respiratorio humano, donde los cilios constantemente mueven el moco de los pulmones a la parte superior de la garganta; otro movimiento existe en las trompas de Falopio, donde los cilios mueven los óvulos por el tubo hacia el útero. Los científicos han sabido desde hace tiempo que los defectos en la motilidad ciliar conducen a trastornos específicos en los seres humanos, tales como la esterilidad en el caso del esperma con cilios defectuosos o una condición llamada situs inversus en el que los cilios embrionarios defectuosos hacen que órganos internos como el corazón terminen en el lado equivocado del cuerpo.

El cilio primario

Durante mucho tiempo, casi toda la atención estaba en los cilios inmóviles, porque su función es observable fácilmente. Pero los científicos, empezando por Alexander Kowalevsky había informado de la presencia de cilios únicos (no móviles) en una variedad de células de vertebrados (Kowalevsky 1867). Estos cilios solitarios y aparentemente no funcionales están mucho más extendidos que el tipo  móvil. Por ejemplo, en los seres humanos, sólo unos pocos tipos de células tienen cilios móviles,  tales como espermatozoides, células epiteliales de los bronquios y los oviductos, y células ependimales que bordean los hemisferios cerebrales. Pero prácticamente todas las otras células tienen un cilio primario. Del mismo modo, durante muchos años se supuso generalmente que el filum Nematoda, que comprende los gusanos redondos, carecía por completo de cilios o flagelos. Ahora se sabe que contienen cilios primarios, aunque sólo en las neuronas sensoriales.

¿Que hace de los cilios primarios diferentes de las formas móviles? En primer lugar, no tienen el par central de microtúbulos, lo que explicaría la falta de motilidad; formas mutantes en otros organismos, tales como Chlamydomonas, que carecen de la pareja central generalmente están paralizados (Adams et al. 1981). En los cilios primarios también parece que falta dineína, uno de los motores moleculares necesarios para la motilidad (Schliwa 2003). Además, algunos cilios primarios no se proyectan más allá de la superficie de la célula, y la mayoría, pero no todos, son muy cortos.

¿Qué significado tienen estos orgánulos si no se pega fuera de la célula, o se muevens? Muchos científicos pensaron que podría ser simplemente un vestigio del órgano, sin ningún papel real, mientras que otros pensaron que podría ser un lugar para “aparcar” centríolos cuando la célula no se divide. Sin embargo, incluso otros señalaron que los cilios primarios parecía aparecer en lugares clave que participan en la audición, la vista, y otro tipo de información sensorial. En la década de 1990, los científicos empezaron a mirar a los cilios primarios con creciente interés, pero el origen de este interés surgió a partir de un candidato inesperado.

Chlamydomonas y Transporte intraflagellar

Llegados a este punto, la historia tomó un giro extraño. Como sucede a menudo en la ciencia, el trabajo en un campo aparentemente sin relación proporcionó una información clave que cambió la forma de pensar acerca de ello. El alga verde Chlamydomonas ha sido un organismo muy popular para estudiar la estructura y función de los flagelos desde la mitad del siglo XX. Con los años, decenas de científicos habían utilizado Chlamydomonas a aprender mucho sobre la estructura y función de los flagelos (Luck 1984; Silflow y Lefebvre 2001), pero se sabía mucho menos acerca de cómo se ensamblaban. En 1993, el descubrimiento del sistema de transporte intraflagellar (IFT), un sistema de transporte intracelular que tanto construye y mantiene los cilios como los flagelos, comenzó a dar respuesta a este problema (Kozminsky et al . 1993). Una rama de este descubrimiento de IFT fue la observación clave que una de las proteínas implicadas en la función IFT era la misma que pareciá estar involucrada en una enfermedad llamada enfermedad poliquística del riñón (PKD) en ratones (Pazour et al. 2000). Las células que recubren la nefrona de los riñones tienen cilios primarios, y los ratones que tienen este trastorno son incapaces de reunir los cilios correctamente debido a sus proteínas defectuosas. PKD, que es el trastorno genético más frecuente de los riñones en seres humanos (Wilson 2004), se convirtió en el primero de una serie de enfermedades que son ahora reconocidas como defectos en el funcionamiento de los cilios primarios. Los cilios primarios (Figura 2).

Figura 2: Diagrama de la estructura ciliar
El orgánulo es unido a la membrana y contiene los microtúbulos múltiples que se ejecutan a lo largo de su longitud. Considerando que los cilios primarios tienen una estructura adicional relativamente pequeña, cilios móviles tienen tanto un doblete central de microtúbulos, así como interior y brazos externos de dineína y radios radiales, que son todos necesarios para la motilidad.

Los cilios como receptores sensoriales

Si los cilios primarios no puede moverse, ¿qué hacen? Los defectos en los cilios primarios pueden causar enfermedades, lo que sugiere que tienen un papel activo que desempeñar, pero ¿cuál es este papel? El examen cuidadoso de las células del túbulo renal mostró que los cilios primarios se curvan cuando se exponen al líquido en movimiento (como sería el caso de los riñones trabajando). Las células que fueron expuestas a un flujo de líquido mostraron una respuesta muy específica (Figura 3).

igura 3: El efecto del flujo de fluido en la captación de calcio en las células normales del riñón y PKD
Los cilios primaria en las células normales responden a la señal mecánica producida por el líquido que fluye para iniciar una rápida absorción de calcio. PKD células que carecen de cilios primarios, no muestran respuesta a fluir.

Los resultados fueron interpretados como que los cilios primaria normales estaban actuando como sensores llamados mecanorreceptores, en respuesta al flujo por la apertura de canales de calcio y permitiendo una rápida afluencia de iones de calcio en las células. ¿Si cilios primaria puede actuar como un tipo de receptor, puede que también actúan como otros tipos? Sí, absolutamente. Además de actuar como mecanorreceptores, hay ejemplos de los cilios primarios que se utilizan para detectar productos químicos, la luz, la osmolaridad, la temperatura, y la gravedad (Satir, Pedersen, y Christensen 2010). Si cilios primarios son frecuentemente una variedad de receptores, no sería ninguna sorpresa que también estuvieran involucrados en la señalización. Además de en la transducción simple de señales, ahora también se considera que tiene un papel importante en una variedad de procesos, incluyendo el desarrollo e incluso algunos tipos de memoria. Einsteinet al. (2010) han demostrado que la presencia de un receptor de somatostatina en los cilios primarios de ratones (SST3) se requiere para aprender a reconocer objetos nuevos o para recuperar los más familiares.

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2 Respuestas a “El Cilio primario: un orgánulo dual

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