1. epitelio

PARTE I I TEJIDOS BÁSICOS Y BIOLOGÍA
CELULAR INTEGRADA
1. EPITELIO
Clasificación general de los epitelios
Cuadro 1-A | Principales características
de los epitelios
El epitelio es una lámina muy cohesiva que recubre o tapiza las superfi cies corporales (p. ej., piel, intestino, conductos secretores) y configura las unidades funcionales de las glándulas secretoras (p. ej., glándulas salivales, hígado). La clasificación
y la nomenclatura tradicionales de los distintos tipos de epitelios se basan en la
morfología de las células que los integran y en su disposición en una o más capas
(fig. 1-1 ).El cuadro 1-A resume las principales características de los distintos tipos
de epitelios.
Los epitelios se clasifi can en:
1. Epitelios simples (fig. 1-2), formados por una sola capa de células. S e subdividen en escamoso simple, cúbico simple y cilíndrico simple según la altura y la
anchura de las células. E l término específi co endotelio se aplica al epitelio simple
que tapiza los v asos sanguíneos y linfáticos. E l mesotelio es el epitelio simple que
reviste todas las cavidades corporales (peritoneo, pericar dio y pleura).
2. Epitelios estratificados (fig. 1-3), compuestos por dos o más capas celular es.
Este tipo de epitelios se subdividen en función de la mor fología de las células en la
capa superficial o externa en escamoso estratificado, cúbico estratifi cado y cilíndrico estratificado. El epitelio escamoso estratifi cado es el subtipo más fr ecuente y
se subdivide en moderadamente queratinizado (también llamado no queratinizado)
y muy queratinizado. Las células de la capa externa de un epitelio escamoso
moderadamente queratinizado son nucleadas (p. ej., en el esófago o la v agina). Las
células de la capa externa del epitelio escamoso muy queratinizado car ecen de
núcleo (p. ej., epidermis de la piel). Las células basales alineadas a lo largo de la
lámina basal poseen actividad mitótica y sustituy en a las células en pr oceso de
diferenciación de las capas superior es.
• Los epitelios provienen del ectodermo, del mesodermo
y del endodermo.
• Los epitelios revisten y recubren todas las superficies
corporales, excepto el cartílago articular, el esmalte
dental y la superficie anterior del iris.
• Las funciones básicas de los epitelios son la protección (piel), la absorción (intestinos delgado y grueso), el
transporte de material en la superficie (realizado por los
cilios), la secreción (glándulas), la excreción (túbulos
renales), el intercambio gaseoso (alvéolos pulmonares)
y el deslizamiento entre las superficies (mesotelio).
• La mayoría de las células epiteliales se renuevan
continuamente mediante mitosis.
• Los epitelios carecen de irrigación sanguínea y linfática
directa. Obtienen los nutrientes por difusión.
• Las células epiteliales carecen casi por completo de
moléculas intercelulares libres (a diferencia del tejido
conjuntivo).
• Las moléculas de adhesión celular y los complejos
de unión mantienen la cohesividad del epitelio.
• Los epitelios se anclan a la lámina basal. Esta y los
componentes del tejido conjuntivo colaboran para formar
la membrana basal.
• Los epitelios presentan polaridad estructural y funcional.
Figura 1-1. Mapa conceptual: tipos de epitelios
Epitelios
Morfología de las células
individuales (vista lateral)
Célula
escamosa
(aplanada)
Célula
cúbica
(dimensiones
equivalentes)
Célula
cilíndrica
(más alta
que ancha)
Categorías especiales
Disposición de las células
(una o más capas)
Epitelio
seudoestratificado
Epitelio
transicional
(urotelio)
Más de una capa
Una capa
Epitelio estratificado
Epitelio simple
Endotelio
Epitelio
escamoso
simple
Epitelio
cúbico
simple
Epitelio
cilíndrico
simple
Epitelio
escamoso
estratificado
Epitelio
cúbico
estratificado
Epitelio
cilíndrico
estratificado
Mesotelio
Su designación obedece a la morfología de
las células de la capa superficial
© 2012. Elsevier España, S.L. Reservados todos los derechos
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Figura 1-2. Epitelio simple
Eritrocitos
en la luz
Lámina basal
Núcleo
aplanado de
una célula
endotelial
Luz
Epitelio escamoso
simple
Epitelio escamoso simple (endotelio)
El revestimiento interno de los vasos sanguíneos se compone de una sola
capa de células endoteliales escamosas. La delgadez de las células
epiteliales escamosas simples refleja su función primaria en el intercambio
rápido de moléculas entre la sangre y los tejidos. El peritoneo, la pleura
y el pericardio están recubiertos por un epitelio similar (mesotelio).
Lámina basal
Luz
Luz
Luz
Epitelio cúbico
simple
Epitelio cúbico simple (túbulo colector, riñones)
El revestimiento interno de los túbulos renales y los folículos tiroideos está
formado por una sola capa de células cilíndricas. Estas células están muy
polarizadas e intervienen en la absorción, la secreción (glándula tiroidea)
y el transporte activo de iones (riñones). De manera similar al endotelio,
la célula se une al tejido conjuntivo subyacente a través de la lámina basal.
Borde en cepillo
Lámina basal
Célula
caliciforme
Lámina propia
Luz
Epitelio cilíndrico simple
Epitelio cilíndrico simple (intestino delgado)
El intestino delgado está revestido por células epiteliales cilíndricas cuyo
núcleo se localiza en la porción interna de la célula. El dominio apical contiene
proyecciones digitiformes denominadas microvellosidades que configuran
un borde en cepillo. Las microvellosidades intervienen en la absorción de
proteínas, hidratos de carbono y lípidos, los cuales se liberan en el dominio
basolateral hacia la sangre para su transporte hasta el hígado.
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Célula
caliciforme
Borde
en cepillo
Las células caliciformes se entremezclan con las células epiteliales
cilíndricas. Se distinguen por el citoplasma apical dilatado de forma similar
a un cáliz que contiene material mucoso de tinción leve. La mucosidad se
libera a la luz para recubrir la superficie de las células epiteliales. Se indica
la localización de la lámina propia.
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-3. Epitelio estratificado
Células escamosas superficiales nucleadas
Aparecen núcleos
en las células
más superficiales
Lámina basal
Célula
basal
mitótica
Lámina basal
Epitelio escamoso estratificado con queratinización moderada (esófago)
El epitelio se compone de células basales indiferenciadas especializadas
en la división mitótica. Las células estratificadas que recubren la capa
basal son células en diferenciación. Las células pertenecientes a la capa
externa están muy diferenciadas: presentan un contenido mayor en
queratina con el fin de proteger el tejido de la acción mecánica de los
alimentos ingeridos. Las células más externas conservan los núcleos.
Este epitelio se conoce también como no queratinizado.
Las células muy queratinizadas de
la capa superficial carecen de núcleos
No aparecen
núcleos en las
células superficiales
Lámina basal
Célula
basal
Lámina basal
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Epitelio escamoso estratificado con queratina abundante (epidermis)
Este epitelio muy queratinizado está formado por células basales indiferenciadas especializadas en la división mitótica. Las células estratificadas
que recubren la capa basal son células en diferenciación. Las células de la
capa superficial contienen gran cantidad de queratina con el objeto de evitar
tanto las pérdidas hídricas como las agresiones químicas y físicas. Las
células más externas son anucleadas. Este epitelio también recibe
el nombre de epitelio queratinizado.
3. Dos subtipos especiales son el epitelio seudoestratificado y el epitelio transicional (fig. 1-4). El primero se compone de células basales y cilíndricas situadas
sobre la lámina basal. No obstante, sólo las células cilíndricas alcanzan la superfi cie
luminal. Los núcleos de ambos tipos celular es se hallan a distintos niv eles, por lo
que el epitelio par ece presentar una organización estratifi cada. A este subtipo pertenecen el epitelio cilíndrico seudoestratificado ciliado de la tráquea y el epitelio
cilíndrico seudoestratificado con estereocilios del epidídimo. El epitelio transicional de las vías urinarias se conoce, asimismo, como urotelio. Este epitelio también
está formado por células basales y cilíndricas cupuliformes. Una característica importante de este epitelio es que su altura v aría en función de la distensión y la contracción del órgano (v. capítulo 14, «Aparato urinario»).
La polaridad constituye un rasgo destacado de los epitelios. La may oría de
las células epiteliales tapizan super ficies y cavidades, y poseen tr es dominios
(fig. 1-5 ):
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Figura 1-4. Epitelios seudoestratificado y transicionales
Célula caliciforme
Célula caliciforme
Célula cilíndrica ciliada
Célula cilíndrica
ciliada
Célula basal
Célula basal
Epitelio cilíndrico seudoestratificado ciliado (tráquea) Este epitelio
consta de tres tipos principales de células: 1) células cilíndricas con
cilios en su dominio apical; 2) células basales unidas a la lámina basal,
Lámina basal
y 3) células caliciformes, unas células epiteliales que secretan mucosidad.
Las células cilíndricas ciliadas y las caliciformes se unen a la lámina basal
y alcanzan la luz. Las células basales no llegan a la luz.
Grupo de
estereocilios
Espermatozoide
Célula basal
Célula cilíndrica
con estereocilios
Región del
aparato de
Golgi
Célula cilíndrica
con estereocilios
Célula
basal
Espermatozoide
Epitelio cilíndrico seudoestratificado con estereocilios (epidídimo)
El epitelio del epidídimo contiene dos tipos celulares principales:
1) células cilíndricas dotadas de estereocilios y un aparato de Golgi
prominente (llamadas células principales), y 2) células basales unidas
a la lámina basal. Las células principales y basales se asocian a la lámina basal.
Tan sólo las células principales alcanzan la luz. Se pueden visualizar espermatozoides en la luz.
Placas
Célula cilíndrica cupuliforme
Célula cilíndrica cupuliforme
Placas
Célula basal
Urotelio de una vejiga
urinaria vacía
Urotelio de una vejiga
urinaria llena de orina
Epitelio transicional (vejiga urinaria)
El epitelio transicional que tapiza las vías urinarias (también llamado
urotelio) está integrado por dos tipos celulares: 1) células cilíndricas
cupuliformes, que se extienden desde la lámina basal hasta la luz, y
2) células basales, unidas a la lámina basal. En algunas especies, el
urotelio corresponde a un epitelio seudoestratificado, mientras que en
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Célula
basal
Placas
otra representa un epitelio escamoso estratificado. El urotelio se caracteriza
por la respuesta de las células superficiales a las fuerzas de tensión —provocadas
por la orina— mediante cambios de la geometría y de la configuración
cupuliforme de su superficie. En la membrana plasmática apical de las células
cilíndricas se localizan placas de proteínas agregadas.
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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1. El dominio apical está expuesto a la luz del conducto revestido por el epitelio
o al ambiente externo.
2. El dominio lateral está en contacto con las células epiteliales adyacentes, las cuales
se unen por medio de moléculas de adhesión celular y complejos de unión.
3. El dominio basal se asocia a una lámina basal que separa el endotelio del
tejido conjuntivo subyacente. La lámina basal se refuerza mediante elementos de tejido
conjuntivo. El complejo formado por la lámina basal y el tejido conjuntiv o recibe
el nombre de membrana basal.
Las células epiteliales se unen entre sí por medio de complejos de unión y moléculas
de adhesión. Estas células se especializan para llev ar a cabo funciones impor tantes,
como la absorción y la secr eción, o bien para actuar como barr era frente al paso de
agua o gas. Se tratarán algunas barreras celulares y su relevancia funcional.
POLARIDAD DE LAS CÉLULAS EPITELIALES
Las células epiteliales poseen dos dominios principales ( fig. 1-5):
1. Un dominio apical
2. Un dominio basolateral
Cada dominio presenta unas características estr ucturales y funcionales específi cas. Por ejemplo, el dominio apical posee estr ucturas que confi eren protección a la
superficie epitelial (como los cilios de las vías r espiratorias) o inter vienen en la
absorción de moléculas (como las microvellosidades del epitelio intestinal).
La presencia de complejos de unión y de las moléculas de adhesión celular en
el dominio basolateral hace posible el anclaje de unas células epiteliales a otras y a
la membrana basal.
Diferenciaciones apicales
En el dominio apical de algunas células epiteliales pueden apar ecer tres tipos de
diferenciaciones:
1. Cilios
2. Microvellosidades
3. Estereocilios
Los cilios (fig. 1-6) son pr oyecciones celulares móviles que pr ovienen de los
cuerpos basales anclados por medio de raicillas a la por ción apical del citoplasma.
Cada cuerpo basal posee nuev e tripletes de microtúbulos en disposición helicoidal
sin microtúbulos centrales. Por el contrario, el cilio se compone de una estr uctura
denominada axonema, formado por un par central de micr otúbulos rodeado de
nuevo pares de microtúbulos organizados de manera concéntrica. Esta disposición
se conoce como disposición 9+ 2 dobletes de microtúbulos. Asimismo, el axonema
forma parte de la cola de los espermatoz oides o flagelo.
Figura 1-5. Dominios de una célula epitelial polarizada
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Unión
hermética
Luz
Diferenciaciones del dominio apical
(cilios, microvellosidades o estereocilios)
Microvellosidades
Dominio
apical
Luz
Núcleo
Dominio
basolateral
Membrana basal
1. EPITELIO
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Figura 1-6. Diferenciaciones apicales de las células epiteliales: cilios y cilio primario
Cilio: un eje con dobletes de microtúbulos
en una disposición concéntrica 9 + 2
rodeada de la membrana plasmática
Membrana
plasmática
Cilio
Cuerpo basal anclado al citoplasma
por las raicillas estriadas
0,25 μm
Microtúbulos
Cilio
Cuerpo basal
Cuerpo basal
Los centríolos del centrosoma
dan lugar a los cuerpos basales;
los cuerpos basales pueden formar
centríolos
0,2 μm
Raicilla
Raicillas
estriadas
Oviducto
Centro organizador de microtúbulos
Lámina basal
Anterógrado
Motor de cinesina
Proteínas IFT
Proteínas IFT
Motor de dineína
Retrógrado
Cilio
Cilio primario
Un cilio primario solitario se
proyecta desde la superficie
celular. Las alteraciones de este
cilio, incluido el cuerpo basal, se
han asociado a ciliopatías, que
engloban trastornos humanos, como
los riñones quísticos, la obesidad,
el retraso mental, la ceguera
y diversas anomalías congénitas.
Cuerpo basal
Componentes proteicos del BBSoma
(síndrome de Bardet-Biedl)
Los cilios se forman a partir de los cuerpos
basales localizados en el dominio apical
del citoplasma. Los cuerpos basales provienen
de los centríolos y presentan una subestructura
semejante a ellos: nueve tripletes de microtúbulos periféricos en disposición helicoidal.
El cuerpo basal se ancla al citoplasma a
través de las raicillas. Los cuerpos basales y los
centríolos carecen de microtúbulos centrales.
Los centríolos, no así los cuerpos basales, están
rodeados por un material denso denominado
centro organizador de los microtúbulos.
El cilio está compuesto por una estructura concéntrica
con nueve dobletes de microtúbulos que rodean un
par central de microtúbulos (organización 9 + 2).
Ensamblaje del cilio
La formación y el mantenimiento del cilio dependen del transporte de tubulinas a lo largo del axonema
por mediación de las proteínas del sistema de transporte intraflagelar (IFT). Las proteínas motoras de
cinesina que movilizan los complejos proteicos IFT se encargan del transporte de IFT desde la base
del cilio hasta el extremo (transporte anterógrado; hacia el extremo positivo del microtúbulo). Los
motores de dineína intervienen en el transporte retrógrado (hacia el extremo negativo del microtúbulo;
base del cilio). Las proteínas IFT crean una plataforma de transporte de moléculas desde la base
hacia el extremo del cilio.
La alteración del motor de cinesina o de las proteínas IFT impide la formación de los cilios. Las
proteínas de los cuerpos basales influyen en el tráfico ciliar. Entre ellas se encuentran los componentes del BBSoma, así llamados por su asociación con el síndrome de Bardet-Biedl (BBS). Las
proteínas BBSoma pueden ayudar a cargar las moléculas a transportar en el axonema del cilio.
Las proteínas pertenecientes a la vía de transmisión de señales hedgehog participan en el
transporte intraciliar e intraflagelar (no se muestran).
La tráquea y el o viducto están r evestidos por células epiteliales ciliadas. En estos
epitelios, la actividad de los cilios desempeña un papel importante en la defensa local del
aparato respiratorio y en el transpor te del óvulo fecundado hasta la cavidad uterina.
Algunas células presentan un cilio primario, cuya impor tancia ponen de r elieve
algunas enfermedades recesivas infrecuentes en el ser humano, las ciliopatías, debidas
a anomalías estructurales en los cilios. E n la figura 1-6 se muestran la estr uctura y el
mecanismo de ensamblaje de los cilios primarios, los cuales se caracterizan por: 1) la
ausencia de mo vilidad; 2) su par ticipación en las etapas tempranas del desarr ollo
embrionario que conducen a la organogenia; 3) la presencia de muchos componentes
de la vía de transmisión de señales hedgehog, una vía clave, al menos, en el desarr ollo
inicial, y 4) la posición del cilio primario, denominado cinetocilio, de la célula ciliada
del órgano de Corti en el oído interno determina la polaridad corr ecta de los estereocilios que contienen actina (v. capítulo 9, «Órganos sensoriales: visión y audición»).
Las microvellosidades (fig. 1-7) son proyecciones digitiformes de la superficie apical
de las células epiteliales que contienen un núcleo de micr ofilamentos entrecruzados
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Figura 1-7. Diferenciaciones apicales de las células epiteliales: microvellosidades y estereocilios
Microvellosidad
Microvellosidad: un eje de
microfilamentos que contienen actina
Oviducto
Cubierta
Eje de filamentos
de actina
Eje de filamentos de actina
0,08 μm
Unión hermética y
desmosoma en
cinturón, puntos
finales de la red
Microvellosidad
terminal de
Región de la
actina
red terminal
Intestino delgado
Lámina basal
Microvellosidades
Microvellosidades (corte longitudinal)
Estereocilio
Cilios
Microvellosidades y cilios (corte transversal)
Cola del
espermatozoide
Los estereocilios contienen
un eje de microfilamentos
de actina
Estereocilio
ramificado
Vesículas de
endocitosis
Lámina basal
Epidídimo
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Las microvellosidades y los estereocilios presentan la misma estructura:
un eje de microfilamentos de actina y proteínas asociadas a la actina.
En el epitelio intestinal, la actina se proyecta hacia la red terminal,
una red de proteínas citoesqueléticas en una disposición similar a un collarín
en el dominio apical del citoplasma. A pesar de que las microvellosidades
presentan una longitud similar, los estereocilios son más largos y se ramifican,
y el dominio apical de la célula posee vesículas de endocitosis. Los puentes
que conectan distintos estereocilios (flechas rojas) indican sus ramificaciones.
(un polímero de monómer os de actina G). E n el extr emo citoplásmico de la
microvellosidad, los haces de actina y otras pr oteínas se extienden hacia la red terminal, un conglomerado fi lamentoso de pr oteínas citoesqueléticas de disposición
paralela al dominio apical de la célula epitelial.
El epitelio intestinal y algunas por ciones de la nefr ona en el riñón están r evestidos
por células epiteliales con micr ovellosidades que conforman un borde en cepillo.
En general, este tipo de bor de indica que se trata de una célula implicada en tar eas
de absorción.
Los estereocilios (v. fig. 1-7) son pr oyecciones digitiformes largas y ramificadas
que aparecen en la superfi cie apical de las células epiteliales. D e manera similar a las
microvellosidades, los estereocilios contienen un eje de microfilamentos de actina que
se entrecruzan con otras pr oteínas. Los estereocilios carecen de axonema. Estas diferenciaciones son características del revestimiento epitelial del epidídimo e inter vienen
en el proceso de maduración de los espermatoz oides que tiene lugar en este órgano .
MOLÉCULAS DE ADHESIÓN CELULAR
La estrecha unión de células similares entre sí y a la lámina basal, un componente de
la matriz extracelular, da lugar a una lámina de células epiteliales. Las moléculas de
adhesión celular permiten el contacto entre las células epiteliales, el cual se estabiliza
a través de las uniones celulares especializadas. A esta organización se debe la polaridad
de los dominios apical y basolateral de las láminas de células epiteliales.
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Figura 1-8. Cadherinas
Cuatro dominios de la
porción extracelular de la
cadherina se unen al calcio.
El funcionamiento de las
cadherinas depende
del Ca2+.
Ca2+
Ca2+
Ca2+
La secuencia
histidina-valina-alanina (HVA) facilita la
formación de dímeros de cadherina
cis-homófilos. Los dímeros de cadherina
de las membranas celulares opuestas
Dímero
establecen interacciones
cistrans-homófilas o trans-heterófilas.
homófilo
Ca2+
Las cateninas α,
β y γ/placoglobina
forman, junto a
α-actinina, vinculina y
formina-1, el complejo
de las cateninas.
La catenina β se une
a la cadherina y la
catenina γ/placoglobina;
la catenina α lo hace
directamente a la actina.
Membrana plasmática
γ β
α
Actina
Citoplasma
Interacción
transhomófila
Vinculina
Formina-1
α-actinina
Proteínas de
unión a actina
Las cadherinas constituyen las principales proteínas de adhesión que mantienen unidas las células
epiteliales en una lámina. La desaparición del calcio altera la cohesividad tisular. La cola citoplásmica
interacciona con los filamentos de actina a través de numerosas proteínas intracelulares de unión,
como las tres proteínas cateninas. La catenina β también actúa como factor de transcripción.
Cuadro 1-B | Moléculas de adhesión celular
• Las moléculas de adhesión celular se clasifican como
dependientes del Ca2+ e independientes del Ca2+.
• Las moléculas de adhesión celular dependientes de Ca2+
son las cadherinas y las selectinas.
• Las moléculas de adhesión celular independientes de
Ca2+ engloban las moléculas de adhesión celular (CAM) de
la superfamilia de las inmunoglobulinas y las integrinas.
• Las cadherinas y las CAM realizan interacciones transhomófilas en el espacio intercelular.
• Las integrinas constituyen las únicas moléculas de
adhesión celular formadas por dos subunidades: ␣ y ␤.
• Las cadherinas y las integrinas interaccionan con la
actina F a través de moléculas adaptadoras (cateninas
para las cadherinas, y vinculina, talina y ␣-actinina para
las integrinas).
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A pesar de que las moléculas de adhesión celular y las uniones celular es se describen en este texto en el capítulo r elativo a los epitelios, las células no epiteliales
también utilizan estas moléculas y uniones para establecer contacto con otras células.
Un ejemplo típico de la comunicación de células no epiteliales mediante uniones
especializadas es el músculo car díaco (v. capítulo 7, «Tejido muscular»).
Se distinguen dos tipos fundamentales de moléculas de adhesión celular
(v. cuadro 1-B):
1. Moléculas dependientes de Ca2+, como las cadherinas y las selectinas
2. Moléculas independientes de Ca2+, las cuales conforman la superfamilia de
las inmunoglobulinas y las integrinas
Muchas células emplean distintas moléculas de adhesión celular en sus uniones
celulares. Las integrinas par ticipan, fundamentalmente, en las interacciones entr e
las células y la matriz extracelular. Las integrinas y las cadherinas unen el citoesqueleto interno de una célula con la superfi cie de otra célula (cadherinas) o la matriz
extracelular (integrinas).
Las cadherinas (fig. 1-8) representan una familia de moléculas dependientes de
Ca2+ que desempeñan un papel destacado en la adhesión celular y la mor fogenia. La
pérdida de cadherinas se asocia a la adquisición de un compor tamiento invasivo por
parte de las células tumorales (metástasis) (v. capítulo 4, «Tejido conjuntivo»).
Se conocen más de 40 cadherinas difer entes. La E-cadherina es una cadherina
epitelial que se encuentra en las superfi cies laterales de las células y se ocupa del
mantenimiento de la mayor parte de las capas epiteliales. La eliminación del calcio
o la utilización de anticuerpos contra esta cadherina en cultivos de células epiteliales
provocan la rotura de las uniones celulares y alteran el establecimiento de las uniones
estabilizadoras. Las moléculas de E-cadherina forman dímeros cis-homófilos («igual
a igual») que se unen a los dímer os de la misma o distinta clase de cadher inas en
la membrana celular opuesta (interacción trans-homófila o heterófi la [«igual a
diferente»]). Estos tipos de unión dependen de la pr esencia de calcio y dan lugar a
un patrón de adhesión inter celular semejante a una cr emallera.
La N-cadherina aparece en el sistema nervioso central, el cristalino del ojo, y en
los músculos esquelético y car díaco. La P-cadherina se encuentra en la placenta
(trofoblasto).
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-9. Selectinas
Dominio de reconocimiento
de hidratos de carbono
(CRD)
El calcio asociado a los
laterales del CRD regula la
conformación del dominio
y su capacidad de unión a
los hidratos de carbono.
Ca2+
Ca2+
Dominio similar al factor de
crecimiento epidérmico
(similar al EGF)
Repeticiones de secuencias
consenso cortas
Membrana plasmática
Las selectinas presentan tres dominios extracelulares:
1. Un dominio de reconocimiento de hidratos de
carbono (CRD) específico de un glúcido determinado
(galactosa, manosa, N-acetilglucosamina y otros).
2. Un dominio homólogo para una repetición presente
en el factor de crecimiento epidérmico (similar al EGF).
3. Muchas repeticiones de secuencias consenso que
aparecen en las proteínas reguladoras del complemento.
Se distinguen tres tipos principales de selectinas:
1. L-selectina, presente en los linfocitos y con afinidad de
unión a los hidratos de carbono sulfatados.
2. E-selectina, expresada por las células endoteliales
activadas.
3. P-selectina, expresada por las plaquetas y las células
endoteliales activadas.
Las selectinas, junto a las integrinas y las moléculas
de adhesión celular intercelular (ICAM), desempeñan
una función destacada en la inflamación y la migración
periódica de los linfocitos desde el torrente circulatorio
hacia los órganos linfoides (homing).
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Cola citoplásmica
El dominio citoplásmico de las cadherinas se une a la actina a través de proteínas
intermedias cuyo conjunto recibe el nombre de complejo de las cateninas (del latín
catena, cadena). El complejo comprende cateninas (␣, ␤ y ␥) y proteínas de unión
a actina, como ␣-actinina, vinculina y formina-1, entr e otras.
El complejo de las cateninas infl uye en el funcionamiento de las cadherinas, al
menos, a tres niveles: 1) las cateninas establecen enlaces dir ectos con los fi lamentos
de actina; 2) interaccionan con moléculas r eguladoras del citoesqueleto de actina, y
3) controlan el estado de adhesión del dominio extracelular de las cadherinas. La
asociación de la actina con el complejo cadherina-catenina es clav e para la mor fogenia celular, los cambios de la mor fología celular y el establecimiento de la polaridad celular.
Las moléculas que per tenecen a la familia de las cadherinas se localizan, asimismo, entre las placas citoplásmicas de la zónula y la mácula adher ente. Las
␤ -cateninas desempeñan una función destacada en la carcinogenia colorrectal
(v. capítulo 16, «Segmento digestivo inferior»).
Las selectinas (fig. 1-9), similares a las cadherinas, son moléculas de adhesión
celular dependientes de Ca2+. A diferencia de estas, las selectinas se unen a los hidratos
de carbono y se engloban en el gr upo de las lectinas (del latín lectum, seleccionar).
Cada selectina posee un dominio de r econocimiento de hidratos de carbono (CRD)
con afinidad por un oligosacárido específico unido a una pr oteína (glucoproteína)
o un lípido (glucolípido). E l calcio determina la confi guración molecular del CRD.
Las selectinas inter vienen en la migración de los leucocitos (del griego leukos,
blanco, kytos, célula) desde el torr ente circulatorio (neutrófilos, monocitos, linfocitos B y T) hacia los tejidos mediante la extravasación. Este proceso se basa en el
mecanismo de homing, el cual permite la salida de los leucocitos del torr ente circulatorio y su migración hasta los focos de infl amación (v. fig. 1-12 ).Asimismo,
posibilita que los linfocitos de origen tímico se alojen en los ganglios linfáticos
periféricos (v. capítulo 10, «Sistema inmunitario-linfático»).
Las tres clases principales de selectinas de superfi cie celular son las siguientes:
1. P-selectina, presente en las plaquetas y las células endoteliales activ adas que
revisten los vasos sanguíneos
2. E-selectina, presente en las células endoteliales activ adas
3. L-selectina, presente en los leucocitos
La P-selectina se almacena en v esículas citoplásmicas de las células endoteliales.
La activación de las mismas mediante señales de la r espuesta inflamatoria induce la
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Figura 1-10. Superfamilia de las inmunoglobulinas
NCAM-1
VCAM-1
(molécula de adhesión (molécula de adhesión
celular neural 1)
celular vascular 1)
El segmento extracelular de una Dominio similar a las
molécula de adhesión celular o
inmunoglobulinas
CAM se pliega en dos a seis
dominios similares a las inmunoglobulinas.
Debido a esta característica
de las CAM, estas pertenecen a la
superfamilia de las inmunoglobulinas (Ig) de proteínas.
Las moléculas de la superfamilia de las Ig de una célula
poseen la capacidad de unirse a
moléculas idénticas de otras
células (unión trans-homófila)
o a otros miembros de la superfamilia (unión trans-heterófila).
Las moléculas ICAM y VCAM
desempeñan papeles importantes
en las interacciones de los
linfocitos T y en la unión de los
ICAM-1
leucocitos a células endoteliales (molécula de adhesión
activadas o en reposo.
celular intercelular 1)
Membrana
plasmática
Citoplasma
ICAM-2
(molécula de adhesión
celular intercelular 2)
aparición de la P-selectina en la superficie celular. Los leucocitos presentan el antígeno
sialil-Lewis X, un oligosacárido específi co que actúa como ligando de la P-selectina,
en su superfi cie celular. La unión de la P-selectina a este antígeno ralentiza el desplazamiento de estas células en el torr ente circulatorio y comienzan a r odar sobre la
superficie de las células endoteliales. D iversos miembros de la super familia de las
inmunoglobulinas (Ig) y las integrinas ayudan a estabilizar la unión de la P-selectina
a los leucocitos, lo que da lugar a su extrav asación (v. fig. 1-12).
N-CAM (molécula de adhesión de las células neurales) per tenece a la superfamilia
de las Ig e inter viene en las interacciones homófi las y heterófi las. A diferencia de las
cadherinas y las selectinas, las moléculas incluidas en la super familia de las I g son
moléculas de adhesión celular independientes de Ca2+ codificadas por un solo gen. Los
componentes de estas superfamilia se forman mediante el proceso de corte y empalme
alternativo del ARN mensajero (ARNm) y se difer encian por su glucosilación.
Una característica que compar ten todos los miembr os de la super familia de las
Ig es la pr esencia de un segmento extracelular con uno o más dominios plegados
típicos de las inmunoglobulinas (fig. 1-10). Cabe destacar la molécula CD4, miembro de esta superfamilia que actúa como receptor del virus de la inmunodeficiencia
humana tipo 1 (VIH-1) en una subclase de linfocitos denominados linfocitos T o
células colaboradoras. En el capítulo 10, «S istema inmunitario-linfático», describiremos la función de v arios miembros de la super familia de las Ig.
Otros miembros de esta superfamilia desempeñan papeles destacados en el pr oceso
de homing durante las reacciones inflamatorias, como las moléculas de adhesión intercelular 1 y 2 (ICAM-1 e ICAM-2) localizadas en la superficie de las células endoteliales.
La expresión de ICAM-1 durante una r eacción inflamatoria facilita la migración
transendotelial de los leucocitos (v. capítulo 6, «Sangre y hematopoyesis»).
Las integrinas (fig. 1-11) se difer encian de las cadherinas, las selectinas y las
moléculas pertenecientes a la superfamilia de las Ig en su estructura heterodimérica
formada por dos subunidades ␣ y ␤ asociadas, las cuales son codifi cadas por genes
diferentes. Se conocen unos 22 heterodímeros de integrinas formados por 17 variantes de la subunidad ␣ y 8 formas de la ␤.
Casi todas las células expr esan una o más integrinas. D e manera similar a las
cadherinas, el dominio citoplásmico de las ␤-integrinas se une a filamentos de actina
a través de proteínas de conexión (talina, vinculina y ␣-actinina).
El dominio extracelular de las integrinas se une a la secuencia tripéptido RGD
(Arg-Gly-Asp) presente en la laminina y la fibronectina, dos componentes destacados
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Figura 1-11. Integrinas
Actina
Talina
α-actinina
Las integrinas se diferencian de otras proteínas de
adhesión celular:
1. Constan de dos subunidades.
2. Desempeñan una función doble: se unen a la
matriz extracelular y al citoesqueleto interno.
La subunidad α de una integrina presenta dos
cadenas ligadas por un enlace disulfuro y una
cabeza globular con sitios de unión para cationes
divalentes.
La subunidad β se distingue por dos rasgos
destacados: 1) la cadena extracelular presenta
secuencias repetidas ricas en cisteína, y 2) la
porción intracelular interacciona con los filamentos
de actina a través de tres proteínas conectoras:
talina, vinculina y α-actinina.
Vinculina
Citoplasma
Membrana plasmática
Sólo se une la subunidad β
al citoesqueleto
Dominios ricos en cisteína
Subunidad β
S
S
S
S
Espacio extracelular
Enlace disulfuro
Subunidad α
Sitios de unión
para cationes divalentes
S
S
Fibronectina
RGD
(arginina-glicina-ácido
aspártico)
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Laminina
de la membrana basal, un tipo específi co de matriz extracelular. La laminina y la
fibronectina interaccionan con div ersos tipos de colágeno (como el colágeno de
tipo IV), proteoglucano perlecano de tipo heparano sulfato y entactina (también
conocida como nidógeno).
La relación entre las integrinas y la matriz extracelular r eviste una enorme
importancia para la migración celular a zonas determinadas durante la embriogénesis
y es susceptible de r egulación cuando la motilidad celular es necesaria. A demás de
intervenir en las interacciones entre células y matriz, las integrinas también par ticipan en la interacción inter celular. Aquellas con subunidades ␤2 se expr esan en la
superficie de los leucocitos y están implicadas en la unión inter celular. Un ejemplo
de estas moléculas es el heterodímero ␣1␤2 de integrina que se une a ligandos de las
superficies de las células endoteliales en el transcurso de la fase de homing en la que
participan las integrinas ( fig. 1-12).
Las integrinas responden a episodios intercelulares mediante la modifi cación de
su conformación adhesiva en relación con otras moléculas de la matriz extracelular .
Esta respuesta se conoce como transmisión de señales de dentr o afuera. Por otra
parte, las integrinas están implicadas en una compleja cascada que se activ a como
consecuencia de acontecimientos extracelulares.
Proteínas ADAM
Unas proteínas llamadas ADAM (un a desintegrina y un a metaloproteinasa) pueden
invertir la unión de la célula a la matriz celular mediada por las integrinas. Las ADAM
desempeñan funciones clave en la fecundación, la angiogenia, la neurogenia, el desarrollo
cardíaco, el cáncer y la enfermedad de Alzheimer (v . capítulo 8, «Tejido nervioso»).
Una proteína ADAM típica ( fig. 1-13) contiene un dominio extracelular y un
dominio intracelular. El primero se compone de v arias porciones, entre las que
figuran un dominio desintegrina y un dominio metaloproteinasa.
1. Un dominio desintegrina se une a integrinas e impide competitiv amente la
unión mediada por estas a la laminina, fi bronectina y otras pr oteínas de la matriz
extracelular.
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Figura 1-12. Homing, un proceso en el que participan las selectinas y las integrinas
1 Los leucocitos (neutrófilos) circulantes
resisten a las fuerzas de cizallamiento para
circular a una velocidad menor en el endotelio
vascular.
Endotelio
Pared del músculo liso
Fase de las integrinas
Fase de las selectinas
Rodamiento
Integrinas β1 y β 2
Neutrófilo
Fuerzas de cizallamiento
VCAM-1
ICAM-1
1
Adhesión
3
Ligando con hidrato de carbono
2
Selectinas
2 La adhesión laxa al endotelio en condiciones de flujo lento provoca el rodamiento de los
leucocitos. Las selectinas presentes en la
superficie de las células endoteliales se asocian
a los ligandos de hidratos de carbono de la
superficie de los leucocitos.
Migración
transendotelial
Espacio extravascular
3 Los receptores de las integrinas para
los ligandos ICAM-1 endotelial e ICAM-1
se activan con rapidez en la superficie
de los leucocitos durante el rodamiento.
Los mediadores químicos en los focos
de inflamación estimulan la activación
de las integrinas β1 y β2. Las integrinas
refuerzan la unión de los leucocitos a
la superficie de las células endoteliales.
La mayoría de los leucocitos circulan en la sangre sin interaccionar con
ninguna otra célula sanguínea ni con las células endoteliales que revisten
los vasos sanguíneos. No obstante, una subpoblación de linfocitos
participa en un proceso de recirculación continua a través de los tejidos
linfáticos. Este proceso de homing precisa de la intervención de numerosas moléculas de adhesión que facilitan el direccionamiento de los
linfocitos a los distintos compartimentos linfoides del organismo.
4
4 Las integrinas intervienen en la migración
transendotelial al interaccionar con ligandos
presentes en la superficie
de las células endoteliales. La actina F participa
en este proceso.
La interacción de los linfocitos y las células endoteliales depende de dos tipos
de proteínas de adhesión celular: las selectinas y las integrinas. Los neutrófilos
emplean un mecanismo similar para abandonar los vasos sanguíneos, fundamentalmente las vénulas poscapilares, hacia los focos de inflamación. La migración
de los leucocitos desde el torrente circulatorio hacia los tejidos se desarrolla a lo
largo de varias etapas, como se observa en este esquema.
2. Un dominio metaloproteinasa degrada componentes de la matriz para permitir la migración celular.
Una función destacada de las ADAM es la liberación de ectodominios de pr oteínas, un proceso a través del cual se pr oduce la liberación proteolítica del ectodominio de una proteína de membrana escindida en la zona adyacente a la membrana
plasmática. Las proteínas ADAM pertenecen a la familia de las shedasas. La liberación de ectodominios actúa sobr e la citocina pr oinflamatoria factor de necr osis
tumoral ␣ (TNF-␣) y todos los ligandos del r eceptor del factor de cr ecimiento
epidérmico. Un ectodominio soluble liberado de una citocina o factor de cr ecimiento puede actuar a distancia del lugar de la escisión (transmisión de señales
paracrina). El ectodominio escindido de un r eceptor puede inactivarlo al funcionar
como señuelo para secuestrar ligandos solubles del receptor libre asociado a la membrana plasmática.
Una anomalía en la escisión del receptor 1 de TNF (TNFR1) debida a una
mutación en el sitio de escisión del receptor da lugar a un síndrome febril periódico
como consecuencia de la disponibilidad continua de TNFR1 para la unión de
TNF-␣.
UNIONES CELULARES
A pesar de que las moléculas de adhesión celular son r esponsables de la adhesión de
una célula con otra, las uniones celulares son necesarias para potenciar la estabilidad.
Por otra parte, el movimiento de solutos, iones y agua a través de una capa epitelial
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Figura 1-13. La proteína ADAM, una shedasa
Dominio intracelular
Las proteínas ADAM (una desintegrina y una metaloproteinasa) son metaloproteinasas de membrana. La actividad proteolítica de las metaloproteinasas depende
de un ión metálico (Zn2+).
Una proteína ADAM posee un dominio extracelular que contiene un dominio
metaloproteinasa N-terminal y un dominio desintegrina.
Dominio citoplásmico
(sitios de fosforilación o ricos en prolina
que se unen a dominios con homología
Src [SH3])
Dominio transmembrana
Dominio extracelular
Plaqueta
Liberación
Dominio similar a EGF
Dominio rico en cisteína
Dominio desintegrina
Glucoproteína
GpIIb/IIIa
Dominio metaloproteinasa
RGD
Dominio Pro (chaperona
intramolecular)
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
El dominio metaloproteinasa degrada
componentes de la matriz extracelular
durante el proceso de migración celular.
Asimismo, interviene en la escisión de
una proteína de membrana en la
membrana plasmática, que da lugar a
la liberación de su ectodominio soluble.
Este proceso recibe el nombre de
liberación del ectodominio.
La liberación del ectodominio actúa
sobre diversas moléculas, entre las que se
incluye la citocina proinflamatoria factor de
necrosis tumoral α y todos los ligandos
del receptor del factor de crecimiento
epidérmico.
El dominio desintegrina presenta una notable
homología de secuencia con las desintegrinas
presentes en el veneno de serpiente. Al liberarse, el
dominio desintegrina, que contiene el tripéptido RGD
(Arg-Gly-Asp), se une a la glucoproteína GpIIb/IIIa
de las plaquetas, lo que impide su agregación.
Liberación del
ectodominio
Membrana
plasmática
Liberación del ectodominio
Ectodominio soluble
La liberación del ectodominio hace posible la participación
de factores de crecimiento anclados a la membrana en las
vías de transmisión de señales paracrina (a distancia
del lugar en el que tiene lugar la escisión) o bien su paso
al torrente circulatorio. De igual modo, la liberación
puede dar lugar a un receptor de tipo señuelo soluble
que podría secuestrar un ligando.
Proteína
transmembrana
tiene lugar a través de y entre los componentes de la célula. U n gran númer o de
canales y moléculas transportadoras controla la vía de transporte transcelular. La vía
paracelular está controlada por un contacto intercelular continuo o uniones celulares.
La alteración de estas uniones origina enfermedades adquiridas y hereditarias debidas
a unas barreras epiteliales inefi cientes.
Las uniones celulares son estr ucturas simétricas formadas entr e dos células
adyacentes. Se distinguen tr es clases principales de uniones celular es simétricas
(fig. 1-14 ;v. cuadro 1-C).
1. Uniones herméticas
2. Uniones de anclaje
3. Uniones comunicantes
Las uniones herméticas (conocidas también como uniones oclusivas) (fig. 1-15 )
llevan a cabo dos funciones principales:
1. Definen la polaridad de las células epiteliales al separar el dominio apical del
basolateral y evitar la difusión libr e de lípidos y pr oteínas entre ellos.
2. Impiden el paso libre de moléculas a través de una capa epitelial (barrera de
la vía paracelular) .
Las membranas celulares de dos células adyacentes entran en contacto a inter valos regulares para sellar el espacio intercelular apical. Estas áreas de contacto estrecho
se distribuyen en la superficie celular de manera similar a un cinturón y forman tiras
anastomosadas de las proteínas transmembrana ocludina y claudina. Estas proteínas
pertenecen a la familia de las tetraespaninas y poseen cuatr o dominios transmembrana, dos asas externas y dos colas citoplásmicas cor tas.
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Figura 1-14. Uniones de anclaje y comunicantes
Obsérvese que las uniones
comunicantes no se asocian a
elementos del citoesqueleto.
Uniones herméticas
Definen la polaridad celular y controlan el transporte de
sustancias entre células adyacentes. Las uniones estrellas
presentan una distribución en cinturón semejante a un
lazo que rodeara el perímetro interno de las células y se
asocian a filamentos de actina.
Unión
hermética
Zónula adherente o desmosoma en cinturón
Esta unión de anclaje presenta una distribución
en cinturón y se asocia a filamentos de actina.
Zónula
adherente
Mácula adherente o desmosoma puntual
Esta unión de anclaje se distingue por una distribución
puntual y se asocia a filamentos intermedios.
Hemidesmosoma
Los hemidesmosomas vinculan el dominio basal de
una célula epitelial con la lámina basal. Los filamentos
intermedios se unen a una placa.
Mácula
adherente
Lámina basal
Uniones comunicantes
Estas uniones conectan a dos células adyacentes. La unión
comunicante se compone de conexones, unas estructuras
semejantes a canales que permiten el paso de moléculas
de pequeño tamaño (∼1,2 kDa) entre las células.
La ocludina interacciona con cuatr o proteínas clave ocludina de la zónula (ZO):
ZO-1, ZO-2, ZO-3 y afadina. La claudina (del latín claudere, cerrar), una familia de
16 proteínas que forman fi brillas lineales en las uniones herméticas, confi ere propiedades de barrera a la vía paracelular. Una mutación del gen que codifi ca la claudina 16
da lugar a una enfermedad humana muy infr ecuente, el síndrome de pérdida renal
de magnesio, el cual se caracteriza por hipomagnesemia y convulsiones.
En las uniones herméticas apar ecen dos miembros de la super familia de las I g,
las nectinas y las moléculas de adhesión de las uniones ( JAM). Ambas forman
heterodímeros (homodímeros cis) y posteriormente homodímeros trans en el espacio
intercelular. Las nectinas se conectan a los filamentos de actina a través de la proteína
afadina. La deleción dirigida del gen que codifi ca esta proteína en el ratón provoca
la muerte del embrión. U na mutación del gen nectina-1 produce el síndrome del
paladar leporino/labio leporino y displasia ectodérmica (CLEPD1) que afecta a la
piel, al pelo, a las uñas y a los dientes en el ser humano . Los ratones macho con
deficiencia de nectina-2 son estériles.
Las uniones herméticas se pueden visualizar mediante criofractura como una red
de hebras de sellado ramificadas y anastomosadas. El procedimiento de criofractura
de estudio de las membranas celular es se describe en el capítulo 2, «G lándulas
epiteliales».
Las uniones de anclaje se disponen por debajo de las uniones herméticas, por lo
general en las pr oximidades de la superfi cie apical del epitelio . Se han identifi cado
tres clases de uniones de anclaje (v. figs. 1-14, 1-16, 1-18 y 1-19 ):
1. La zónula adherente o desmosoma en cinturón
2. La mácula adherente o desmosoma puntual
3. El hemidesmosoma
De forma similar a las uniones herméticas, la
zónula adherente presenta una
morfología de cinturón. La zónula adherente (v. fig. 1-16) se asocia a microfilamentos
de actina, asociación que se sustenta en la interacción de las cadherinas (desmocolinas
y desmogleína) con las cateninas (␣, ␤ y ␥). Las principales desmogleínas que se
expresan en la epidermis de la piel son las desmogleínas 1 y 3 ( fig. 1-17 ).
La mácula adherente (también llamada desmosoma) es una unión puntual asociada a filamentos intermedios de queratina (también llamados tonofilamentos) que
se extienden desde un punto a otr o de las superfi cies lateral y basal de las células
epiteliales (fig. 1-18). Los desmosomas puntuales confi eren resistencia y rigidez a la
capa de células epiteliales. Asimismo, apar ecen en los discos inter calados que unen
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Figura 1-15. Organización molecular de las uniones herméticas
Las uniones herméticas son cinturones
perimetrales que se localizan en el dominio
apical de las células epiteliales y unen
células endoteliales. Sellan el espacio
entre las células epiteliales, y regulan el
paso de agua y el flujo iónico entre las
células epiteliales adyacentes (vía
paracelular). Las moléculas que atraviesan
la célula siguen una vía transcelular.
Las moléculas de adhesión de las uniones (JAM) se
asocian a afadina y ZO-1. Los cis -homodímeros
JAM interaccionan entre sí (interacción trans-homo)
para definir la polaridad celular.
El complejo afadina-nectina se ancla a ZO-1.
Las nectinas forman cis-homodímeros que
interaccionan entre sí (interacción trans-homo)
a través de la región extracelular.
JAM
Afadina Nectina
Las proteínas de la zónula
oclusiva (ZO-1, ZO-2 y ZO-3)
facilitan la interacción recíproca
de la ocludina, las claudinas
y las JAM con la actina F.
Actina F
ZO-1
ZO-2
ZO-3
La ocludina y las claudinas representan la base
molecular de la formación de hileras de uniones
herméticas en las preparaciones de criofractura.
Ocludina
Vía paracelular
Claudina
Vía transcelular
Las nectinas y las JAM pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas. Su
estructura contiene asas de inmunoglobulinas, cada una de las cuales se
estabiliza por medio de enlaces disulfuro. Las nectinas y los cis-homodímeros
JAM intervienen en la adhesión intercelular trans -homo.
La ocludina y las claudinas pertenecen a la familia de las tetraespaninas
de proteínas, que poseen cuatro dominios transmembrana, dos asas
y dos colas citoplásmicas.
2
1
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Luz
1 En las preparaciones de criofractura, las uniones herméticas se
visualizan como crestas selladoras ramificadas e interconectadas
que conforman una red en las proximidades del dominio apical de la
célula. Las crestas representan a las proteínas transmembrana ocludina
y claudinas asociadas a la vertiente protoplásmica fracturada.
Microfilamentos de actina
Zónula adherente
Membrana plasmática
2 En los cortes finos, el espacio intercelular está ocluido por la ocludina, las
claudinas, las JAM y las nectinas. La zónula adherente, o desmosomas en
cinturón, suele localizarse por debajo de las uniones herméticas.
miocardiocitos adyacentes en el corazón (v . capítulo 7, «T ejido muscular») y las
meninges que tapizan las superfi cies externas del encéfalo y la médula espinal.
A diferencia de las uniones oclusivas, las membranas de células adyacentes unidas
por zónulas y máculas adher entes se separan por un espacio inter celular relativamente amplio. Este espacio está ocupado por la por ción glucosilada de unas proteínas pertenecientes a la familia de lascadherinas, las desmogleínas y las desmocolinas,
que se anclan a placas citoplásmicas que contienen desmoplaquina, placoglobina
(␥-catenina) y placofilina. Las placas citoplásmicas se unen a la cara interna de la
membrana plasmática. El entrecruzamiento de cadherinas similares supone la aproximación de las células a través de una interacción homófila o heterófila dependiente
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Cuadro 1-C | Uniones celulares
Figura 1-16. Zónula adherente (desmosoma en cinturón)
• Las uniones celulares se dividen en simétricas y asimétricas. Entre las primeras se encuentran las uniones
herméticas, los desmosomas en cinturón (zónula adherente) y las uniones comunicantes. El hemidesmosoma
representa una unión asimétrica.
• Las uniones herméticas contienen ocludina y claudina, las cuales pertenecen a la familia proteica de las
tetraespaninas, ya que cuatro segmentos de cada proteína atraviesan la membrana plasmática. Otro componente es el complejo proteico afadina-nectina.
Otros elementos proteicos son las moléculas de adhesión de las uniones (JAM), las proteínas de la zónula
oclusiva (ZO) ZO-1, ZO-2 y ZO-3 y la actina F. Las uniones
herméticas forman una junta perimetral que controla la
vía paracelular de transporte de moléculas.
• La zónula adherente (desmosomas en cinturón) se
compone de una placa con desmoplaquina, placoglobina
(␥-catenina) y placofilina. Las cadherinas, principalmente
las desmocolinas y los dímeros de desmogleínas, y el
complejo afadina-nectina se extienden desde la placa
hacia el espacio extracelular. Un complejo de cateninas
une los filamentos de actina a la placa. De manera similar
a las uniones herméticas, los desmosomas en cinturón
crean una junta perimetral en la región apical de las
células epiteliales.
• La mácula adherente (desmosoma puntual) es semejante a la zónula adherente desde el punto de vista
estructural, si bien carece de complejos afadina-nectina
y de cateninas y posee filamentos intermedios (tonofilamentos), en lugar de filamento de actina, que se unen a
la placa.
• Los hemidesmosomas se componen de una lámina
de membrana interna, a la que se asocian los tonofilamentos, y una placa de membrana externa, la cual se
une a la lámina basal por medio de la integrina ␣6␤4 y la
laminina 5.
• Las uniones herméticas, los desmosomas en cinturón
y los hemidesmosomas son uniones de anclaje. Las
uniones comunicantes no actúan como uniones de
anclaje, sino que representan conexiones de comunicación entre células adyacentes. La unidad básica de la
unión comunicante es el conexón, formado por seis
moléculas de conexinas dispuestas alrededor de un
canal central.
Afadina
Filamento de
actina
Complejo
afadina-nectina
Nectina
Unión
hermética
Placa
Complejo de
catenina
Cadherinas
(desmocolinas y
desmogleínas)
Membrana Filamentos
plasmática de actina
Placa: desmoplaquina, placoglobina y placofilina
del Ca2+, como se ha descrito anteriormente. La figura 1-18 recoge algunos trastornos hereditarios de algunos de los componentes que integran el desmosoma.
Los genes correspondientes a las cadherinas desmosómicas humanas codifi can
cuatro desmogleínas y tres desmocolinas, cuyos dominios citoplásmicos interaccionan con la placoglobina y la placofi lina. La desmoplaquina interacciona con fi lamentos intermedios de queratina en la epidermis, la desmina en los discos
intercalados y la vimentina en las meninges. La desmogleína 1 y la desmogleína 3
mantienen la capacidad de cohesión de la epidermis, un epitelio escamoso estratificado. La síntesis de autoanticuerpos contra la desmogleína 1 pr oduce una enfermedad ampollosa (alteración de la adhesión celular) de la piel denominada pénfigo
foliáceo (v. fig. 1-17).
Los hemidesmosomas son estructuras asimétricas que anclan el dominio basal
de una célula epitelial con la lámina basal sub yacente (v. fig. 1-19).
La organización de los hemidesmosomas difi ere respecto a las de la mácula
adherente o el desmosoma. E l hemidesmosoma se compone de:
1. Una placa citoplásmica interna asociada a fi lamentos intermedios (también
conocidos como queratinas o tonofilamentos)
2. Una placa de membrana externa que une el hemidesmosoma a la lámina basal
por medio de filamentos de anclaje (formados por laminina 5) e integrina ␣6␤4
A pesar de que los hemidesmosomas presentan el aspecto de medio desmosoma,
ninguno de los componentes bioquímicos del desmosoma está pr esente en los primeros. Los hemidesmosomas incrementan la estabilidad global de los tejidos epiteliales a través de la unión de los fi lamentos intermedios del citoesqueleto a los
elementos que forman parte de la lámina basal. Se abordarán otros detalles de los hemidesmosomas y su papel en las enfermedades autoinmunitarias de la piel al tratar la
estructura de los fi lamentos intermedios en el apar tado «Citoesqueleto».
Las uniones comunicantes son simétr icas y están formadas por unas pr oteínas
integrales de membrana denominadas conexinas. La asociación de seis monómeros
Figura 1-17. Desmogleínas en los trastornos cutáneos: pénfigo foliáceo
La desmogleína 1 predomina
por encima de la capa espinosa.
Ampolla
La desmogleína 3 predomina en
las capas basal y espinosa.
Capas
superficiales
de la epidermis
Capas de la epidermis
Capa córnea
Capa granulosa
Capa espinosa
Capa basal
Dermis
Lámina basal
El pénfigo foliáceo es una
Depósitos intercelulares de
enfermedad ampollosa mediada por
Lámina basal
inmunoglobulinas en las capas
autoanticuerpos en la que los anticuerpos
superficiales de la epidermis en
contra la desmogleína 1 provocan la
contraposición a las capas basales.
pérdida de adhesión de los queratinocitos
en las capas superficiales de la epidermis.
Imagen de inmunofluorescencia tomada de Weedon D: Skin
Pathology. 2nd edition. London, Churchill Livingstone, 2002.
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Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-18. Mácula adherente (desmosoma puntual)
Trastornos hereditarios que afectan a la piel y al corazón
Línea
media densa
Placas densas
citoplásmicas con
las proteínas
desmoplaquina,
placoglobina
y placofilina
Los filamentos
intermedios
de queratina
se anclan
a la desmoplaquina
Cadherinas
(desmocolinas y
desmogleínas)
Desmogleínas (Dsg 1-4). Cadherinas.
Mutaciones en los genes de las desmogleínas: queratodermia
palmoplantar estriada. Hipotricosis localizada.
Desmocolinas (Dsc 1-3). Cadherinas. No se ha definido
ninguna enfermedad.
Queratina
Placa externa Placa interna
Vimentina
densa
densa
Membrana plasmática
Desmina
Membrana plasmática
Filamentos
intermedios
de queratina
(tonofilamentos)
Membrana
plasmática
Placa
externa densa
Placa interna
densa
Línea
media densa
Placoglobina (γ-catenina) y placofilinas (1-4).
La placoglobina interacciona directamente con la región
intracelular de las cadherinas y se une, asimismo, a la
desmoplaquina y a las placofilinas. Estas últimas intervienen
en el reclutamiento de proteínas a la membrana plasmática.
Mutación en el gen de la placoglobina: enfermedad de Naxos
(miocardiopatía arritmógena del ventrículo derecho [MAVD],
pelo lanudo y queratodermia palmoplantar).
Los adipocitos sustituyen a los miocardiocitos.
Desmoplaquinas (I-II). Las desmoplaquinas unen la región
intracelular de las cadherinas a los filamentos intermedios de
queratina, vimentina o desmina).
Mutación en el gen de la desmoplaquina: MAVD. Pelo lanudo.
de conexina da lugar a un conexón, una estructura cilíndrica hueca que atraviesa
la membrana plasmática. La disposición terminoterminal de los conexones en células
adyacentes origina un canal directo de comunicación (1,5-2 nm de diámetro) entre
el citoplasma de dichas células ( fig. 1-20). Los conexones presentan una tendencia
a agregarse y pueden formar placas de unos 0,3 mm de diámetro.
Estas uniones facilitan el mo vimiento de moléculas de 1,2 nm de diámetr o
(p. ej., Ca2+ y monofosfato de adenosina cíclico [cAMP]) entr e las células. Los
canales axiales de conexión se cierran cuando la concentración de Ca 2+ es alta. Esta
unión es responsable del «acoplamiento» químico y eléctrico de células adyacentes.
Un ejemplo típico son las células del músculo cardíaco, que se conectan por medio
de uniones comunicantes para la transmisión de señales eléctricas.
Figura 1-19. Hemidesmosoma
Epidermis
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Filamentos de queratina
Filamentos intermedios de queratina
(tonofilamentos)
Lámina
Lámina
Placa
Lámina basal
Filamentos de anclaje
(laminina 5)
Membrana
plasmática
Integrina α 6 β 4
Placa
Filamentos de anclaje
(laminina 5)
Lámina basal
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Figura 1-20. Uniones comunicantes
El canal intercelular es un canal axial
que permite el paso directo de pequeñas
moléculas de transmisión de señales
entre células adyacentes con el fin de
coordinar la respuesta celular.
Los agregados de canales intercelulares reciben el nombre de uniones
comunicantes debido al angosto
espacio extracelular que separa las
membranas plasmáticas adyacentes.
cAMP
Ca2+
Ca2+
Membrana plasmática 1
Conexón
Hendidura
Membrana plasmática 2
cAMP
Conexina
Seis monómeros de conexina se ensamblan para originar un conexón hexamérico,
un cilindro con un canal abierto central. Los conexones de la membrana plasmática
de una célula se alinean con los de otra adyacente para formar un canal intercelular
hidrófilo entre los citoplasmas de ambas células.
Importancia clínica: mutaciones de las conexinas
en la enfermedad humana
La mutación de los genes que codifican las conexinas produce diversas enfermedades.
Las mutaciones del gen conexina 26 (Cx26), cuyo nivel de expresión es elevado en
las células de la cóclea, se asocia a hipoacusia.
Las mutaciones del gen conexina 32 (Cx32) se obser van en la neuropatía desmielinizante de Char cot-Marie-Tooth ligada al cr omosoma X, la cual cursa con
una degeneración progresiva de los nervios periféricos, y se distingue por la debilidad
y la atrofia musculares distales, así como por la alteración de los r eflejos tendinosos
profundos. La proteína conexina 32 se expresa en las células de Schwann, las cuales
intervienen en la pr oducción de las v ainas de mielina que r odean los ax ones del
sistema nervioso periférico (v. capítulo 8, «Tejido nervioso»). Las uniones comunicantes conectan diferentes porciones de las v ainas de mielina de una misma célula
de Schwann en lugar de células distintas. La desaparición de los conductos axiales
funcionales en la mielina da lugar a la alteración de la mielinización. Las mutaciones
del gen conexina 50 (Cx50) se asocian a cataratas congénitas que originan
ceguera.
Las células óseas (osteoblastos/osteocitos) se conectan entre sí a través de uniones
comunicantes y expresan las conexina 43 (Cx43) y 45 (Cx45). La deleción del gen
Cx43 condiciona anomalías esqueléticas y r etraso en la mineralización ósea.
MEMBRANA BASAL
Las integrinas intervienen en las interacciones entre las células y la matriz extracelular
a través de la unión al dominio RGD de la laminina y la fi bronectina (v. fig. 1-11).
La laminina y la fibronectina son proteínas peculiares de la matriz extracelular que
se asocian a colágenos, pr oteoglucanos y otras pr oteínas para formar la membrana
basal, la lámina que sustenta a la may oría de los epitelios.
La membrana basal consta de dos componentes ( fig. 1-21 ):
1. Lalámina basal, una matriz extracelular similar a una sábana que se encuentra
en contacto directo con las superfi cies de las células epiteliales. E l autoensamblaje
de moléculas de laminina con colágeno de tipo IV , entactina y pr oteoglucanos
origina la lámina basal.
2. La lámina reticular, integrada por fi bras de colágeno, sostiene a la lámina
basal y se continúa con el tejido conjuntiv o.
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Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-21. Membrana basal
Célula epitelial
Núcleo
Dominio basal
Lámina basal
Lámina reticular
Riñón (corteza)
La membrana basal, un elemento extracelular que se encuentra
en contacto directo con el dominio basal de las células epiteliales,
puede visualizarse con el microscopio óptico en muestras teñidas
con el colorante de ácido peryódico de Schiff (PAS).
En el microscopio electrónico, la membrana basal se divide
en dos capas o láminas:
1. Una lámina basal, que contiene laminina, fibronectina, colágeno
de tipo IV, proteoglucanos de tipo heparano sulfato y nidógeno
(también llamado entactina).
2. Una lámina reticular, formada por fibras de colágeno de tipo III
(fibras reticulares)
Ambas capas se componen de glucoproteínas. Son positivas para
la tinción de PAS.
En el microscopio electrónico, ambas láminas se visualizan
como una membrana basal única en muestras teñidas con el
colorante PAS.
El microscopio electrónico permite observar cada lámina como una entidad individual.
.
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Lámina basal
Cuadro 1-D | Reacción de ácido peryódico
de Schiff (PAS)
• El método de PAS es una técnica histoquímica muy
utilizada para detectar grupos 1,2-glicol o 1,2-aminoalcohol,
como los presentes en el glucógeno, el moco y las glucoproteínas.
• El ácido peryódico, un oxidante, convierte estos
grupos en aldehídos. El reactivo de Schiff, una fucsina
incolora, reacciona con los aldehídos para dar lugar a un
producto de color rojo-violeta (magenta) característico.
• Algunas estructuras destacadas que se revelan
mediante esta técnica son la membrana basal, el glucocáliz, la mucosidad fabricada por las células caliciformes,
las hormonas glucoproteicas almacenadas en células
de la hipófisis y los colágenos.
Lámina reticular
Núcleo de un fibroblasto que sintetiza
componentes de la lámina reticular
Célula epitelial
Las láminas basal y r eticular pueden distinguirse en la micr oscopia electrónica.
En el micr oscopio óptico, el conjunto de las láminas basal y r eticular recibe el
nombre de membrana basal, la cual se r econoce mediante la tinción de ácido peryódico de Schiff (PAS) (v. fig. 1-21; v. cuadro 1-D).
La lámina basal se ocupa de funciones específi cas en los distintos tejidos. La
lámina basal doble del corpúsculo r enal representa el elemento más impor tante de
la barrera de fi ltración glomerular a lo largo del paso inicial de formación de la
orina (v. capítulo 14, «Aparato urinario»).
En el músculo esquelético, la lámina basal mantiene la integridad tisular y su
alteración condiciona la aparición de distrofias musculares (v. capítulo 7, «Tejido
muscular»).
Los componentes de la lámina basal orientan a las células migratorias hacia la
cresta gonadal en preparación para el desarrollo de las gónadas durante la migración
de las células germinales. La lámina basal no se limita a sustentar a los epitelios, sino
que también desempeña otras funciones en células no epiteliales.
La laminina (fig. 1-22) es una pr oteína en forma de cr uz formada por tr es
cadenas: la cadena ␣, la cadena ␤ y la cadena ␥. Las moléculas de laminina se
asocian entre sí para formar un polímero similar a una red. La laminina y el colágeno
de tipo IV son los dos componentes fundamentales de la lámina basal de cuya
síntesis se encargan algunas células epiteliales que descansan sobr e dicha lámina.
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Figura 1-22. Laminina y fibronectina
Cadena α
Laminina
Cadena β
Cadena γ
Sitio de
unión
para colágeno
Nidógeno
(entactina)
Colágeno
Sitio de unión
celular (RGD)
para integrinas
Integrina α6β1
Sitio de unión
para heparina/
heparano
sulfato y
α-distroglucano
Proteoglucano
La laminina es el componente principal
de la lámina basal. Se compone de tres
cadenas de polipéptidos unidas por
enlaces disulfuro, las cadenas α, β y γ.
Las variantes de cada cadena dan lugar a
varias isoformas de la laminina con estructuras y funciones diferentes.
Las lamininas poseen sitios de unión
para los receptores de la superficie celular
(integrinas), colágeno de tipo IV y otras
proteínas de adhesión (como nidógeno,
también llamado entactina).
Los monómeros de laminina se asocian
entre sí para dar lugar a una red que forma
parte de la lámina basal.
Fibronectina
Fibrina
Colágeno
C-terminal
S S
S S
Proteoglucanos
(heparano sulfato)
Sitios de unión
para integrina (α5β1)
La fibronectina es una glucoproteína formada
por dos cadenas idénticas unidas por enlaces
disulfuro próximos al extremo C.
Se conocen dos formas de fibronectina:
1. Fibronectina plasmática, sintetizada por los
hepatocitos y secretada al torrente circulatorio.
2. Fibronectina celular, producida por los
fibroblastos, que forma parte de la matriz
extracelular.
La fibronectina posee sitios de unión para
integrinas, colágeno, heparano sulfato y fibrina.
La laminina posee sitios de unión para el nidógeno (también llamado entactina),
proteoglucanos (en particular, perlecano heparano sulfato), el ␣-distroglucano
(v. capítulo 7, «Tejido muscular») y las integrinas.
La fibronectina (v. fig. 1-22) consta de dos cadenas proteicas unidas por enlaces
disulfuro. Se trata de la molécula de adhesión más impor tante de la matriz extracelular del tejido conjuntiv o y es sintetizada por los fi broblastos. La fi bronectina
muestra sitios de unión para la heparina presente en los proteoglucanos, varios tipos
de colágeno (tipos I, II, III y IV) y fibrina (generada a partir del fibrinógeno durante
el proceso de coagulación sanguínea).
Los hepatocitos sintetizan la fi bronectina circulante en el seno del hígado . Esta
fibronectina se diferencia de la producida por los fibroblastos por la ausencia de una
o dos repeticiones (denominadas EDA y EDB por dominio extra A y B, r espectivamente) como consecuencia de un pr oceso alternativo de cor te y empalme del
ARNm. La fi bronectina circulante se une a la fi brina, un elemento de los coágulos
sanguíneos formados en z onas dañadas de los v asos sanguíneos. El dominio RGD
de la fi bronectina fija se asocia a la integrina expr esada en la superfi cie de las plaquetas activadas y el coágulo aumenta de tamaño . Retomaremos la cuestión de la
coagulación sanguínea o hemostasia en el capítulo 6, «S angre y hematopoyesis».
Interacciones de las células entre sí y con la lámina basal
En la figura 1-23 se r esumen los datos más destacados sobr e las moléculas de
adhesión celular y las uniones celular es. Un epitelio es una lámina continua de
células polarizadas sustentada por una membrana basal. La polaridad del epitelio
depende de las uniones herméticas que dividen las células polarizadas en r egiones
apical y basolateral. Las uniones herméticas contr olan la vía paracelular de transporte de solutos, iones y agua, y forman un cinturón alr ededor del perímetro de
cada célula.
Las células endoteliales, que integran el epitelio escamoso simple, se unen por medio
de uniones herméticas y desmosomas puntuales sometidos a una estr echa regulación
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Figura 1-23. Resumen de las uniones celulares y las moléculas de adhesión celular
Zónula adherente (desmosomas en cinturón)
Se compone de una placa densa asociada al complejo de las cateninas (α-catenina, β- catenina y γ-catenina),
α-actinina, vinculina y formina-1. Los filamentos de actina se asocian al complejo de las cateninas. Las cadherinas
atraviesan el espacio intercelular y el complejo afadina-nectina conecta las placas densas adyacentes.
Superfamilia de las inmunoglobulinas
Las moléculas de adhesión celular
pertenecen a la superfamilia de las
inmunoglobulinas debido a que poseen
dominios semejantes a los de estas
moléculas. Las CAM no dependen
del Ca2+ para mantener interacciones homófilas adhesivas.
Uniones herméticas (uniones oclusivas)
Están formadas por proteínas transmembrana
ocludina y claudinas, asociadas a ZO-1,
ZO-2, ZO-3 y el complejo afadina-nectina en
el lado intracelular. La ocludina y las claudinas
sellan el espacio intercelular.
Actina
Complejo Claudina
de cateninas
Ocludina
Complejo afadina-nectina
ZO-1, ZO-2 y ZO-3
Complejo afadina-nectina
Cadherinas
Selectina
Las selectinas son moléculas
dependientes de Ca2+ con afinidad
de unión por los hidratos de carbono.
Desempeñan una función destacada
en el proceso de homing.
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Hemidesmosomas
Los hemidesmosomas se componen
de una lámina interna, el sitio de
anclaje del filamento intermedio
queratina, y una lámina externa,
asociada a la basal a través de dos
elementos destacados: filamentos
de anclaje (laminina 5) e integrina
α6β4.
Mácula adherente (desmosoma puntual)
Los desmosomas son estructuras simétricas formadas
por: 1) placas con desmoplaquina; 2) cadherinas
de unión (principalmente
desmocolinas y desmogleínas), y 3) filamentos
de queratina asociados a
dichas placas.
Integrinas
En la superficie extracelular,
las integrinas interaccionan
directamente con la fibronectina y la laminina. En el lado
intracelular, las subunidades
β de las integrina interaccionan con la actina a través
de proteínas intermedias
(α-actinina, vinculina y talina).
S S
Perlecano
S S
Fibronectina
Proteoglucanos
Los proteoglucanos (principalmente, heparano sulfato perlecano) interaccionan directamente con la fibronectina y la
laminina.
Colágenos
Colágeno de tipo IV
Nidógeno
(entactina)
Laminina
La laminina consta de tres
cadenas de polipéptidos (α,
β y γ) con sitios de unión
para el colágeno de tipo IV,
el proteoglucano perlecano,
las integrinas y el nidógeno.
encaminada a mantener la integridad del endotelio y a proteger los vasos de la permeabilidad incontrolada, la infl amación y las r eacciones que conducen a la coagulación
sanguínea en la luz (v. capítulo 12, «Aparato cardiovascular»). Los leucocitos se unen a
las superficies de las células endoteliales y migran a través del endotelio hacia los tejidos
subyacentes para acceder al foco de infección mediante un mecanismo conocido como
diapédesis. Los leucocitos avanzan entre las uniones entre estas células al anclarse a las
endoteliales activadas o en r eposo por medio de las moléculas de adhesión de dichas
células ICAM-1 y VCAM-1 (v. fig. 1-10). ICAM-1 e VCAM-1 se asocian a las
subunidades ␤2 y ␤1 de las integrinas de los leucocitos (v . fig. 1-12).
La cohesividad del epitelio depende de tres factores: las uniones celulares, las moléculas
de adhesión celular en general y la interacción de las integrinas con la matriz extracelular ,
la mayor parte de la cual es pr oducida por los fi broblastos. La lámina basal r eviste una
importancia clave en la diferenciación de las células epiteliales durante la embriogénesis.
En la figura 1-23 se puede apreciar lo siguiente:
1. El dominio basal de las células epiteliales interacciona con la lámina basal a
través de los hemidesmosomas y las integrinas. Los hemidesmosomas, así llamados
por su aspecto de medio desmosoma en las micr ofotografías electrónicas, se anclan
a la lámina basal fuera de la célula y a una erd de filamentos intermedios de queratina
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Figura 1-24. Inmunocitoquímica
Generalmente se utilizan dos técnicas: la inmunocitoquímica
directa e indirecta.
Las células que se estudian mediante técnicas de
inmunocitoquímica deben ser permeables, lo que suele
conseguirse por medio de un detergente, de tal modo
que las moléculas de anticuerpo (inmunoglobulinas)
puedan entrar en la célula para unirse a un antígeno.
Inmunofluorescencia directa
La molécula
de inmunoglobulina no
puede pasar al citoplasma
de una célula intacta.
Antígeno
Tras el tratamiento con
detergentes, la
inmunoglobulina pasa
al interior celular y se
une al antígeno.
dentro de ella mediante un complejo lámina-placa. Las mutaciones en los elementos
del hemidesmosoma dan lugar a ampollas grav es en el seno de la piel debido a la
desaparición de la integridad de las moléculas de anclaje.
2. Las integrinas interaccionan dir ectamente con la laminina y la fi bronectina,
en especial el dominio RGD al que se unen aquellas. E n el interior de la célula, las
integrinas interaccionan con microfilamentos de actina y conectan el entorno extracelular con el espacio intracelular . Como sabemos, algunas pr oteínas ADAM
emplean su dominio desintegrina para evitar la unión de las integrinas a div ersos
ligandos presentes en la matriz extracelular.
3. Los colágenos y los proteoglucanos no interaccionan de forma dir ecta con el
dominio basal de las células epiteliales, sino que lo hacen a través de la laminina y
la fibronectina, las cuales poseen sitios específi cos de unión para los colágenos, el
proteoglucano perlecano y el nidógeno .
4. Los dominios laterales de las células epiteliales adyacentes se comunican por
medio de uniones comunicantes (que no apar ecen en la figura 1-23). A diferencia de
las uniones herméticas y los desmosomas en cinturón y puntuales, las uniones comunicantes no constituyen sistemas de anclaje. Se componen de canales intercelulares que
conectan el citoplasma de células adyacentes y actúan como uniones comunicantes.
5. Las cadherinas y el complejo afadina-nectina están pr esentes en las uniones
herméticas y la zónula adher ente, a las que se asocian los micr ofilamentos de actina.
CITOESQUELETO
El tratamiento con detergentes convierte a la membrana
plasmática en permeable ante el anticuerpo.
La inmunocitoquímica directa engloba la aplicación
deun anticuerpo específico o alguna molécula con afinidad
de unión específica para un antígeno asociado a
un marcador visible. Los marcadores visibles unidos
a la molécula de la inmunoglobulina pueden ser
un colorante fluorescente, como una fluoresceína
(fluorescencia verde) o rodamina (fluorescencia roja).
Al examinar la muestra con el microscopio de fluorescencia, los componentes marcados aparecen como
estructuras fluorescentes brillantes. La inmunofluorescencia
directa requiere un paso único de incubación y representa un sencillo sistema de detección. Las partículas
de oro (electrodensas) unidas a las moléculas de inmunoglobulina son consideradas unos marcadores cómodos
para el estudio inmunocitoquímico en el microscopio
electrónico.
Inmunofluorescencia indirecta
Antígeno
Segundo anticuerpo con
un marcador fluorescente
Primer anticuerpo sin
marcador fluorescente
unido al antígeno
La inmunocitoquímica indirecta precisa de la utilización de un segundo anticuerpo unido a un marcador
visible. Este segundo anticuerpo se une al primero no
marcado y específico para un antígeno determinado.
El método directo implica dos incubaciones (una
para el primer anticuerpo y otra para el segundo)
y posee una sensibilidad mayor en la identificación
de antígenos.
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El citoesqueleto es una red tridimensional de proteínas distribuidas en el citoplasma
de las células eucariotas.
El citoesqueleto interviene en:
1. El movimiento celular (deslizamiento de células sanguíneas a lo largo de las
paredes de los vasos, migración de fibroblastos durante la cicatrización y movimiento
de células durante el desarr ollo embrionario).
2. El soporte y el refuerzo de las células
3. La fagocitosis
4. La citocinesis
5. La adherencia de una célula con otras y con la matr iz extracelular
6. La modificación de la mor fología celular
Inicialmente, los componentes del citoesqueleto se identifi caron en estudios de
microscopia electrónica. En los primer os trabajos se describía un sistema de
«cables»·citoplásmicos que se clasifi caron en tres grupos según su tamaño:
1. Microfilamentos (7 nmde grosor)
2. Filamentos intermedios (10 nmde grosor)
3. Microtúbulos (25 nmde diámetro)
Los estudios bioquímicos, consistentes en la extracción de pr oteínas citoesqueléticas de la célula por medio de detergentes y sales y en la traducción in vitro de
moléculas específicas de ARNm, pusieron de manifiesto que cada tipo de fi lamento
posee una organización proteica exclusiva. Tras ser purifi cadas, las proteínas citoesqueléticas se emplearon como antígenos para la pr oducción de anticuerpos. Estos
se utilizan como herramientas para la localización de div ersas proteínas citoesqueléticas en la célula. La localización inmunocitoquímica de proteínas citoesqueléticas
(fig. 1-24) y el tratamiento de la célula con distintas sustancias químicasque alteran
la organización normal del citoesqueleto han sido de enorme utilidad para comprender la organización y la función del citoesqueleto .
Microfilamentos
La actina representa el principal componente de los microfilamentos. Los filamentos
de actina están formados por monómer os globulares (actina G, 42 kD a) que se
polimerizan para originar fi lamentos helicoidales asimétricos (actina F).
La actina es un componente citoesquelético v ersátil y abundante que forma haces
estáticos y contráctiles, así como r edes filamentosas determinadas por pr oteínas de
unión a actina y por su localización y su función especiales en la célula. Los haces de
actina F aparecen en las microvellosidades de las células epiteliales intestinales (fig. 1-25 )
y renales (borde en cepillo) y los ester eocilios de las células ciliadas del oído interno .
Hemos comentado que la por ción intracelular de las moléculas de adhesión
celular cadherinas e integrina ␤1 interaccionan con la actina F mediante pr oteínas
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-25. Haces de actina F del eje de una microvellosidad intestinal
Borde en cepillo –formado por una
capa compacta de microvellosidades–
en el dominio apical de las células
epiteliales cilíndricas intestinales.
El borde en cepillo aparece, igualmente, en las células epiteliales
cúbicas del túbulo contorneado
proximal (nefrona).
Microvellosidad intestinal
Glucocáliz
Caperuza
Célula caliciforme
La formina —una proteína de la
caperuza que interacciona con
los extremos romo en crecimiento
rápido de la actina F— favorece
el alargamiento de la actina F no
ramificada.
Proteínas de
ligamiento de
membrana
Haz
de actina
Formina
Glucocáliz
Proteínas de
entrecruzamiento de actina
Villina
Fimbrina
Miosina I
Calmodulina
Actina F
Raicillas de
los filamentos
de actina
Red
terminal
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Isoforma de
espectrina que
conecta las fibrillas
Filamentos intermedios
(queratina)
de unión (v. figs. 1-8 y 1-11 ). Como se abor dó en el capítulo 6, «S angre y hematopoyesis», la actina, junto a la espectrina, forma una r ed filamentosa en la cara
interna de la membrana de los eritr ocitos que desempeña un papel esencial para el
mantenimiento de la mor fología y de la integridad de estas células. La espectrina
es un tetrámero que consta de dos cadenas polipeptídicas difer entes (␣ y ␤).
El crecimiento de los filamentos de actina tiene lugar en ambos extremos, si bien
uno de ellos ( «extremo romo» o extremo positivo) aumenta de tamaño con may or
rapidez que el otr o («extremo puntiagudo» o extremo negativo). Los nombres se
deben al aspecto de punta de fl echa de la cabeza de la miosina unida en ángulo a
la actina. Los filamentos de actina se ramifi can en el margen adelantado (lamelipodio) de las células que inter viene en la motilidad celular y en la interacción con
otros tipos celulares. La actina F comienza a ramifi carse a partir de la cara lateral de
un filamento de actina preexistente por acción de Arp2/3 (proteína relacionada con
actina), un complejo nucleador de actina compuesto por siete pr oteínas (fig. 1-26 ).
La formina regula el ensamblaje de la actina no ramifi cada en las pr oyecciones
celulares, como las microvellosidades intestinales (v. fig. 1-25).
Los monómeros de actina poseen un sitio de unión para trifosfato de adenosina (ATP), el cual se hidroliza a difosfato de adenosina (ADP) conforme avanza
el proceso de polimerización. La polimerización de la actina depende del A TP
(v. cuadro 1-E).
La cinética de la polimerización de actina implica un mecanismo denominado«cinta
continua»: los monómeros de actina G ensamblados en un extr emo del filamento se
separan simultáneamente del otr o extremo (v. fig. 1-26). Cuatro tipos de pr oteína
controlan la «cinta continua» (v. fig. 1-26), como se detalla a continuación:
1. Latimosina secuestra agregados de monómeros de actina en el interior de las
células.
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Figura 1-26. Papel de las proteínas de unión a actina en el ensamblaje y desensamblaje de la actina F
La actina G transporta
una molécula de ATP
(una por monómero)
Timosina
Extremo romo
Profilina
Extremo romo Polimerización
Se forma una caperuza
de ATP que facilita la
adición de nuevos
monómeros de actina G.
Se hidroliza ATP.
La actina G porta moléculas
de ADP unidas.
La gelsolina corta los filamentos de actina y se une
al extremo positivo recién
formado para impedir su ulterior polimerización (cobertura).
Arp2/3 —un complejo formado
por siete proteínas— inicia la polimerización de la actina F desde
los laterales de un filamento
preexistente.
Filamento de actina cortado
Extremo romo con caperuza
Gelsolina, una proteína
con funciones de escisión
y cobertura
Extremo puntiagudo
Extremo en despolimerización
de un filamento de actina en
crecimiento
La profilina regula el ensamblaje de los filamentos
al catalizar el intercambio del ADP unido a
la actina G por ATP y propicia la transferencia
de monómeros de actina desde la timosina hacia
el extremo romo del filamento de actina.
ADP
Actina G con
ADP unido
El concepto de cinta continua se refiere al equilibrio dinámico existente entre
los extremos de polimerización y despolimerización para mantener la longitud
de los filamentos de actina.
Cuadro 1-E | Microfilamentos
• Los microfilamentos se componen de actina G, monómeros globulares que se polimerizan en presencia de
ATP para dar lugar a un polímero filamentoso largo, la
actina F, de 7 nm de espesor.
• La actina F presenta una polaridad definida: un extremo
romo o de polimerización y un extremo puntiagudo o de
despolimerización. La profilina lleva a cabo dos funciones:
corta la actina F y regula su ensamblaje al catalizar el
intercambio del ADP unido a la actina G por ATP. La
cofilina es un factor de despolimerización. El complejo
Arp2/3 pone en marcha la ramificación de la actina F.
• La cinta continua, el equilibrio dinámico entre los extremos en polimerización y despolimerización de la actina F.
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La faloidina se une a
los filamentos de actina para
impedir su despolimerización.
La faloidina unida
a un colorante
fluorescente se utiliza para
teñir los filamentos de actina
en las células. Se trata
de un alcaloide producido
por el hongo Amanita
phalloides.
7 nm
de espesor
Extremo puntiagudo Despolimerización
ATP
Las citocalasinas se unen
al extremo en crecimiento
rápido (extremo positivo),
lo que impide la incorporación
de nuevos monómeros
de actina G. Se forma
una caperuza de citocalasina.
Las citocalasinas
son alcaloides
sintetizados por hongos.
Extremo romo
El extremo en crecimiento
de un filamento de actina en
proceso de polimerización
Proteínas secuestradoras/reguladoras
La timosina secuestra la actina G en un
depósito de reserva; la profilina se une a
la actina G y regula el ensamblaje de los
filamentos.
La cofilina, un factor
de despolimerización de la actina,
estimula la disociación
de la actina y el ADP unido
a ella.
Extremo
puntiagudo
Las latrunculinas alteran
los filamentos de actina
al unirse a la actina G
e inducen de forma directa
la despolimerización
de la actina F.
Provienen de la esponja
Latrunculla magnifica,
que coloniza el mar Rojo.
Un filamento de actina tipo cinta continua está formado por monómeros de
actina G unidos a ATP en el extremo romo, mientras que los situados en el
puntiagudo están asociados a moléculas de ADP.
2. La profilina impide la enucleación de la actina G y fav orece el alargamiento
de la actina F en el extr emo romo. La pr ofilina potencia el ensamblaje de los
monómeros de actina G en fi lamentos al facilitar el inter cambio de ADP asociado
por ATP. Tan sólo los monómer os de actina unidos a A TP se ensamblan para
formar filamentos.
3. Lacofilina (también llamada factor despolimerizador de actina) pone en mar cha
la despolimerización de la actina asociada a ADP en el extr emo puntiagudo. De forma
semejante a las dos anterior es, la cofilina forma un complejo dimérico con la actina G.
4. Lagelsolina lleva a cabo una doble función: actúa como proteína de cubierta
y evita la pérdida y la adición de monómer os de actina, que también lo hace como
proteína de cor te. En presencia de Ca 2+, la gelsolina fragmenta los fi lamentos de
actina y se mantiene unida al extremo romo, de modo que forma una caperuza que
impide el crecimiento de los fi lamentos.
El ensamblaje de los monómeros de actina G en fi lamentos y la organización de
estos en haces gr uesos está sometida al contr ol de div ersos tipos de proteínas de
unión a actina o r elacionadas con actina. Unas proteínas semejantes a la actina, la
villina y la fimbrina, mantienen unido un haz de filamentos paralelos no ramificados
de actina que conforman el eje de la microvellosidad. El haz se ancla a la membrana
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Cuadro 1-F | Síndrome de Wiskott-Aldrich
• El complejo Arp2/3 es necesario para la enucleación
del ensamblaje de los entramados de filamentos de
actina. La función de las células fagocíticas y las plaquetas depende de la presencia de un esqueleto funcional de
actina.
• Un gran número de proteínas activa el complejo Arp2/3.
En ausencia de las mismas, este complejo es inactivo.
• Dos proteínas clave que se unen al complejo Arp2/3
para activarlo son la familia de proteínas del síndrome de
Wiskott-Aldrich, (WASP) integrada por varios componentes (WASP, WASP neuronal [nWASP] y SCAR/WAVE 1-3
[supresor del receptor de cAMP/proteína homóloga de
verprolina de la familia WASP 1-3]). Otros miembros
pertenecen a la familia de la cortactina, a la que pertenecen esta y la proteína específica hematopoyética.
• Las mutaciones del gen WASP, localizado en el cromosoma X, se asocian a infecciones respiratorias recidivantes (función defectuosa de los linfocitos T y B), la
disminución del número de plaquetas (trombocitopenia),
que incrementa la tendencia a la hemorragia, y el eccema
cutáneo. El síndrome de Wiskott-Aldrich afecta a los
hombres pero no a las mujeres.
plasmática a través de los braz os laterales de la miosina I y la proteína quelante de
Ca2+ calmodulina (v. fig. 1-25).
Arp2/3 y otras pr oteínas reguladoras forman un complejo de enucleación para
el ensamblaje de los filamentos ramificados de actina. Estos filamentos se ensamblan
en el margen adelantado de la célula en mo vimiento. En la micr ovellosidad, las
forminas (unas proteínas con unos dominios muy conser vados de homología con
formina, FH1 y FH2), en lugar del complejo ARp2/3, par ecen controlar el alargamiento de los filamentos no ramifi cados de actina mientras permanecen unidas al
extremo romo (v. cuadro 1-E). Las forminas se localizan en el extremo de la microvellosidad, la región de la caper uza (v. fig. 1-25).
Los hombres portadores de anomalías en pr oteínas activadoras del complejo
Arp2/3 y, especialmente, en una pr oteína de la familia de proteínas del síndrome
de Wiskott-Aldrich (WASP), presentan infecciones respiratorias recidivantes como
consecuencia de la inmunodefi ciencia hereditaria que cursa con tr ombocitopenia
(número bajo de plaquetas) desde su nacimiento y el eccema cutáneo a par tir del
primer mes de vida (v. cuadro 1-F). La mutación se her eda de la madre, portadora
sana de la mutación génica.
Las microvellosidades y los ester eocilios son estr ucturas comparables, aunque se
diferencian por su longitud y por el númer o de fi lamentos de actina: las microvellosidades intestinales presentan una longitud de 1-2 ␮m, tienen un gr osor de 0,1 ␮m
y se componen de 20 a 30 haces de filamentos de actina; los estereocilios de las células
ciliadas del oído interno muestran una morfología afilada en su base y una longitud
comprendida entre 1,5 y 5,5 ␮m, y cada haz de actina contiene hasta 900 fi lamentos
de esta molécula. Las células ciliadas son muy sensibles a los desplazamientos mecánicos y cualquier mo vimiento leve de uno de ellos se amplifi ca en cambios del
potencial eléctrico que se transmiten hacia el encéfalo . Las células ciliadas del oído
interno se tratan en el capítulo 9, «Órganos sensoriales: visión y audición».
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Microtúbulos
Los microtúbulos están formados por dímeros de tubulina (fig. 1-27 v.
; cuadro 1-G).
Cada uno de estos dímer os se compone de dos moléculas de tubulina unidas de
forma estrecha: ␣-tubulina y ␤-tubulina. Las subunidades de tubulina se disponen
en unas hileras longitudinales llamadas protofilamentos. La asociación de 13 pr otofilamentos uno al lado del otr o da lugar a un cilindr o de microtúbulos con un
eje central hueco. El diámetro del microtúbulos es de 25 nm.
De forma similar a los fi lamentos de actina, la estr uctura de los micr otúbulos
está polarizada. Poseen un extremo positivo, que se alarga con may or rapidez que
el extremo negativo (v. fig. 1-27).
A diferencia de dichos fi lamentos, casi todos los micr otúbulos individuales sufren
etapas alternas de crecimiento lento y despolimerización rápida. Este proceso, conocido como inestabilidad dinámica, engloba tr es pasos fundamentales: 1) una fase de
polimerización, en la que se añaden subunidades de GTP-tubulina al extremo positivo
del microtúbulos y se une una caperuza de GTP que facilita el alargamiento posterior;
2) liberación de fosfato hidr olizado (Pi) del GTP unido a la tubulina, y 3) una fase
de despolimerización, en la que se escinden subunidades de GTP-tubulina del extremo
negativo a una v elocidad alta. La fr ecuencia transicional de la polimerización a la
despolimerización recibe el nombre de catástrofe, mientras que la frecuencia transicional
de la despolimerización a la polimerización se denomina rescate.
Las proteínas asociadas a los micr otúbulos (MAP) modifican la estabilidad de
estas estructuras. Las MAP se dividen en dos gr upos: 1) MAP clásicas, como
MAP1A, MAP1B, MAP2 y tau, y 2) MAP no clásicas, como miembr
os de las
familias Lis1 y DCX. Las MAP estabilizan a los micr otúbulos mediante la fosforilación/desfosforilación. En el capítulo 7, «Tejido muscular», se abor dará la importancia de la fosforilación y la desfosforilación mediada por tau en la enfermedad de
Alzheimer. La ausencia de expr esión de Lis1 da lugar a una grav e enfermedad
congénita del encéfalo conocida como lisencefalia.
Centrosoma: un centro organizador de microtúbulos
El centrosoma desempeña tres funciones principales: 1) nuclea la polimerización de
las subunidades de tubulina para formar microtúbulos; 2) organiza los microtúbulos
en unidades funcionales, y 3) se duplica una v ez en cada ciclo celular.
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Cuadro 1-G | Microtúbulos
• Los microtúbulos están formados por dímeros de
tubulina, ␣ y ␤, que se polimerizan en presencia de GTP
para originar hileras longitudinales de protofilamentos. La
asociación de 13 de estos protofilamentos da lugar a un
cilindro o microtúbulo de 25 nm de diámetro.
• Los microtúbulos presentan una polaridad definida: un
extremo positivo o de polimerización y un extremo negativo o de despolimerización.
• Los microtúbulos sufren fases alternas de crecimiento
y despolimerización rápidos, un proceso llamado inestabilidad dinámica.
• Los centríolos, los cuerpos basales y los axonemas de
los cilios y los flagelos contienen microtúbulos en una
disposición determinada.
• La cinesina y la dineína citoplásmica, dos proteínas
motoras moleculares, utilizan los microtúbulos como vías
para el transporte de mercancías, contenidas o no en
vesículas.
Figura 1-27. Ensamblaje de un microtúbulo
Dímero de tubulina
β-tubulina
α-tubulina
GTP
GTP
Ensamblaje
Extremo positivo
Una caperuza de GTP hace posible la incorporación de nuevos dímeros de tubulina
Extremo en polimerización rápida
β-tubulina
La mayoría de los microtúbulos individuales pasan por
fases alternas de crecimiento
lento y despolimerización, un
proceso llamado inestabilidad dinámica.
La inestabilidad dinámica se
debe a la hidrólisis de los dímeros de tubulina unidos a
GTP, la liberación del fosfato
hidrolizado y la posterior liberación de las subunidades
de GDP-tubulina.
Extremo negativo
Extremo de polimerización lenta
Cada protofilamento presenta una
polaridad estructural definida: la
β-tubulina está expuesta en un
extremo (el extremo positivo),
mientras que la α-tubulina lo hace
en el extremo contrario (el extremo
negativo).
La polaridad es un aspecto clave
de la dinámica de la polimerización
de microtúbulos y el movimiento
direccional de los orgánulos a lo largo
de los microtúbulos y la separación de los cromosomas durante
la división celular.
α-tubulina
Un protofilamento es una hilera lineal
vertical de unidades de tubulina α y β que
se alternan a lo largo de él.
25 nm de diámetro
Cuadro 1-H | Diferencias entre los centrómeros
y los cinetocoros
• A menudo, los términos centrómero y cinetocoro se
aplican como si de sinónimos se tratara, aunque no tienen
el mismo significado.
• El centrómero (no el centrosoma) es el sitio cromosómico asociado a los microtúbulos del huso mitótico. Los
centrómeros se reconocen citológicamente como una
región angosta de cromatina en los cromosomas metafísicos, llamada constricción primaria, que contiene ADN
centromérico.
• El cinetocoro se compone de proteínas asociadas a la
cromatina centromérica de las cromátidas hermanas. El
ensamblaje del cinetocoro depende exclusivamente de la
presencia de secuencias de ADN centromérico. El centrómero y el cinetocoro intervienen en la unión de los
microtúbulos cinetocóricos al huso.
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Los microtúbulos son cilindros huecos
formados por 13 moléculas de tubulina
en disposición concéntrica
que rodean a un canal central o luz.
Los centrosomas se componen de un par de centríolos rodeados de material
pericentriolar, una sustancia amor fa electrodensa en la que abundan div ersas proteínas, como la pericentrina y la ␥-tubulina.
Los centrosomas pertenecen al centro mitótico, el cual conforma el aparato
mitótico (o meiótico) junto al huso mitótico (fig. 1-28 ).El centríolo es un cilindro
de pequeño tamaño (0,2 ␮m de ancho y 0,4 ␮m de largo) formado por nuev e tripletes de microtúbulos en una disposición helicoidal. A diferencia de la mayoría de
los microtúbulos citoplásmicos, caracterizados por la inestabilidad dinámica, los del
centríolo destacan por su gran estabilidad.
Los centríolos se disponen formando ángulos r ectos entre sí a lo largo de la
interfase. Se replican con anterioridad a la mitosis y forman dos pares. En el transcurso de la mitosis, los par es se localizan en extr emos opuestos de la célula, en los
que dirigen la formación del huso mitótico o meiótico.
Se distinguen tres tipos de microtúbulos que parten de los centrosomas: microtúbulos radiados o astrales, encargados de anclar cada centr osoma a la membrana
plasmática; microtúbulos cinetocóricos, que unen el cinetocoro cromosómico a los
centrosomas; y los microtúbulos polares, que se extienden desde ambos polos del
huso en el que se encuentran los centr osomas opuestos (v. fig. 1-28). Los cromosomas no se pueden separar de forma corr ecta cuando los cinetocor os no se han
ensamblado (v. cuadro 1-H).
El material pericentriolar contiene el complejo anular de ␥-tubulina y un gran
número de pr oteínas, como la pericentrina. Cada complejo anular de ␥-tubulina
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-28. Aparato mitótico
El aparato mitótico (o meiótico) consta de
dos componentes:
1. El centro mitótico
2. El huso mitótico
Los tres componentes del centro mitótico son
el centro organizador de microtúbulos que
rodea un par de centríolos y microtúbulos
radiados (también conocidos como microtúbulos astrales) que anclan el centro
mitótico a la membrana plasmática.
El huso mitótico está formado por dos
clases principales de microtúbulos que
parten del centro mitótico: los microtúbulos
cinetocóricos, anclados a los centrómeros
de los cromosomas metafísicos, y los
microtúbulos polares, que se solapan
entre sí en el centro de la célula y no se
asocian a los cromosomas.
Microtúbulos radiados
Microtúbulos cinetocóricos
Centro organizador de
microtúbulos
Microtúbulos polares
Huso mitótico
Centríolos
La proteínas motoras (dineína/ dinactina)
desplazan los cromosomas a lo largo
de los microtúbulos cinetocóricos a
medida que estos se acortan —en la
dirección de la flecha— en el cinetocoro como consecuencia de la pérdida
de tubulina-GDP
Centro mitótico
Cromosoma
Centrómero
Cinetocoro
Microtúbulo
cinetocórico
Los cinetocoros están formados por varias proteínas
ensambladas en el ADN centromérico en el transcurso de la mitosis y la meiosis. La región del cromosoma en la que tiene lugar el ensamblaje del cinetocoro es el centrómero.
Cinetocoro
Cromosoma
Dineína/dinactina
Tubulina-GDP
ADN centromérico
representa el lugar de enucleación o el molde para el ensamblaje y el alargamiento
de un microtúbulo. Los centríolos no inter vienen directamente en la enucleación
de microtúbulos en el centrosoma. Los dímeros de tubulina se asocian al anillo de
␥-tubulina a través de la subunidad de ␣-tubulina. Por tanto, el extremo negativo de
cada microtúbulo se orienta hacia el centrosoma, y el positivo, en proceso de alargamiento, hacia fuera y queda libr e en el citoplasma.
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Microtúbulos en cilios y flagelos
Los centríolos dan lugar a los cuerpos basales, de estructura similar, a partir de los
cuales se forman los cilios (v . fig. 1-5) y los fl agelos. El síndrome de Bardet-Biedl
se debe a una alteración del ensamblaje de los cuerpos basales y los cilios debida al
transporte anómalo de proteínas filiares (v. cuadro 1-I). Los cilios y los fl agelos son
proyecciones citoplásmicas móviles que contienen un eje de micr otúbulos denominado axonema (fig. 1-29). Este consta de nueve dobletes de microtúbulos periféricos
que se disponen alrededor de un par central de micr otúbulos. Esta organización se
conoce como confi guración 9 + 2 (v. cuadro 1-J).
Cada doblete periférico se compone de un micr otúbulo completo (denominado
túbulo A, con 13 protofilamentos) que comparte su pared con un segundo microtúbulo
parcialmente completo (túbulo B, con 10-11 protofilamentos). Los espolones radiales
parten del túbulo A hacia la v aina interna amorfa que rodea el par central de micr otúbulos. Los dobletes periféricos adyacentes se unen a través de la pr oteína nexina.
Desde ambos laterales de túbulo A se pr oyectan dos conjuntos de braz os proteicos:
Cuadro 1-I | Síndrome de Bardet-Biedl
los brazos interno y externo de dineína, una adenosina trifosfatasa (ATPasa) asociada a
• El síndrome de Bardet-Biedl (BBS) es un trastorno los microtúbulos. En presencia de ATP, los cilios y flagelos se inclinan como consecuencia
pleiotrópico (multisistémico) que se manifiesta con dis- del deslizamiento de los dobletes periféricos en r elación con los demás. El deslizamiento
trofia retiniana asociada a la edad, obesidad, polidactilia, y la fl exión de los microtúbulos son los mecanismos básicos de su mo vimiento.
displasia renal, anomalías del aparato reproductor y dificultades de aprendizaje.
• El BBS se debe a una alteración de los cuerpos
basales y los cilios por una disfunción del transporte
basado en los microtúbulos (transporte intraciliar), el
cual es necesario para el ensamblaje, el mantenimiento
y el funcionamiento de los cuerpos basales, los cilios y
los flagelos (transporte intraflagelar).
• Se han identificado ocho genes BBS (BBS1-8). No se
conoce bien el origen del grado de variabilidad clínica de
la BBS.
Importancia clínica: fármacos contra los microtúbulos y esterilidad
Se dispone de dos gr upos de fármacos antimitóticos que actúan sobr e los microtúbulos: compuestos desestabilizadores de los micr otúbulos, los cuales inhiben su
polimerización, y compuestos estabilizadores de los microtúbulos, que influyen en
su función al eliminar la inestabilidad dinámica.
El primer gr upo engloba la colchicina, la colcemida, la vincristina y la vinblastina, que se unen a la tubulina para inhibir la polimerización de los micr otúbulos, lo que supone la parada de la mitosis. La colchicina forma par
te del tratamiento
clínico de la gota. La vincristina y la vinblastina, deriv ados de alcaloides Vinca
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Figura 1-29. Axonema
Una de las principales funciones de la vaina interna y de los
espolones radiales es la estabilización de la inclinación del axonema.
Las tectinas son proteínas filamentosas que se extienden a lo largo
de los microtúbulos. Junto a los enlaces de nexina, las tectinas crean
un andamiaje para los microtúbulos o bien intervienen en el ensamblaje
de las estructuras asociadas al axonema.
Espolón radial
Vaina interna
9
Túbulo A
(13 protofilamentos)
Túbulo B
(10-11 protofilamentos)
Brazo externo
de dineína
1
Túbulo A
2
8
3
Enlace de nexina
7
Espolón radial
4
Tectina
Brazo externo de dineína
6
Brazo interno de dineína
Membrana
plasmática
5
Par central de microtúbulos
(cada uno con 13 protofilamentos)
La posición relativa de los túbulos A y B y de sus brazos
laterales de dineína confiere una polaridad definida y una
orientación en el sentido de las agujas del reloj al corte
transversal del axonema (dirección 1 a 9).
Cuadro 1-J | Componentes principales
de los axonemas ciliar y flagelar
• Microtúbulos: principal componente del axonema. Las
proteínas motoras emplean los microtúbulos del
axonema como vías para el transporte intraciliar o intraflagelar de mercancías. De igual modo, el transporte
axónico basado en los microtúbulos depende de las
proteínas motoras.
• Tectinas: proteínas semejantes a los filamentos intermedios que se extienden a lo largo de los microtúbulos
del axonema y parecen conferir resistencia mecánica
adicional a este.
• Brazos de dineína: ATPasa responsable del movimiento
ciliar y flagelar. Las cabezas se encuentran en contacto
con los microtúbulos externos adyacentes a una distancia periódica y se desplazan a lo largo de ellos.
• Enlaces de nexina: una organización semejante a un
cinturón que estabiliza a los nueve pares concéntricos
externos de los microtúbulos.
• Espolones radiales: se proyectan desde cada uno de
los nueve dobletes externos de los microtúbulos hacia
la vaina interna que rodea al par central.
• Vaina interna: una estructura que rodea el par central
de microtúbulos y se encuentra en contacto con el
extremo globular de los espolones radiales.
28 |
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Túbulo B
Cilios (corte transversal)
aislados de las hojas de la planta vincaper vinca, son efi caces frente a neoplasias
hematológicas infantiles (leucemias). La neur otoxicidad, debida a la alteración del
flujo axónico dependiente de micr otúbulos —desaparición de los micr otúbulos y
de la unión de pr oteínas motoras a micr otúbulos— y la mielodepr esión son dos
efectos secundarios de los fármacos fr ente a los microtúbulos.
En el segundo gr upo figura el paclitaxel (procedente de la cor teza del tejo) y su
efecto es el contrario: estabiliza los micr otúbulos en lugar de inhibir su ensamblaje
(fig. 1-30). El paclitaxel se ha utilizado de forma frecuente como tratamiento del cáncer
de mama y o várico. De manera similar a los alcaloides de la vinca, sus principales
efectos secundarios son la neur otoxicidad y la supresión de la hematopoyesis.
El síndrome de Kartagener es un trastorno autosómico recesivo que suele cursar
con bronquiectasias (dilatación permanente de br onquios y bronquíolos) y esterilidad en el hombre.
Este síndrome se debe a la existencia de anomalías estr ucturales en el ax onema
(dineína defectuosa o ausente) que impiden el aclaramiento mucociliar en las vías r espiratorias (lo que origina infecciones persistentes) y reduce la movilidad de los espermatozoides y el transporte del óvulo en el o viducto (lo que da lugar a esterilidad).
Microtúbulos: vías del citoesqueleto para el transporte de mercancías
por acción de las proteínas motoras
El transporte de mercancías mediante vesículas u otros medios tiene lugar a lo largo
de los microtúbulos y la actina F. Algunos motores moleculares específicos se asocian
a los microtúbulos y la actina F para movilizar mercancías hacia determinados sitios
intracelulares. Los motores moleculares basados en los microtúbulos para el transporte a larga distancia de mercancía son la cinesina y la dineína citoplásmica. Los
motores basados en la actina F son las miosinas no conv encionales Va y VIIa,
encargadas del transporte a corta distancia. En el capítulo 11, «S istema tegumentario», se comentan otr os aspectos del mecanismo de transpor te de mer cancías
basado en la actina F en r elación con el transpor te de los melanosomas.
A continuación, se describen tr es ejemplos de transpor te de mercancías basado
en los microtúbulos en mamíferos (v. cuadro 1-K):
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-30. Compuestos que bloquean la función de los microtúbulos
β-tubulina
α-tubulina
La unión de la colchicina a dímeros de tubulina
impide su ensamblaje para formar microtúbulos.
Igualmente, la vinblastina y la vincristina,
que forman parte de tratamientos antitumorales,
inhiben la polimerización de la tubulina.
El nocodazol es otra proteína inhibidora
de la polimerización de tubulina.
Extremo positivo
Complejo tubulina-colchicina
El paclitaxel se une a los microtúbulos para impedir
su polimerización. Esta molécula interrumpe la mitosis
al alterar el ensamblaje y el desensamblaje dinámicos
del huso mitótico necesario para la segregación
de los cromosomas a las células hijas.
Los fármacos antimitóticos son unos potentes
inhibidores de la polimerización y la despolimerización
de los microtúbulos del huso mitótico. Estos compuestos se unen a distintos sitios de la molécula de la tubulina
y su combinación puede ser más eficaz desde el punto
de vista terapéutico.
Extremo negativo
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Cuadro 1-K | Transporte de mercancías
basado en los microtúbulos
por los motores moleculares
• Los microtúbulos participan en el tráfico intracelular de
material o mercancías incluidos o no en vesículas.
• Las proteínas motoras moleculares, como la cinesina y
la dineína citoplásmica, se encargan del transporte de
mercancías a larga distancia, mientras que el transporte
a corta distancia se da en los filamentos de actina.
• Se conocen tres sistemas de transporte principales
basados en los microtúbulos: 1) transporte axonémico,
el cual incluye el transporte intraciliar y el transporte
intraflagelar; 2) transporte axónico, y 3) transporte intramanguito.
• El transporte axonémico es un mecanismo clave para
el suministro de dímeros de tubulina y otras moléculas al
extremo distal de poli de los microtúbulos de cilios y flagelos. Los axonemas provienen de los cuerpos basales, unas
estructuras derivadas de los centríolos que contienen
microtúbulos.
• El transporte axónico reviste una enorme importancia
para el tráfico de vesículas cargadas con neurotransmisores en las sinapsis neuronales.
• El transporte intramanguito es necesario en los episodios morfogenéticos durante el desarrollo de los espermatozoides. El manguito es una estructura temporal que
contiene microtúbulos asociada a un anillo perinuclear
que se ensambla durante el alargamiento de la cabeza
de la espermátida y, posteriormente, se desorganiza.
1. Transporte axonémico, el cual engloba los fl agelos (transporte intraflagelar) y
los cilios (transporte intraciliar) (fig. 1-31). En el transporte axonémico, la cinesina
y la dineína citoplásmica mo vilizan las partículas a lo largo de los dobletes de micr otúbulos del axonema. El transporte axonémico defectuoso se traduce en el ensamblaje
anómalo de los cilios y de los flagelos, lo que se asocia a enfermedad renal poliquística,
degeneración retiniana, disfunción ciliar respiratoria y agenesia de la cola del espermatozoide. Como se ha apuntado anteriormente (v . cuadro 1-H), el síndrome de
Bardet-Biedl es un trastorno debido a la disfunción de los cuerpos basales/cilios como
consecuencia de la producida en el transporte basado en los micr otúbulos.
2. Transporte axónico, a lo largo del axón de las neur onas (v. fig. 1-31).
3. Transporte intramanguito, a lo largo de los micr otúbulos de una estr uctura
temporal formada por micr otúbulos, el manguito, que se organiza en el transcurso
del alargamiento de la cabeza de la espermátida (v . capítulo 20, «Espermatogenia»).
Transporte axónico
Los axones son las pr oyecciones citoplásmicas de las neur onas encargadas de la
conducción de los impulsos ner viosos. Las v esículas rodeadas de membrana que
contienen neurotransmisores sintetizados en el soma de la neur ona viajan hacia la
porción terminal del axón, en el que v acía su contenido en la sinapsis.
Los haces de microtúbulos forman vías en el seno del axón para el transpor te de
estas vesículas, el cual tiene lugar a través de dos pr oteínas motoras (v. fig. 1-31):
1. Cinesina
2. Dineína citoplásmica
Las cinesinas y las dineínas citoplásmicas intervienen en dos tipos de mo vimiento de transporte intracelular:
1. Movimiento saltatorio, definido por el movimiento continuo y aleatorio de
las mitocondrias y las v esículas.
2. Transporte axónico, un movimiento intracelular más dir ecto de estructuras
limitadas por membranas.
Las cinesinas y las dineínas citoplásmicas poseen dos cabezas de unión al A TP y
una cola. La hidrólisis continua del ATP por acción de las ATPasas presentes en las
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Figura 1-31. Transporte intraciliar y axónico de mercancías
Transporte intraciliar
1 El transporte anterógrado de mercancías a lo largo
de un microtúbulo corre a cargo de la cinesina.
Dímero
de tubulina
Microtúbulo
Extremo negativo
Cinesina
Sitio de ensamblaje
de la tubulina
Extremo
positivo
Regreso de las proteínas balsa, proteínas
del axonema ciliar o
cualquier otro material
al cuerpo celular.
1
Cuerpo basal
Proteínas balsa
3
2
Dineína citoplásmica
El mecanismo de transporte de mercancías múltiples
podría basarse en un complejo de proteínas balsa.
2 El transporte retrógrado
de mercancías a lo largo de
un microtúbulo depende de la
dineína citoplásmica.
3
Desensamblaje de la maquinaria motora
molecular-mercancía complejo de proteínas balsa.
Transporte axónico
Neurona
Extremo negativo
Cinesina
1 El transporte anterógrado de una vesícula a lo largo
de los microtúbulos depende de la cinesina.
Microtúbulo
Axón
Extremo positivo
Sinapsis
1
2
Vesícula sináptica
reciclada
Neurotransmisor
2 La dineína citoplásmica se ocupa del transporte
retrógrado de una vesícula a lo largo de un microtúbulo.
Aparato de Golgi
Dineína
citoplásmica
Receptor del
neurotransmisor
liberado en la sinapsis
cabezas da lugar a energía. Los dominios de las cabezas interaccionan con los
microtúbulos, mientras que la cola se asocia a sitios de unión de r eceptores específicos localizados en la superfi cie de vesículas y orgánulos.
La cinesina aprovecha la energía generada mediante la hidrólisis del A TP para
transportar vesículas desde el soma de la neurona hacia la porción terminal del axón
(transporte anterógrado). De igual modo, la dineína citoplásmica utiliza ATP como
fuente de energía para desplazar v
esículas en sentido contrario (transporte
retrógrado).
La familia de la miosina se asocia a la actina F para formar
las estructuras contráctiles
Las proteínas pertenecientes a la familia de la miosina se unen al A
TP, al que
hidrolizan, con el fin de obtener energía para desplazarse a lo largo de los filamentos
de actina desde el extr emo puntiagudo (negativ o) hacia el r omo (positivo). La
miosina I y la miosina II representan los dos miembros principales de la familia de
la miosina ( fig. 1-32 ;v. cuadro 1-L).
La miosina I, la cual es considerada una miosina no convencional, está presente
en todos los tipos celulares, y consta de una cabeza y una cola. La cabeza se asocia a
una única cabeza ligera, interacciona con los filamentos de actina y posee una ATPasa
que permite el movimiento de la miosina I a lo largo de los fi lamentos mediante su
asociación, separación y nueva unión. La cola se une a v esículas u orgánulos. El desplazamiento de la miosina I a lo largo de un filamento de actina supone el transporte
de la vesícula o el orgánulo. Las moléculas de miosina I presentan un tamaño menor
que el de las miosina II, car ecen de cola larga y no forman dímer os.
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Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-32. Clases de moléculas de miosina y su funcionamiento
Escisión proteolítica de la miosina II en sitios
específicos
Miosina II
Subfragmento S1
Actina F
Dominios de unión a actina y ATPasa.
La cabeza de miosina II aporta la fuerza
motriz para el movimiento. El ATP impulsa
el movimiento de las cabezas de miosina
a lo largo de los filamentos de actina.
Bisagra
proteolítica
cabeza-cola
Cadenas ligeras
Meromiosina pesada
(HMM)
Bisagra proteolítica
colaboración
La miosina II posee una cola larga
(150 nm), α-helicoidal enrollada, que
permite el autoensamblaje de varias
moléculas para formar un agregado
bipolar o filamento.
Meromiosina ligera
(LMM)
Región de autoensamblaje
Monómero
Dímero
Tetrámero
Agregado bipolar de
moléculas de miosina II
La base de la
contracción muscular
Extremo romo
(positivo)
Extremo puntiagudo
(negativo)
Actina F
Extremo puntiagudo
(negativo)
Actina F
1
2
Actina F
1 La miosina II se desplaza a lo largo de la actina F hacia
el extremo romo. Obsérvese que las cabezas apuntan en sentidos
opuestos.
2 La unión de dos filamentos adyacentes de actina F
en cualquiera de los extremos de un agregado bipolar provoca
el movimiento de la actina F en sentidos contrarios (contracción).
Miosina V
Miosina I
Actina F
Actina F
La miosina I (miosina no convencional) posee una cabeza
única y una cola corta. La
cola impulsa el movimiento de
mercancías, como vesículas
secretoras.
Cabeza
Dominio de unión
a actina y ATPasa
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Extremo
puntiagudo
(negativo)
Dominio de unión
a actina y ATPasa
Cabeza
Cadena ligera
Dominio de unión a
mercancías
Vesícula
Cola
Dominio de
cola globular
Proteína
adaptadora
Vesícula
La miosina V (miosina no convencional) posee una cabeza doble
con dominios ATPasa y de unión
a actina F. Las colas terminan
en un dominio globular que se
une a vesículas por medio de una
proteína adaptadora unida a Rab27a,
el receptor de vesículas.
Rab27a
La miosina II, una miosina convencional, aparece tanto en las células musculares
como en las no muscular es. La miosina II se compone de un par de moléculas
idénticas. Cada una de ellas posee una cabeza con una A TPasa y una cola larga
similar a un bastón. Las colas del dímero están en contacto en toda su longitud para
formar un bastón enr oscado formado por dos hebras. La cola de la miosina II se
autoensambla para crear dímeros, tetrámeros y un fi lamento bipolar en los que las
cabezas se separan de la línea media.
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Cuadro 1-L | Tipos de miosinas
• Las miosinas pertenecen a una gran familia de proteínas motoras que producen movimiento a lo largo de los
filamentos de actina a partir de energía obtenida por
hidrólisis de ATP.
• Se distinguen dos grupos de miosinas: la miosina
convencional, la miosina II, que impulsa la contracción
muscular y los procesos contráctiles en células
no musculares, y las miosinas no convencionales (no
musculares) —las miosinas I y V, entre otras—, que
intervienen en el movimiento de mercancías contenidas
en vesículas en el seno de la célula.
• La miosina II se compone de dos polipéptidos, cada
uno de los cuales presenta una cabeza globular unida a
una cola enroscada alrededor de la cola del polipéptido
pareja. Las colas se autoensamblan para dar lugar a
filamentos bipolares. Cada cabeza, que contiene también
una cadena ligera, posee un sitio de unión a actina con
actividad ATPasa, que es estimulada por la unión de
actina y regulada por la cadena ligera.
• La miosina I posee una cabeza solitaria y una cola más
corta que la miosina II. No interviene en el transporte de
vesículas a lo largo de los filamentos de actina F.
• La miosina V cuenta con dos cabezas y dos colas
enroscadas una a otra. Las cabezas contienen sitios de
unión para el ATP y la actina. El extremo distal de las colas
se recluta por medio de vesículas en un proceso en el
que interviene el receptor de vesículas Rab27a.
• La interacción de la miosina V con Rab27a participa en
la transferencia de melanosomas desde los melanocitos
a los queratinocitos. La transferencia defectuosa de melanosomas desde los melanocitos a los queratinocitos del
tallo del cabello debido a una mutación de los genes
Rab27a o miosina Va da lugar al síndrome de Griscelli
de tipos I y II. Los sujetos aquejados de este síndrome
presentan pelo canoso, albinismo parcial, alteraciones
neurológicas ocasionales e inmunodeficiencia.
Las dos cabezas —están unidas aunque apuntan en sentidos opuestos— se unen
a los filamentos de actina adyacentes de polaridad opuesta. Cada cabeza de miosina
asociada a la actina F se muev e hacia el extr emo romo (positivo). Por tanto, cada
uno de los dos fi lamentos de actina se desplaza en relación con el otro y se produce
la contracción (v. fig. 1-32).
Las cabezas y las colas de la miosina II se escinden por acción de div ersas enzimas
(tripsina o papaína) para dar lugar a la meromiosina ligera (LMM) y la meromiosina
pesada (HMM). La LMM forma fi lamentos, si bien car ece de actividad ATPasa y no
se asocia a la actina. La HMM se une a la actina, puede hidr olizar moléculas de ATP
y no forma fi lamentos. Genera fuerza en el transcurso de la contracción muscular y
puede escindirse en dos subfragmentos denominados S1, cada uno de los cuales contienen una porción ATPasa y cadenas ligeras, y puede asociarse a fi lamentos de actina.
La miosina V, una miosina no convencional, posee una cabeza doble y una cola
doble enroscada. La región de la cabeza se une a la actina F; los extremos globulares
distales de las colas se unen a Rab27a, un receptor presente en las membranas de
vesículas. La miosina Va interviene en el transpor te vesicular a lo largo de los trayectos de actina. E l transporte de melanosomas desde los melanocitos a los queratinocitos, el cual se realiza en primer lugar a lo largo de los microtúbulos y más tarde
de la actina F, constituye un ejemplo específi co.
Las mutaciones en los genes Rab27a y miosina Va dan lugar a alteraciones del
transporte en la actina F. Un ejemplo de las mismas en el ser humano es el síndrome
de Griscelli, un trastorno autosómico r ecesivo infrecuente caracterizado por la
dilución del pigmento del pelo debido a anomalías en el transpor te de los melanosomas y asociado a anomalías de la actividad citotóxica de los linfocitos T y complicaciones de naturaleza neurológica.
En la figura 1-33 se resumen las propiedades estructurales y funcionales de las
proteínas motoras.
Fosforilación de las cadenas ligeras por la cinasa de las cadenas
ligeras de la miosina
El autoensamblaje de la miosina II y su interacción con los fi lamentos de actina en
las células no musculares tienen lugar en lugar es específicos definidos por las necesidades funcionales. Estos acontecimientos están sometidos al contr ol de la enzima
cinasa de las cadenas ligeras de la miosina (MLCK), la cual fosforila una de las
cadenas ligeras de la miosina (denominada cadena ligera reguladora) presentes en
la cabeza de la miosina. La pr oteína quelante de Ca 2+, la calmodulina, regula la
actividad de la MLCK (fig. 1-34 ).
La MLCK presenta un dominio catalítico y un dominio regulador. La actividad
2+
cinasa se libera como consecuencia de la unión de la calmodulina y el Ca
. El
2+
complejo MLCK-calmodulina-Ca cataliza la transferencia de un grupo fosfato del
ATP a la cadena ligera de la miosina y esta se desplaza de forma cíclica a lo largo
de la actina F para generar fuer za y contracción muscular.
La fosforilación de una de las cadenas ligeras de la miosina pr oduce dos efectos:
1. Exposición del sitio de unión a actina de la cabeza de la miosina. Este paso
reviste una importancia clave en la interacción de la cabeza de la miosina con el haz
de actina F.
Figura 1-33. Comparación de las proteínas motoras
32 |
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Miosina I
Miosina II
Cinesina
Dineína
citoplásmica
Número de cabezas
Una
Dos
Dos
Dos
La cola se une a
Membrana
plasmática
Miosina II
Vesícula
Vesícula
La cabeza se une a
Actina
Actina
Microtúbulo
Microtúbulo
Dirección
del movimiento
de la cabeza hacia
Extremo romo
(positivo)
Extremo romo
(positivo)
Extremo
positivo
Extremo
positivo
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-34. Fosforilación de las cadenas ligeras de miosina II en células no musculares
En el músculo esquelético, la regulación de la interacción entre
la actina y la miosina se basa en la unión de Ca2+ a la troponina.
En el músculo liso y las células no musculares, la contracción
está controlada por la fosforilación de una de las cadenas
ligeras de la miosina.
1 La actividad de la cinasa de las cadenas ligeras
de la miosina está bajo el control del complejo calmodulina-Ca2+. El aumento de las concentraciones
citosólicas de Ca2+ induce la unión de la calmodulina
al dominio regulador de la cinasa de las cadenas
ligeras de la miosina.
La unión de calmodulina y Ca2+ al
dominio regulador de MLCK activa
esta cinasa
P
P
Cadena ligera
de la miosina
Dominio
regulador
Cinasa de las cadenas
ligeras de miosina
(inactiva)
Fosforilación de la cadena
ligera de la miosina
2 El complejo calmodulina Ca2+-cinasa de las cadenas
ligeras de miosina activa fosforila
la cadena ligera en presencia
de ATP.
La miosina inactiva se
convierte en miosina activa,
la cual se une a la actina F.
Actina F
Calmodulina
Ca 2+
1
P
Miosina
inactiva
Dominio
catalítico
AD
P
Ca2+
2
Las miosinas II inactivas tienen sus
regiones de cola replegadas y están
muy próximas a la cabeza de la miosina. Las miosinas II activas presentan
colas extendidas.
Miosina
activa
Complejo calmodulina-Ca2+ cinasa de las cadenas ligeras
de miosina activa
ATP
Miosina
activa
2. Liberación de la cola de la miosina de su sitio de inser ción pegajoso próximo
a la cabeza de la miosina. S e trata de otro paso esencial, ya que tan sólo las colas de
miosina extendidas pueden autoensamblarse para formar fi lamentos bipolares, un
requisito para la contracción muscular (v . fig. 1-33).
En las células del músculo liso, una fosfatasa elimina el grupo fosfato de las cadenas
ligeras de la miosina. La contracción del músculo esquelético no depende de la fosforilación de dichas cadenas. La contracción muscular se abordará con mayor detalle en
la sección en la que se describe el tejido muscular (v . capítulo 7, «Tejido muscular»).
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Filamentos intermedios
Los filamentos intermedios ( fig. 1-35) conforman un gr upo heterogéneo de estructuras que reciben ese nombre debido a que su diámetro (10 nm) se encuentra a mitad
de camino entre el de los micr otúbulos (25 nm) y el de los micr ofilamentos (7 nm).
Los filamentos intermedios son los elementos citoesqueléticos más estables.
Los tratamientos con detergentes y sales extraen los componentes de los micr otúbulos y los microfilamentos, mientras que los filamentos intermedios se mantienen
insolubles. Todos los filamentos intermedios contienen un monómero formado por
un bastón ␣-helicoidal acompañado de dominios de cabeza y cola ( fig. 1-36 ).
La estructura del filamento intermedio no varía de un estado ensamblado a otro
no ensamblado, como en el caso de los micr
otúbulos y los micr ofilamentos.
A diferencia de la actina y la tubulina, el ensamblaje y el desensamblaje de los
filamentos intermedios están controlados por su fosforilación.
Los monómeros proteicos de los fi lamentos intermedios se componen de tr es
dominios (v. fig. 1-36): un dominio en forma de bastón ␣-helicoidal central fl anqueado por un dominio en bastón N-terminal no helicoidal y un dominio de cola
C-terminal. A lo largo del proceso de ensamblaje, se asocian pares de dímeros, creados
mediante la alineación paralela de monómer os, para formar tetrámeros en orientación laterolateral antiparalela. La alineación terminoterminal de alr ededor de ocho
tetrámeros da lugar a un protofilamento. Los par es de pr otofilamentos se unen
lateralmente para originar una protofibrilla, y cuatro de ellas —formadas por ocho
protofilamentos— se pliegan para cr ear un fi lamento intermedio semejante a una
cuerda (v. fig. 1-36). Los fi lamentos intermedios carecen de polaridad estr uctural, a
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Cuadro 1-M | Tipos de proteínas
de los filamentos intermedios
• Tipos I (ácidas) y II (básicas)
Queratinas (40-70 kDa): las queratinas se organizan en
forma de heteropolímeros de tipos I y II. Los distintos
tipos de queratinas se coexpresan en las células epiteliales, el pelo y las uñas. En diversos trastornos cutáneos
(enfermedades ampollosas y epidermólisis) aparecen
mutaciones en los genes que codifican queratinas.
• Tipo III (pueden autoensamblarse para formar homopolímeros)
Vimentina (54 kDa): presente en células de origen
mesenquimatoso.
Desmina (53 kDa): componente de los discos Z del
músculo estriado y las células del músculo liso.
Proteína fibrilar glial ácida (GFAP 51 kDa): presente en
los astrocitos.
Periferina (57 kDa): forma parte de los axones del
sistema nervioso periférico.
• Tipo IV
Neurofilamentos (NF): en las neuronas se coexpresan
tres formas que se organizan en heteropolímeros: NF-L
(ligera, 60 a 70 kDa), NF-M (mediana, 105 a 110 kDa)
y NF-H (pesada, 135 a 150 kDa).
␣-internexina (66 kDa): componente de las neuronas
en desarrollo.
• Tipo V
Laminas A y B (60-70 y 63-68 kDa, respectivamente):
presentes en la lámina nuclear asociada a la capa
interna de la envoltura nuclear. Mantienen la integridad
de esta última. Un grupo de trastornos humanos
—laminopatías— se asocian a mutaciones en el gen
lamina A (LMNA) (v. cuadro 1-N).
34 |
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Figura 1-35. Estructura fina de los principales componentes del citoesqueleto
Filamentos intermedios
(10 nm de espesor)
Microtúbulos
(25 nm de espesor)
Haz formado por
filamentos de actina
(7 nm de espesor)
diferencia de la actina F y los microtúbulos. Los extremos de un filamento intermedio
no pueden distinguirse entr e sí. Los motor es moleculares asociados a un fi lamento
intermedio tendrían difi cultades para discernir entre una dirección y otra.
La función fundamental de los filamentos intermedios es aportar soporte mecánico a la célula. Se han identifi cado cinco tipos principales de pr oteínas en estos
filamentos con arr eglo a la homología de secuencia del dominio de bastón. S
e
dividen en los tipos I a V (v. cuadro 1-M). Hasta ahora se han descrito alr ededor
de 50 proteínas de los fi lamentos intermedios.
Tipo I (queratinas ácidas) y tipo II (queratinas neutras a básicas). Esta clase de
proteínas aparece en los fi lamentos intermedios del citoesqueleto de las células
epiteliales (conocidas como citoqueratinas para difer enciarlas de las queratinas del
pelo y de las uñas). Este tipo de fi lamento intermedio se compone de cantidades
iguales de citoqueratinas ácidas (40-60 kD a) y neutras-básicas (50-70 kD a). Las
queratinas de los tipos I y II forman tonofi lamentos asociados a distintas moléculas presentes en las placas citoplásmicas de los desmosomas y los hemidesmosomas (v. figs. 1-18 y 1-19 ). Retomaremos las proteínas de unión a los fi lamentos
intermedios, como las filagrinas, en la sección r elativa a la difer enciación de los
queratinocitos en la epidermis de la piel (v . capítulo 11, «S istema tegumentario»),
y la plectina, en la corr espondiente a la r ed citoesquelética protectora presente en
las células del músculo esquelético (v . capítulo 7, «Tejido muscular»).
En la epidermis de la piel, las células basales expr esan las queratinas K5 y K14.
Las células superiores en fase de difer enciación expresan las queratinas K1 y K10.
La K9 se localiza en algunas z onas de la epidermis, como en el ár ea palmoplantar.
Las mutaciones en K5 y K14 dan lugar a trastornos cutáneos ampollosos hereditarios
pertenecientes al gr upo de la epidermólisis ampollosa simple (v. más adelante,
«Importancia clínica: fi lamentos intermedios y enfermedades ampollosas»).
Tipo III. Este grupo engloba las siguientes pr oteínas de los fi lamentos intermedios:
Generalmente, la vimentina (54 kDa) aparece en células de origen mesenquimatoso. En algunas células, esta pr oteína crea una conexión estr uctural entre la
membrana plasmática y las láminas nuclear es.
La desmina (53 kDa) forma parte de las células del músculo esquelético y se localiza
en el disco K del sarcómero (v. capítulo 7, «Tejido muscular»). Esta pr oteína de los
filamentos intermedios mantiene unidos los componentes contráctiles individuales de
los sarcómeros al disco Z e interviene en la coordinación de la contracción de las células
musculares. De igual modo, se localiza en las células del músculo liso.
La proteína gliofibrilar ácida (GFAP) (51 kDa) está presente en los astrocitos y
algunas células de Schwann (v. capítulo 8, «Tejido nervioso»).
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-36. Ensamblaje de un filamento intermedio
1 Dos monómeros forman
un dímero paralelo.
2 Dos dímeros (en disposición antiparalela
laterolateral) forman un tetrámero. La polaridad
desaparece como consecuencia de la adopción
de una alineación antiparalela.
4 Los pares de protofilamentos se
asocian lateralmente para crear una
protofibrilla.
3
Los tetrámeros adoptan una alineación
terminoterminal para dar lugar a un protofilamento.
10 nm
5 Cuatro protofibrillas se
enroscan para originar un filamento intermedio similar a
una cuerda de 10 nm de espesor.
Monómero básico de un filamento intermedio
Cabeza
Bastón
Cola
C-terminal
N-terminal
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
46 nm
La periferina (57 kDa) forma parte de las neuronas del sistema nervioso periférico y se coexpresa junto a las proteínas de los neurofilamentos (v. capítulo 8, «Tejido
nervioso»).
Tipo IV. Los elementos más impor tantes son los neurofilamentos.
Los neurofilamentos (NF) se encuentran en los ax ones y las dendritas de las
neuronas. Un neurofilamento se compone de tr es tipos de pr oteínas: NF-L (60 a
70 kDa), NF-M (105 a 110 kD a), y NF-H (135 a 150 kD a), que constituy en
neurofilamentos de peso molecular bajo, intermedio y alto, r espectivamente.
La ␣-internexina (66 kD a) aparece fundamentalmente en el sistema ner vioso
central (en especial, en la médula ósea y el ner vio óptico).
Tipo V. Tres genes codifi can las proteínas pertenecientes a este gr upo, las laminas
nucleares: LMNA, LMNB1 y LMNB2. Las laminas A y C se forman como consecuencia del corte y empalme alternativ o de los transcritos codifi cados por el gen LMNA.
El gen LMNB1 codifica la lamina B1, la cual se expresa en todas las células somáticas. El
gen LMNB2 codifica la lamina B2, que también se expr esa en todas las células
somáticas, y la lamina B3, una proteína exclusiva de las células espermatogénicas.
Las laminas nucleares (60-70 kDa) se diferencian de otras pr oteínas de los fi lamentos intermedios por su organización en una r ed ortogonal, la lámina nuclear,
que se asocia a la membrana interna de la env oltura nuclear. Las laminas apor tan
soporte mecánico a la env oltura nuclear y se asocian a la cr omatina. Por su importancia clínica, r etomaremos a las laminas nuclear es y las pr oteínas asociadas al
abordar la organización de la env oltura nuclear.
Un grupo de enfermedades humanas, que r eciben el nombr e de laminopatías,
son secundarias a anomalías en las proteínas de la envoltura nuclear, como las laminas
(v. cuadro 1-N). Muchas laminopatías afectan a los músculos cardíaco y esquelético,
el tejido adiposo (lipodistrofias), y los ner vios periféricos motores y sensitivos.
Se han propuesto dos hipótesis sobre el mecanismo patogénico de las laminopatías:
1. Según la hipótesis de la expresión génica, las laminas A y C son dos proteínas
clave para la expresión correcta específica de tejido de algunos genes.
2. La hipótesis del estrés mecánico sostiene que las anomalías en las laminas A
y C debilitan la integridad estr uctural de la envoltura nuclear.
Durante la mitosis, la fosforilación de los residuos de serina de las laminas da
lugar a un desensamblaje de la r ed, debido a que sucede la degradación de la
envoltura nuclear en pequeños fragmentos. Al fi nal de la mitosis, se desfosforilan
las laminas y se organizan de nuev o la red de laminas y la env oltura nuclear. En la
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Cuadro 1-N | Características clínicas
de las laminopatías
• Se dividen en tres grupos: distrofia muscular, lipodistrofia parcial y neuropatía. Debidas a mutaciones en los
genes que codifican la lamina A o C y afectan a los
músculos esquelético y cardíaco, y a la distribución del
tejido adiposo.
• La distrofia muscular de Emery-Dreifuss (fenotipo hereditario mediante mecanismo autosómico dominante y
recesivo, y ligado al cromosoma X, este último debido a
mutaciones en el gen emerina): contracturas en el tendón
de Aquiles, debilidad muscular y caquexia graduales
lentas, miocardiopatía con anomalías de la conducción.
• Distrofia muscular de la cintura de las extremidades:
debilidad muscular progresiva de la cintura pélvica, de la
porción proximal del brazo y de los músculos de las
extremidades inferiores. Miocardiopatía dilatada.
• Enfermedad de Charcot-Marie-Tooth de tipo 2B1: neuropatía motora y sensitiva distal de las extremidades
superiores, y proximal y distal de las inferiores.
Nota: La enfermedad de Charcot-Marie-Tooth de tipo 1
ligada al cromosoma X se caracteriza, asimismo, por las
neuropatías motoras y sensitivas en el sistema nervioso
periférico, si bien se deben a una mutación en el gen
conexina32 (Cx32) expresado en las células de Schwann.
Afecta a la mielina.
• Lipodistrofia parcial familiar de tipo Dunnigan: se manifiesta en la pubertad con pérdida de tejido adiposo subcutáneo del tronco y de las extremidades, y acumulación
de tejido adiposo en la cara y el cuello.
sección relativa al núcleo celular se describe el mecanismo de fosforilación y desfosforilación de las laminas durante el ciclo celular .
Hemidesmosomas y filamentos intermedios
Los hemidesmosomas constituy en uniones especializadas que apar ecen en las
células basales del epitelio escamoso estratifi cado adosado a la membrana basal
(fig. 1-37 ).En el inter ior de la célula, las pr oteínas BPAG1 (antígeno 1 del
penfigoide ampolloso) y plectina (pertenecientes a la familia de la plaquinas de
proteínas de entr ecruzamiento) se asocian a filamentos intermedios (también
llamados tonofilamentos). La plectina conecta estos filamentos con la subunidad ␤4
de las integrinas.
En la cara extracelular , la integrina ␣6␤4, BPAG2 (antígeno 2 del penfi goide
ampolloso) y la laminina 5, una proteína presente en unas estructuras especializadas
denominadas filamentos de anclaje, conectan los hemidesmosomas a la lámina
basal. La pr oteína relacionada con la plaquina BP AG1 se asocia a BP AG2, una
proteína transmembrana portadora de un dominio colágeno extracelular . Es decir,
BPAG1 actúa como puente entre la proteína transmembrana BPAG2 y los filamentos intermedios. La alteración de este puente, como en el caso del penfi
goide
ampolloso, provoca la separación de la epidermis de los sitios de anclaje en la lámina
basal. BPAG1 y BPAG2 fueron identificados en sujetos con penfi goide ampolloso,
una enfermedad autoinmunitaria.
Importancia clínica: filamentos intermedios y enfermedades ampollosas
El penfigoide ampolloso es una enfermedad ampollosa autoinmunitaria semejante
al pénfigo vulgar (llamado «penfi goide»). En la zona de unión de la epidermis y la
dermis aparecen ampollas o bullas como consecuencia de las reacciones cruzadas de
la inmunoglobulina G (IgG) circulante con el antígeno 1 o 2 del penfi goide ampolloso. Los complejos I gG-antígeno así formados estimulan la pr oducción de complejos del complemento (C3, C5b y C9), los cuales dañan las uniones de los
hemidesmosomas y alteran la síntesis de las pr oteínas de anclaje por las células
basales (fig. 1-38 ).
La producción de toxinas locales induce la desgranulación de los mastocitos y la
liberación de factores quimiotácticos para los eosinófi los Las enzimas liberadas por
estos últimos dan lugar a ampollas o bullas.
Los filamentos intermedios r efuerzan el citoesqueleto celular . La expr esión de
genes mutados de queratinas origina el ensamblaje anómalo de los fi lamentos de
queratina, los cuales debilitan la r esistencia mecánica de la célula y dan lugar a
afecciones cutáneas hereditarias, como indica la figura 1-39 :
1. Epidermólisis ampollosa simple, caracterizada por la formación de ampollas
cutáneas debido a traumatismos leves. Se desarrolla como consecuencia de la expresión de los genes mutados de las queratinas 5 y 14.
2. Hiperqueratosis epidermolítica, en la cual se pr oduce una queratinización
excesiva de la epidermis debido a la pr esencia de mutaciones en los genes de las
queratinas 1 y 10.
3. Queratodermia palmoplantar epidermolítica, una enfermedad cutánea que
se distingue por la fragmentación de la epidermis de las palmas de las manos y de
las plantas de los pies, y se r elaciona con una mutación del gen de la queratina 9.
NÚCLEO CELULAR
Envoltura nuclear y complejo del poro nuclear
El núcleo de las células de los mamífer os se compone de tres elementos principales:
1) la envoltura nuclear; 2) la cromatina, y 3) el nucléolo. La envoltura nuclear está
formada por dos membranas concéntricas separadas por el espacio perinuclear . La
membrana nuclear interna se asocia a la lámina nuclear (v. cuadro 1-O ),la cromatina y las ribonucleoproteínas. La membrana nuclear externa se continúa con las
del retículo endoplásmico y puede asociarse a ribosomas.
El complejo del poro nuclear presenta una estructura tripartita formada por un
cuerpo cilíndrico central situado entr e los anillos octagonales interno y externo,
cada uno de los cuales consta de ocho par tículas proteicas. El cilindro central se
compone de un tapón central y ocho espolones radiales ( fig. 1-40 ).Se desconoce
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Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-37. Estructura y composición de un hemidesmosoma
Filamentos de queratina
(tonofilamentos)
Filamentos intermedios de queratina
(tonofilamentos)
Lámina
Placa
Membrana
plasmática
Lámina basal
Plectina
Placa
Lámina
BPAG1
(antígeno 1
del penfigoide
ampolloso)
230 kDa
Filamentos
de anclaje
BPAG2
(antígeno 2
del penfigoide
ampolloso)
180 kDa
Subunidad β4
de integrina
Filamento
de anclaje
(laminina 5)
BPAG1 (un miembro de la familia de las plaquinas) y BPAG2 (una proteína
transmembrana con un dominio colagenoso extracelular) conectan la
lámina basal a los filamentos intermedios.
Lámina
basal
La plectina (un miembro de la familia de las plaquinas) y la subunidad β4
de la integrina (que forma un complejo con la subunidad α6) conectan
la lámina basal con los filamentos intermedios.
Hemidesmosomas
cuál es la función exacta de cada proteína del complejo del poro nuclear en el tráfico
nucleocitoplásmico.
Los complejos del poro nuclear embebidos en la env oltura nuclear establecen
vías de comunicación para el tráfi co de macr omoléculas entre el compar timento
citoplásmico y el núcleo. Las moléculas de pequeño tamaño molecular (menores de
40-60 kDa) atraviesan por difusión el complejo de por o nuclear. Las proteínas de
cualquier tamaño molecular que contienen la secuencia de aminoácidos de localización nuclear (NLS, Pro-Lis-Lis-Lis-Arg-Lis-Val) son importadas al núcleo a través
de un mecanismo con gasto de energía (que pr ecisa de ATP y GTP).
Figura 1-38. Origen del penfigoide ampolloso, un trastorno autoinmunitario
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
1 Un anticuerpo circulante contra el antígeno
del penfigoide ampolloso (BPAG1 o BPAG2)
estimula una respuesta local que induce la
liberación del factor quimiotáctico de
eosinófilos (ECF) por parte de los mastocitos
para atraer a los eosinófilos.
2 Los eosinófilos secretan proteasas que
degradan los filamentos de anclaje que
unen la lámina de unión del hemidesmosoma
a la lámina basal. Se forma una ampolla.
2
1
IgG
Mastocito
Factor
quimiotático
de eosinófilos
Eosinófilos
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Figura 1-39. Enfermedades cutáneas producidas por mutaciones en las queratinas de los filamentos intermedios
Queratodermia
palmoplantar
epidermolítica
Queratina B (epidermis
palmoplantar)
Hiperqueratosis
epidermolítica
Queratinas 1 y 10
Capa córnea
Capa granulosa
Epidermis
Capa espinosa
Queratinas 5 y 14
Epidermólisis ampollosa
simple
Capa basal
Lámina basal
Fotografías tomadas de Callen JP, et al.:
Color Atlas of Dermatology. Philadelphia,
WB Saunders, 1993.
Dermis
Epidermólisis ampollosa simple
Hiperqueratosis epidermolítica
Mutación de queratinas 5 y 14.
Se forman ampollas poco después del nacimiento
en lugares sometidos a presión o fricción.
Las ampollas se localizan en los dedos del lactante.
Mutación de queratinas 1 y 10.
La queratinización excesiva provoca
la degradación de la epidermis.
Queratodermia palmoplantar
epidermolítica
Mutación de la queratina 9.
Este trastorno se limita a la epidermis
de las palmas de las manos
y de las plantas de los pies.
Transporte nucleocitoplásmico: Ran-GTPasa
Ran (GTPasa nuclear similar a Ras), una pequeña GTPasa de la super familia de
Ras que determina la direccionalidad del transporte nucleocitoplásmico, controla la
importación/exportación nuclear de proteínas.
Ran atraviesa los poros nucleares para acumularse en el compar timento nuclear
a través de un mecanismo de transpor te activo (fig. 1-41 ).
1. En el núcleo, se mantiene una concentración alta de Ran-GTP por acción
de RCC1, una proteína de intercambio de GDP-GTP unida a la cr omatina. RanGTP determina la disociación de las pr oteínas importadas portadoras de NLS al
unirse a la importina ␤, la proteína receptora del transportador.
2. En el sentido contrario, del núcleo hacia el citoplasma, la unión de Ran-GTP
a la proteína transportadora exportina/Crm 1 propicia el ensamblaje de complejos
que contienen proteínas con la secuencia de exportación nuclear (NES).
3. En el citoplasma, Ran-GTP se convierte en Ran-GDP por acción de la RanGTPasa, activada por dos pr oteínas colaboradoras: Ran-GAP (proteína activadora
de Ran-GTPasa) y RanBP (proteína de unión a Ran-GTP). P or tanto, la pr oteína
exportada se separa de la r eceptora del transportador exportina/Crm1 y Ran-GTP.
Las importinas y las exportinas se reciclan al ser transportadas de nuevo a través del
complejo del poro nuclear.
Por otra parte, Ran-GTPasa interviene en el ensamblaje del huso mitótico .
Cromatina
La cromatina se defi ne como partículas o «cuentas» (llamadas nucleosomas) sobre
una cadena de ADN bicatenario ( fig. 1-42). Cada nucleosoma se compone de un
núcleo de octámeros de histonas rodeado por alrededor de dos vueltas de ADN. E l
octámero de histonas contiene dos moléculas de cada una de las histonas H2A,
H2B, H3 y H4. La histona H1 establece enlaces cr uzados en la molécula de ADN
que envuelve el octámero.
La cromatina está condensada en cromosomas separados que pueden visualizarse
en el transcurso de la mitosis (o la meiosis). Los cromosomas individuales no pueden
identificarse durante la interfase (fases G1, S y G2 del ciclo celular), si bien se encuentran en un estado difuso o no condensado .
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Figura 1-40. Envoltura nuclear y complejo de poro nuclear
Las nucleoporinas filamentosas Phe-Gly del canal
central contienen sitios de anclaje para proteínas de
mercancía-factor de transporte nuclear que pasan a
través del canal desde el citoplasma o el núcleo.
El conjunto de las proteínas del complejo
del poro nuclear recibe el nombre de
nucleoporinas
Nucleoporina Phe-Gly
Fibrilla proteica
asociada a cada
partícula proteica
Canal central
Partícula proteica
del anillo citoplásmico
octagonal
Espolón radiado
Citoplasma
Factor de transporte nuclear
Mercancía
Espaciador
Poro central
Membrana
nuclear externa
Espacio perinuclear
Membrana nuclear
interna
Partícula proteica
del anillo nuclear
octagonal
Laminas A, B y C
Mitocondria
Cestillo nuclear
Actina F
Nesprina-1/2
Núcleo
Actina F
Proteína de filamentos
intermedios
Plectina
Nesprina-3 Nesprina-1/2
Membrana nuclear
externa
Receptor de
lamina B (LBR)
Dímero Sun1
Espacio perinuclear
Emerina
Membrana nuclear
interna
Las laminas se unen a varias proteínas de la
membrana nuclea interna: el receptor de lamina B
(LBR), la emerina, los polipéptidos asociados a
laminas 1C (LAP1C) y 2β (LAP2β). El dímero proteico
Sun1 une las laminas a las nesprinas insertadas en la
membrana nuclear externa. La nesprina 1/2 se asocia
a la actina F y la nesprina 3 se une a la plectina, la cual
se asocia, a su vez, a las proteínas de los filamentos
intermedios.
Las mutaciones de la emerina —que se une a las
laminas A y B— y el receptor de la lamina B —que se
une a la lamina B— dan lugar a la distrofia muscular de
Emery- Dreifuss y la anomalía de Pelger-Huet en los
granulocitos sanguíneos (diferenciación incompleta).
La mutación homocigótica en el gen que codifica el
receptor de lamina B origina la displasia esquelética
de Greenberg, una condrodistrofia embrionaria mortal.
Lamina B1/B2
Lamina A/C
Poros nucleares
Cromatina
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Polipéptido asociado a Polipéptido asociado
lamina 1C (LAP1C) a lamina 2β (LAP2β)
La cromatina difusa, denominada eucromatina («cromatina verdadera»), es
activa desde el punto de vista de la transcripción (síntesis de ARN) y r
epresenta
alrededor del 10% de la cr omatina total. La eucr omatina es el lugar de síntesis de
los precursores de los ARN no ribosómicos, como el ARNm y el ARN de transferencia (ARNt). La cromatina condensada, conocida como heterocromatina («cromatina diferente») no es activ a desde el punto de vista de la transcripción y
corresponde aproximadamente al 90% de la cr omatina total ( fig. 1-43 ).
Compensación de la dosis: inactivación de uno de los cromosomas X
La inactivación al azar de uno de los dos cromosomas X en todas las células somáticas
femeninas recibe el nombre de compensación de la dosis. Ambos cr omosomas X
permanecen activos en los o vocitos. La inactivación tiene lugar al azar , ya que se
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Figura 1-41. La Ran-GTPasa dirige el transporte nucleocitoplásmico
1 En el citoplasma, Ran-GDP
se asocia a las importinas β y α.
Esta última reconoce la NLS
de las proteínas de importación
nuclear. La importina β se une a
Ran-GDP.
Ran aparece en dos formas que pueden unirse a GTP y GDP e interaccionan
de forma diferente con las proteínas. Un gradiente de concentración de RanGTP/Ran-GDP a través de la envoltura nuclear controla el transporte direccional de muchas proteínas por los poros nucleares. La conversión entre ambas
formas y el ensamblaje/desensamblaje de los complejos proteicos depende
de proteínas reguladoras.
Ran-GDP
Citoplasma
Proteína con
secuencia de
localización
nuclear (NLS)
GDP
GDP
Ran-GDP
Pi
Ran-GBP1
Ran-GDP
Ran-GAP
GDP
Complejo importina α/β
4 En el citoplasma, la
proteína exportada que
contiene NES se separa
de Ran GTP al interaccionar
con Ran-GBP1, seguida
de la hidrólisis del GTP
inducida por Ran-GAP.
Ran-GDP libera su mercancía y se prepara para
la translocación de proteínas portadoras de NLS
hacia el núcleo, como se
muestra en 1 .
GTP
Importina β
Envoltura nuclear
Importina α
1
4
Complejo del poro nuclear
Núcleo
Proteína-NLS
Exportina/Crm1
Importina β
Ran-GDP
GTP
Ran-GTP
Importina α
RCC1
(intercambiador
GDP-GTP)
Ran-GTP
GTP
Cromatina
2
3
2 En el núcleo, tras la translocación del complejo proteico Ran-GDPimportina- αβ/NLS, se libera la importina β de Ran y la importina α se
separa de la proteína con NLS, la cual queda libre. RCC1, una proteína
intercambiadora de nucleótidos de guanina unida a la cromatina
produce Ran-GTP.
3 En el núcleo, Ran-GTP se asocia
a exportinas (p. ej., exportina Crm1)
necesarias para la exportación al citoplasma de las proteínas portadoras
de NES.
• Las laminas, proteínas de los filamentos intermedios
de tipo V, son los principales componentes de la lámina
nuclear.
• Las laminas se unen a proteínas de la membrana
nuclear interna, como emerina (con ocho dominios transmembrana), receptor de lamina B, polipéptidos asociados
a laminas 1 y 2␤, y nesprina-1␣, una proteína con varias
repeticiones similares a espectrina que se une a lamina A
y emerina (v. fig. 1-40).
• Las laminas y las proteínas asociadas intervienen en
la organización de la cromatina, el espaciamiento de los
complejos del poro nuclear y el reensamblaje del núcleo
tras la división celular.
• Las mutaciones en los genes que codifican las laminas
y las proteínas de unión a laminas dan lugar a diversas
enfermedades (conocidas como laminopatías) (v. cuadro
1-L). El síndrome de progeria de Hutchinson-Gilford
(envejecimiento prematuro) se debe a una mutación en el
gen de la lamina A.
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GTP
GDP
Cuadro 1-O | Lámina nuclear
40 |
Proteína con secuencia
de exportación nuclear
(NES)
inactiva el cromosoma X paterno o materno . La elección deja de ser aleatoria en la
descendencia de estas células. La inactiv ación de la transcripción de uno de los dos
cromosomas X tiene lugar el día 12 posterior a la fecundación en el tr ofoblasto y el
día 16 en el embrión.
En el ser humano, el cr omosoma X inactivado se reconoce por la pr esencia del
corpúsculo de Barr, una masa de heter ocromatina próxima a la env oltura nuclear
o un elemento en forma de palillo de tambor en los leucocitos polimor fonucleares
(v. fig. 1-43). Si una célula posee más de dos cr omosomas X, los extranumerarios
se inactivan y se visualiza más de un corpúsculo de B arr.
Nucléolo
El nucléolo representa el lugar de síntesis del ARN ribosómico (ARNr) y del ensamblaje de las subunidades r ibosómicas. Contiene diversas proteínas necesarias para el
procesamiento del pre-ARNr, como la fibrilarina y la nucleolina. Contiene, además,
la proteína nucleoestemina, relacionada con la biogenia del ribosoma. La nucleolina
y la nucleoestemina son pr oteínas transportadoras que viajan desde el nucléolo hacia
el nucleoplasma para interaccionar con la proteína p53, la cual confi ere protección
frente a las lesiones en el ADN al impedir la r eplicación del ADN en condiciones de
estrés genómico. Esta proteína se analiza en una sección posterior (v . fig. 1-54 ).
En esencia, el nucléolo es una estr uctura nuclear multifuncional formada por
proteínas estables que par ticipan en la síntesis ribosómica y en el transpor te de
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
3/5/12 10:49:02 AM
Figura 1-42. Estructura de la fibra de cromatina: el nucleosoma
El ADN se enrolla 1,65 veces
alrededor del núcleo
de octámeros de histonas
H1, una histona de unión,
se une al ADN enrollado
alrededor del núcleo de
octámeros de histonas
El núcleo de octámeros
de histonas se compone
de dos moléculas de cada
una de las histonas
H2A, H2B, H3 y H4
Figura 1-43. Inactivación del cromosoma X
Corpúsculos de Barr
en células de un frotis
del epitelio bucal
Palillo de tambor
en un neutrófilo
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Compensación de la dosis
El cromosoma X inactivo continúa condensado durante
la mayor parte de la interfase del ciclo celular.
Aparece como una mancha de cromatina teñida
intensamente (corpúsculo de Barr o cromatina X)
en un número variable de núcleos (30-80%) de una mujer
normal. Se observa un pequeño palillo de tambor
en el 1-10% de los neutrófilos en las células femeninas.
La inactivación de uno de los cromosomas X se
produce de forma aleatoria (cromosoma X paterno
o materno).
Si la célula presenta más de dos cromosomas X,
los cromosomas adicionales se inactivan y el número
máximo de corpúsculos de Barr de cada núcleo será
uno menos del número total de cromosomas X del cariotipo.
Fibra de cromatina
formada por la disposición
linear de los nucleosomas
Un nucleosoma
(10 nm de diámetro)
es la unidad estructural
básica de la cromatina
moléculas entre el nucléolo y el nucleoplasma para desempeñar funciones no
nucleolares.
Desde el punto de vista estr uctural, el núcleo consta de tr es componentes
principales (fig. 1-44 ;v. cuadro 1-P).
1. Un centro fibrilar (que corresponde a la cromatina que contiene genes repetidos para ARNr, ARN polimerasa I y ARN de la partícula de reconocimiento de
señales [SRP]).
2. Un componente fibrilar denso (que contiene ARNr naciente, el cual está
sometido a algunas etapas de pr ocesamiento). Aparecen, además, la fibrilarina y la
nucleolina.
3. Un componente granular (en el que concluye el ensamblaje de las subunidades ribosómicas, que contienen ARNr 18S [subunidad pequeña] y ARNr 28S
[subunidad grande]). La nucleoestemina, una proteína sin relación con la biogenia
de los ribosomas, coexiste con los componentes granular es.
El nucléolo se disocia en el transcurso de la mitosis y er aparece de nuevo al comienzo
de la fase G 1. En el núcleo puede aparecer más de una masa nucleolar, cada una de las
cuales representa el pr oducto de un cr omosoma con una región organizadora del
nucléolo (NOR). En algunas células con inter fase prolongada, como las neur onas, la
fusión de varias masas nucleolares da lugar a un nucléolo solitario de gran tamaño .
El proceso activo de síntesis de ARN se visualiza mediante micr oscopia electrónica (fig. 1-45) al extender el contenido nuclear de células con cientos de nucléolos (p. ej., ovocitos de anfibio). Los genes que codifican el ARNr aparecen en forma
de unidades génicas repetidas en el hilo de la cromatina, de manera similar a «árboles
de Navidad» que apuntan en la misma dir ección y están separados por secuencias
espaciadoras no transcritas. Más de 100 moléculas de ARN polimerasa I que sintetizan un número equivalente de fibrillas, cada una de ellas dotada de un gránulo
terminal, recubren la región correspondiente al ARNr.
Cada fibrilla representa una molécula ribonucleoproteica precursora del ARNr
(45S) con una orientación perpendicular al eje de cr omatina, de forma similar a las
ramas de un árbol. E l precursor de ARNr de 45S se separa del eje de cr omatina y
se escinde en ARNr de 28S, 18S y 5,8S.
El ARNr de 18S y las pr oteínas asociadas forman la subunidad pequeña del
ribosoma. Los ARNr de 28S y 5,8S, junto al ARNr de 5S sintetizado fuera del
nucléolo, dan lugar a la subunidad grande del ribosoma.
La ARN polimerasa II transcribe el precursor del ARNm y la ARN polimerasa III
se ocupa de transcribir el ARNt.
Localización de los ácidos nucleicos
Las técnicas de citoquímica y autorradiografía (fig. 1-46) aportan información acerca
de la distribución celular y de la síntesis de los ácidos nucleicos.
La reacción de
Feulgen se utiliza para localizar el ADN (v. cuadro 1-Q ).Los colorantes básicos,
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Figura 1-44. Componentes del núcleo y el nucléolo
El núcleo de las células eucariotas se separa del citoplasma por
medio de la envoltura nuclear, una membrana concéntrica doble
procedente del retículo endoplásmico. La envoltura nuclear se
interrumpe a intervalos aleatorios por los complejos del poro
nuclear, unas estructuras con nucleoporinas que controlan
el flujo de moléculas entre los compartimentos nuclear y
citoplásmico.
Envoltura nuclear
Nucléolo
Eucromatina
NOR
Las proteínas nucleolares nucleolina y fibrilarina se localizan en
el componente fibrilar denso. La nucleoestemina se halla en el
componente granular. La ARN polimerasa I se encuentra en el centro
fibrilar.
Heterocromatina
Envoltura nuclear
Retículo endoplásmico
rugoso
Heterocromatina
(inactiva desde el punto
de vista de la transcripción)
Nucléolo
Eucromatina
(activa desde
el punto de vista
de la transcripción;
ARNm y ARNt)
Componente fibrilar
denso
Núcleo de célula pancreática
Nucléolo
NOR
NOR
Componente
granular
Lámina nuclear
Centro fibrilar
Poro nuclear
Cromatina asociada al nucléolo
(región organizadora del nucléolo, NOR)
Nucléolo
ADN
Nucleoestemina
p53
Nucleolina
Proteína A de
replicación (RPA)
Nucleoplasma
Como respuesta al estrés celular, la unión de nucleoestemina y nucleolina a p53 y su posterior inactivación (de modo que no puede ser
reclutada hacia el ADN) inhibe el paso de la célula a la fase S (síntesis
de ADN). La nucleolina crea un complejo con RPA (necesario para
el comienzo de la síntesis del ADN) que se asocia a p53.
Componente fibrilar
denso
Componente
granular
Centro fibrilar
como el azul de toluidina, confi eren coloración al ADN y al ARN (v . cuadro 1-R).
El pretratamiento con deso xirribonucleasa (ADNasa) y la ribonucleasa (ARN asa)
permite definir la distribución del ADN y del ARN a través de la eliminación selectiv
a
de uno de los ácidos nucleicos.
La autorradiografía y los precursores marcados con radioactividad de uno de
los ácidos nucleicos permiten determinar el momento de su síntesis. En esta técnica,
las células vivas se exponen a un pr ecursor radioactivo del ADN ([ 3H]timidina) o
ARN ([3H]uridina). Como consecuencia de esta exposición, el ADN o el ARN
sintetizados incorporan el precursor radioactivo. La radiactividad se detecta al recubrir a las células de una fi na capa de emulsión fotográfi ca. Los cristales con plata de
la emulsión se exponen a las estr ucturas celulares que contienen ADN o ARN. Los
granos de plata indican la localización de las estr ucturas marcadas al r evelar la
emulsión. Este abordaje se ha aplicado de manera frecuente con el fin de determinar
la duración de las distintas fases del ciclo celular .
42 |
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Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-45. Procesamiento del ARN ribosómico
Molécula precursora
de ARNr maduro (45S)
ARN polimerasa
Dirección de síntesis
de ARN (extremo 5’ a 3’)
Fibra de cromatina
Microfotografía electrónica tomada de Franke WW et al.: Morphology of
transcriptional units of rDNA. Exp Cell Res 100:233-244, 1976.
Fibra
de cromatina
Molécula precursora
de ARNr naciente
18S
pre-ARNr
Procesamiento de pre-ARNr
5,8S
18S
5,8S
Dirección
de síntesis de ARN
(extremo 5’ a 3’)
Molécula precursora
de ARNr naciente
28S
5,8S
18S
ARN polimerasa
28S
El precursor de ARNr se compone de tres
elementos: 18S, 28S y 5,8S. El componente
adicional 5S procede de otro gen.
28S
5S
Alrededor de 30 proteínas
se asocian a la molécula
18S para originar la subunidad ribosómica pequeña (40S).
Aproximadamente 45 proteínas se ensamblan
con las moléculas 28S,
5,8S y 5S para formar
la subunidad ribosómica
grande (60S).
Complejo del poro nuclear
Núcleo
Envoltura nuclear
Citoplasma
Polirribosoma
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Polirribosoma
ARNm
25 nm
Ribosoma
ensamblado
CICLO CELULAR
El ciclo celular se define como el intervalo existente entre dos divisiones mitóticas
sucesivas que dan lugar a la formación de dos células hijas (fig. 1-47 ).Tradicionalmente, el ciclo celular se ha dividido en dos fases principales: 1)interfase y 2) mitosis
(también conocida como fase M).
1. EPITELIO
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Figura 1-46. Localización de los ácidos nucleicos
Reacción de Feulgen
1 La hidrólisis con ácido clorhídrico
da lugar a la formación de grupos aldehído
en la desoxirribosa (glúcido del ADN)
pero no en la ribosa (glúcido del ARN).
Autorradiografía
2 La cromatina con ADN
adquiere color púrpura debido
a que la reacción de los grupos
aldehído con el reactivo de Schiff
incoloro origina un producto
de color púrpura.
HCl
Citoplasma
Núcleo
Nucléolo
El nucléolo no se tiñe
(los centros fibrilares intranucleolares
que contienen ADN no pueden
visualizarse con el microscopio óptico).
Basofilia
1 El azul de toluidina, un colorante básico,
se une a los grupos fosfato con carga negativa del ADN
y el ARN. La cromatina (ADN), el nucléolo (ARN)
y los ribosomas adosados al retículo endoplásmico
(ARN) se tiñen de color azul. Estas estructuras
son basófilas.
Retículo endoplásmico
rugoso
Nucléolo
2 Pretratamiento
con ADNasa seguido
de tinción con azul
de toluidina para
identificar las áreas
que contienen ARN.
ADNasa
ARNasa
Retículo
endoplásmico
rugoso
Núcleo
Nucléolo
Núcleo
Reacción de Feulgen
3 Pretratamiento
con ARNasa seguido
de tinción con azul
de toluidina para identificar
las áreas que contienen ADN.
Reacción de PAS
En esta autorradiografía se muestra la captación
de [3H]timidina por los núcleos de las células
epiteliales del intestino (duodeno).
El precursor radiomarcado se inyectó en un animal
de experimentación, que se sacrificó 24 h después.
Los cortes histológicos fueron recubiertos
por una emulsión fotográfica y expuestos
a la oscuridad durante 48 h.
El revelado de la emulsión fotográfica seguido
de la tinción del corte puso de manifiesto
la localización de los granos de plata (puntos
negros) en algunos núcleos que se encontraban
en la fase S (síntesis de ADN) del ciclo celular.
Basofilia
Basofilia tras digestión con ARNasa
Nucléolos no
teñidos
Retículo endoplásmico rugoso
Cromatina
positiva para
Feulgen
Nucléolo
negativo para
Feulgen
Núcleo no
teñido
Glucógeno
teñido
Hígado
Páncreas
El ADN se tiñe de púrpura. Las
El glucógeno del citoplasma
proteínas del nucléolo se tiñen de
de los hepatocitos se tiñe de púrpura.
verde con un colorante de contraste. El núcleo no se tiñe.
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Nucléolo
Cromatina
teñida
Cromatina
teñida
Páncreas
Los ácidos nucleicos (ADN
en la cromatina y ARN en el nucléolo
y el retículo endoplásmico rugoso)
se tiñen.
Páncreas
Tras el tratamiento con ARNasa sólo
se tiñe la cromatina. Los nucléolos
y el retículo endoplásmico rugoso no
se tiñen.
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
3/5/12 10:49:03 AM
Cuadro 1-P | Nucléolo
• El nucléolo es el lugar de síntesis, procesamiento y
modificación del pre-ARNr y del ensamblaje inicial del
prerribosoma. Asimismo, contiene proteínas que carecen
de relación con la síntesis del ribosoma y el transporte
entre el nucléolo y el nucleoplasma para desempeñar
funciones específicas.
• El nucléolo consta de tres componentes: 1) centros
fibrilares; 2) un componente fibrilar denso que rodea a los
centros fibrilares, y 3) un componente granular. La síntesis
del pre-ARNr tiene lugar en la interfaz entre los centros
fibrilares y el componente fibrilar denso que lo rodea. Los
transcritos nacientes del pre-ARNr se extienden hacia el
componente fibrilar denso y migran hacia el componente
granular, en el que se produce el procesamiento, la modificación y el ensamblaje de los prerribosomas.
• Los centros fibrilares contienen cromatina y factores de
transcripción, así como la ARN polimerasa I. El componente fibrilar denso, el lugar de procesamiento inicial del
pre-ARNr, consta de pequeñas ribonucleoproteínas que
intervienen en la modificación del ARN. El componente
granular representa alrededor del 75% de la masa nucleolar; los gránulos corresponden a prerribosomas.
• El nucléolo desaparece durante la profase mitótica y se
reorganiza de nuevo hacia el final de la telofase en unas
regiones cromosómicas específicas denominadas regiones organizadoras del nucléolo (NOR).
Cuadro 1-Q | Reacciones de PAS y Feulgen
• Ambas reacciones se basan en el reactivo de Schiff.
• En la reacción de PAS, el ácido peryódico forma
grupos aldehído en glúcidos de las glucoproteínas a
través de un proceso de oxidación.
• En la reacción de Feulgen, el ácido clorhídrico
genera grupos aldehído en la desoxirribosa mediante
hidrólisis.
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Cuadro 1-R | Basofilia y acidofilia
En muchas técnicas de tinción citológica se utilizan colorantes ácidos y básicos.
• Los colorantes básicos o catiónicos presentan radicales coloreados con carga positiva que establecen
uniones electrostáticas con los grupos ácidos (p. ej.,
grupos fosfato en los ácidos nucleicos). El azul de toluidina es un colorante catiónico que se une a grupos fosfato
del ADN y del ARN para conferir una coloración azulada.
El ADN y el ARN son basófilos (presentan afinidad de
unión por colorantes básicos).
• Los colorantes ácidos o aniónicos presentan radicales coloreados con carga negativa que forman enlaces
electrostáticos con grupos básicos. La eosina es un
colorante aniónico que tiñe a muchas proteínas. Se considera que las proteínas básicas son acidófilas (con afinidad por colorantes ácidos).
La etapa más r elevante de la inter fase es la fase S, en el transcurso de la cual se
replica el ADN nuclear. La fase S se ve precedida por un intervalo o gap denominado
fase G1. Con anterioridad al comienz o de la mitosis tiene lugar la fase G2, durante
la cual se v erifica que la r eplicación del ADN haya fi nalizado antes de ponerse en
marcha la fase M. E n esencia, las fases G 1 y G 2 crean un marco temporal para el
crecimiento celular antes y después de la síntesis del ADN. E l crecimiento celular
es clave para la duplicación de la masa celular como pr eparación para la división
celular.
Las células situadas en la fase G 1 pueden comprometerse con la r eplicación del
ADN y pasar a la fase S o bien detener el avance hacia la siguiente fase S. Las células
que no ingresan en la fase S se encuentran en un estado de reposo conocido como
fase G0, una fase en la que la célula puede permanecer varis días, meses o años antes
de entrar de nuevo en el ciclo celular.
La noción más moderna del ciclo celular sostiene que es un pr oceso progresivo
coordinado encaminado a la compleción de tr es ciclos diferentes:
1. Un ciclo citoplásmico, que corresponde a la activación secuencial de proteína
cinasas dependientes de ciclinas en presencia de ciclinas.
2. Un ciclo nuclear, en el que se replica el ADN y se condensan los cromosomas
de cara a la división celular .
3. Un ciclo centrosómico, el cual consiste en la duplicación de los dos centríolos,
llamados centríolos madre e hija, y en el ensamblaje de las proteínas pericentriolares
en preparación para la organización del huso mitótico durante la mitosis o la meiosis
(v. fig. 1-47). Cabe r ecordar de nuestra exposición pr evia acerca del centr osoma
como centro organizador de microtúbulos que los complejos anulares de ␥ tubulina
son complejos nucleador es de micr otúbulos que interaccionan con la pr oteína
pericentrina en el material pericentriolar . La alteración de esta interacción supone
la interrupción del ciclo celular durante la transición entre las fases G2 y M, de modo
que la célula sufre una muerte celular programada o apoptosis. Los cuerpos basales,
el lugar de origen de los cilios y los fl agelos, provienen de los centríolos.
Las actividades de los complejos formados entr e las pr oteína cinasas dependientes de ciclinas y las ciclinas reglan la progresión temporal de los ciclos nuclear
y centrosómico (v. cuadro 1-S ).En la figura 1-48 se ofr ece información más
detallada.
Autorradiografía y FACS: análisis de la dinámica del ciclo celular
Se pueden estudiar las distintas fases del ciclo celular por medio de la autorradiografía. Las células de la fase S se r econocen mediante la detección de la síntesis de
ADN con [ 3H]timidina como precursor radiomarcado. Las células se pueden teñir
a través de la emulsión revelada con el fi n de identifi car la localización exacta de los
granos de plata solapados.
Es posible estimar la progresión temporal de las células a lo largo de las div ersas
fases del ciclo celular mediante pulsos br eves y pr olongados de [ 3H]timidina. El
número de células radiomarcadas durante la interfase (habitualmente, alrededor del
30%) representa el índice de marcaje de la fase S. La fracción de células radiomarcadas que se encuentran en mitosis (índice mitótico) señala que el precursor radiomarcado que ingresó en la célula a lo largo de la fase S ha pasado de la fase G 2 a la
fase M.
Una técnica alternativa a la autorradiografía es la determinación del contenido
de ADN (valor C 1,5 pg por célula haploide) mediante un selector celular activado por fluorescencia (FACS). Las células se tiñen con un colorante fluorescente
que se une al ADN. La cantidad de fl uorescencia detectada por el FACS equivale
a la cantidad de ADN de cada célula (p . ej., 2C en G 1; 4C al fi nal de la fase S;
4C en G 2).
Degradación y reorganización de la envoltura nuclear
La envoltura nuclear se desorganiza hacia el fi nal de la profase mitótica y meiótica.
Supone la fragmentación de la envoltura nuclear, la disociación de los complejos del
poro nuclear y la despolimerización de la lámina nuclear ( fig. 1-49 ).
La lámina nuclear está formada por proteínas de filamentos intermedios de tipo V,
las laminas A, B y C, las cuales se asocian entre sí para configurar la lámina nuclear.
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Figura 1-47. Fases del ciclo celular
En la mitosis, los centrosomas poseen un complemento completo de proteínas pericentriolares
Al final de la fase G2 concluye
la duplicación de los centrosomas
y cada centríolo está ensamblado
G2
Huso
mitótico
Mitosis
S
El punto de restricción del final
de la fase G1 controla el paso a la
fase S. La ausencia de moléculas
de transmisión de señales obliga
a la célula a entrar en una fase de
reposo G0.
Durante la transición entre las fases
G1 y S, los centrosomas se duplican.
Los centríolos hijos
provienen de cada
centríolo
Material pericentriolar
Citocinesis
G1
G0
Centríolo
madre
Centríolo
hijo
Durante G1, la célula presenta un centrosoma ormado por dos centríolos (un centríolo
madre y un centríolo hijo) rodeados de material
pericentriolar
División celular en las células eucariotas: el ciclo nuclear y el ciclo centrosómico
El ciclo celular se divide en cuatro fases: G1 (gap 1), S, G2 (gap 2) y mitosis. La mitosis se sigue
de la citocinesis en la mayoría de los casos. La replicación del ADN tiene lugar a lo largo de la
fase S y se detecta mediante autorradiografía utilizando [3H]+ timidina como precursor.
La duración de las fases del ciclo celular es variable. La mitótica es la más breve (alrededor
de 1 h para una duración total del ciclo celular de 24 h). La fase G1 es la más larga
(aproximadamente 11 h). La S concluye en el plazo de 8 h, mientras que G2 dura unas 4 h.
En algunas células se interrumpe la división celular o se dividen de manera ocasional para
sustituir a otras destruidas por lesiones o apoptosis. Estas células abandonan la fase G1 del ciclo
celular y pasan a un estado de latencia, conocido como fase G0. A pesar de que las células G0
son activas desde el punto de vista metabólico, han perdido su capacidad proliferativa a no ser
que alguna señal extracelular adecuada estimule su reincorporación al ciclo celular.
La fosforilación de las laminas, catalizada inicialmente por la proteína cinasa C y
más tarde por la cinasa Cdk1 activada por la ciclina A, da lugar a la desorganización
de la lámina nuclear. Por otra parte, se dispersan los componentes del complejo del
poro nuclear, las nucleoporinas, y las cisternas membranosas del r etículo endoplásmico, el cual constituy e el reservorio de la membrana nuclear para la ulterior
reorganización de la envoltura nuclear.
A lo largo de la anafase, las nucleoporinas y tr es componentes proteicos transmembrana de la membrana nuclear interna: el polipéptido asociado a la lámina 2␤,
receptor de lamina B y la emerina se unen a la superfi cie de los cr omosomas
(cromatina). A continuación, las nucleoporinas y las pr oteínas de la membrana
nuclear interna reclutan cisternas del retículo endoplásmico y se reorganiza la envoltura nuclear hacia el fi nal de la telofase.
La desfosforilación de la lamina B por acción de laproteína fosfatasa 1 constituye
el paso final de la reconstrucción de la envoltura nuclear. La lamina B desfosforilada
se asocia a las laminas A y C para formar la lámina nuclear antes de que se inicie la
citocinesis. Esta secuencia de episodios pone de r elieve la importancia de las mutaciones que afectan a la expr esión de las pr oteínas lamina A o de unión a laminas
(v. cuadro 1-M) como origen de las laminopatías.
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Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-48. Control del ciclo celular
4 Transición G2/mitosis: el comienzo de la profase depende
de la actividad ciclina A/Cdk1. La deleción del gen que codifica
Cdk1 se asocia a mortalidad embrionaria temprana.
Cdk1
G2
33 Inicio de la fase S: la ciclina A
se une a Cdk2 y fosforila a proteínas
que participan en la replicación del ADN.
5 Mitosis: los complejos
ciclina B/Cdk1 participan
activamente y completan
la mitosis
Ciclina A
4
Cdk1
Mitosis
5
Ciclina B
Punto de restricción 2
2 G1 tardía: Cdk2 se activa como
consecuencia de su unión a la ciclina E.
La fosforilación de la proteína Rb concluye,
lo que estimula de nuevo la activación
de la transcripción mediada por E2F. Cdk2 y su
regulación son esenciales en la meiosis.
S
Cdk2
Ciclina A
1 G1 temprana: Cdk4 y/o Cdk6 son activadas
por la ciclina D y ponen en marcha la fosforilación
de la proteína del retinoblastoma (Rb).
Este acontecimiento determina la liberación
de factores de transcripción E2F que activan
los genes de la ciclina E y la ciclina A.
Punto de restricción 1
3
Ciclina D
1
Cdk4/Cdk6
G1
2
Ciclina E
Cdk2
Ciclina E
Ciclina A
Proteína Rb
fosforilada
Liberación de
factores de
transcripción E2F
La regulación de los acontecimientos del ciclo celular se basa
en combinaciones complejas
de cinasas dependientes de
ciclinas (Cdk) y ciclinas en las
distintas fases del ciclo celular,
las cuales ejercen un control
adicional de la maquinaria que
interviene en el mismo.
Genes supresores de tumores
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
Cuadro 1-S | Ciclo celular
• La división celular depende de la progresión coordinada
de tres ciclos: el ciclo citoplásmico, el ciclo nuclear y el
ciclo del centrosoma. Este último interviene en la regulación de los otros dos.
• El ciclo citoplásmico depende de la disponibilidad de las
ciclinas activadas y desactivadas por cinasas dependientes
de ciclinas (Cdk). Los inhibidores de Cdk inactivan los complejos Cdk-ciclina. Estos inhibidores están sometidos a regulación por un aumento en la transcripción para interrumpir, en
caso necesario, los ciclos citoplásmico y nuclear.
• El ciclo nuclear implica la duplicación del ADN y la
condensación cromosómica. La fosforilación de un complejo proteico unido a la secuencia de inicio de la replicación del ADN por acción de Cdk2 supone el reclutamiento
de la ADN polimerasa para comenzar y completar la
síntesis de ADN en la fase S. La fosforilación mediada
por Cdk1 induce la condensación cromosómica (mediada por
la fosforilación de la histona H3) y la degradación de la
envoltura nuclear (determinada por la fosforilación de la
lámina nuclear).
• En el ciclo del centrosoma tiene lugar la duplicación
de los dos centríolos que integran el centrosoma durante
la fase S tras la fosforilación de los sustratos centrosómicos por Cdk2. Los centríolos hijos provienen de cada
centríolo.
• Las Cdk participan en la coordinación de los ciclos
citoplásmico, nuclear y centrosómico.
• El inicio de la replicación del ADN y la duplicación de
los centríolos requiere la actividad de la Cdk2.
El control de la pr ogresión y de la fi nalización del ciclo celular no depende ex clusivamente de los complejos Cdk-ciclina. Los tejidos adoptan dos estrategias para
limitar la proliferación celular:
1. Limitación de los factores mitógenos, como el factor de crecimiento derivado
de plaquetas (PDGF) y el factor de cr ecimiento fibroblástico (FGF), los cuales
favorecen la proliferación celular.
2. Utilización de genes reguladores que inhiben la pr oliferación activamente.
Estos genes, llamados genes supresores de tumores, regulan la proliferación celular
normal.
El modelo del retinoblastoma ofrece datos de interés acerca del funcionamiento
de los genes supresores de tumores (fig. 1-50). Cada célula posee dos copias del gen
del retinoblastoma (Rb) como mecanismo de seguridad. Cuando las dos copias del
gen Rb están mutadas, la proteína Rb anómala induce la pr oliferación neoplásica
de las células retinianas.
Cuando la mutación afecta a una de las copias del gen
Rb, la otra actúa con
normalidad e inhibe la pr oliferación celular no r egulada, a no ser que se pr oduzca
una segunda mutación. Todas las células embrionarias de los niños con una sola
copia intacta del gen Rb crecen del modo normal. E n una fase más av anzada del
embarazo, las células r etinianas pueden perder la copia normal del gen Rb, lo que
hace posible el desarrollo del retinoblastoma.
El gen Rb codifica una pr oteína nuclear que par ticipa en la r egulación de la
actividad de un grupo de proteínas —factores de transcripción— implicados en la
síntesis del ADN y en la pr ogresión del ciclo celular . La proteína Rb se une a los
factores de transcripción al ser desfosforilada. El complejo formado por la proteína
Rb y el factor de transcripción se puede unir a los genes diana, si bien la actividad
del factor de transcripción se encuentra inhibida.
La fosforilación de la pr oteína Rb por acción del complejo Cdk4-ciclina D
implica su disociación del complejo con el factor de transcripción, lo cual activ a la
expresión de genes específi cos (fig. 1-51). La pr oteína Rb fosforilada modifi ca la
acción inhibidora de los factores de transcripción a una acción activ adora necesaria
para la síntesis de ADN y el av ance del ciclo celular.
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Figura 1-49. Ensamblaje y desensamblaje de la envoltura nuclear
1 Durante la interfase, la lámina nuclear, una red de laminas A, B y C,
se une a la cromatina y a la membrana interna de la envoltura nuclear.
Membrana nuclear interna
Lámina nuclear
Cromatina
2 En la mitosis, la proteína cinasa C y, después, la Cdk1 cinasa activada
por la ciclina A fosforilan las laminas, lo que provoca la disociación de los
filamentos para dar lugar a dímeros libres de lamina.
Cabeza
Bastón
Cola
Sitio de fosforilación
Dímeros
de lamina
3 La envoltura nuclear se degrada a medida que la lámina nuclear se
desintegra. Las laminas A, B y C continúan estando fosforiladas y se
dispersan. Los componentes del complejo del poro nuclear se desorganizan
y se dispersan. Las cisternas del retículo endoplásmico actúan como
depósito de la futura envoltura nuclear.
Cisternas del retículo endoplásmico
Telofase
Cromosoma
Cisternas del retículo
endoplásmico asociadas a
la cromatina
Cisternas fragmentadas
del retículo endoplásmico
Acontecimientos secuenciales durante el reensamblaje de la envoltura nuclear
Laminas A, B y C
fosforiladas
4 Durante la anafase, las proteínas solubles del complejo del poro nuclear
(nucleoporinas) se unen a la superficie de la cromatina.
4
5 Durante el final de la anafase, el polipéptido asociado a laminas 2β (LAP2β), el
receptor de lamina B (LBR) y la emerina —proteínas transmembrana de la membrana
nuclear interna— aparecen en la superficie de la cromatina.
5
6 Durante el final de la telofase, las cisternas del retículo endoplásmico se anclan
a LAP2β, LBR y emerina, y se inicia la reorganización de la envoltura nuclear.
Nucleoporinas
Cromatina
LBR
Emerina
LAP2 β
Cisterna del retículo
endoplásmico
6
7 Antes de la citocinesis, la lamina B se desfosforila por acción de la proteína
fosfatasa 1 y, junto a las laminas C y A, pone en marcha la formación de la lámina
nuclear. La formación de esta estructura comienza una vez finalizada la reconstrucción
de la envoltura nuclear.
Ensamblaje
del poro nuclear
Proteína fosfatasa 1
Lamina B
fosforilada
Complejo del poro nuclear desorganizado
7
Ensamblaje
de la lámina
nuclear
Lamina B
desfosforilada
Importancia clínica: gen del retinoblastoma y otros genes supresores
El retinoblastoma es un tumor que aparece en una etapa temprana de la vida y rara
vez se desarr olla con posterioridad a los 5-6 años. A menudo, se obser van varios
casos en el seno de una misma familia. E n estos grupos familiares, el tumor puede
afectar al 50% de la descendencia. Los niños con la forma familiar del retinoblastoma suelen presentar varios tumores en ambos ojos.
Una segunda variante del retinoblastoma, la forma esporádica, se observa en niños
cuyos padres carecen de antecedentes de la entidad. Después de curarse, estos pacientes
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Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-50. Proteína Rb, un inhibidor del avance del ciclo celular
G2
Mitosis
Los factores de crecimiento estimulan el paso
de la fase G1 a la fase S
S
G1
Cdk4
Punto de restricción
Ciclina D
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
La proteína Rb fosforilada —por acción
del complejo ciclina D-Cdk4— facilita el
paso a través del punto de restricción. La
proteína Rb fosforilada está inactiva.
La proteína Rb no fosforilada impide
el avance del ciclo celular más allá del punto
de restricción de G1
no transmiten la enfermedad a su descendencia al llegar a la vida adulta. Los niños
aquejados de la forma esporádica son normales desde el punto de vista genético en el
momento de la fecundación, per o a lo largo de la embriogénesis se pr oducen dos
mutaciones en una estirpe celular que dará lugar a los fotorr eceptores retinianos: los
bastones y los conos. Los genes Rb portadores de una doble mutación así creados
inducen la proliferación celular que conducirá al desarr ollo del retinoblastoma.
En el retinoblastoma familiar, el óvulo fecundado contiene una copia mutada del
gen Rb procedente del espermatozoide o el ovocito. Todas las células derivadas del cigoto
portan esta mutación, incluidas las que integran la r etina. La copia normal del gen Rb
habrá de sufrir una mutación para alcanzar el estado de mutación doble necesario para
la aparición del tumor. Cada una de las células retinianas es susceptible de carcinogenia
y un solo episodio pondrá en mar cha el proceso de desarrollo tumoral.
El retinoblastoma representa uno de los distintos tumor es que aparecen como
consecuencia de la pérdida o la inactivación de genes clave. El tumor de Wilms del
riñón se forma como consecuencia de la desaparición de un gen r egulador de la
proliferación, llamado WT-1. De manera similar al gen Rb, ambas copias deben
estar mutadas para que la célula pr olifere sin control.
Un gen supresor de tumores que no encaja claramente en este modelo es p53,
el gen mutado más a menudo en los tumor
es humanos (leucemias, linfomas,
tumores cerebrales y cáncer de mama, entr e otros). El gen p53 codifica la proteína
p53, un tetrámero que se une a una secuencia específi ca del ADN implicado en el
control de la transcripción de algunos genes.
La presencia de una mutación que afecte a una de las cuatro subunidades de p53
puede repercutir en el funcionamiento de las otras tr es. A diferencia de las mutaciones que afectan a muchos otr os genes supr esores de tumor es a través de la
supresión total de la función génica, las mutaciones en p53 pueden dar lugar a una
proliferación leve o invasiva.
En el capítulo 16, «Segmento digestivo inferior», nos ocuparemos del gen supresor de tumor es poliposis adenomatosa del colon (APC), el cual está implicado en
una variante hereditaria del cáncer de colon (poliposis adenomatosa familiar)
secundaria a la transformación maligna de algunos de los muchos pólipos (tumores
benignos) observados en los sujetos aquejados de este trastorno .
MITOSIS
La duplicación del par de centríolos, cada uno de los cuales migra hacia posiciones
opuestas del núcleo para organizar un centrosoma, precede a la mitosis. La función
primaria del centr osoma es la formación y el mantenimiento del huso mitótico,
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Figura 1-51. La proteína Rb desfosforilada, un gen supresor
1
Proteína Rb desfosforilada
Factores de transcripción
ADN
La actividad génica está inhibida.
No se sintetiza ADN ni avanza el ciclo celular
NÚCLEO
Factores de
transcripción
Fosforilación de Rb
por el complejo
Cdk4-ciclina D
Disociación de Rb de los
factores de transcripción
2
ADN
3 Unión a la diana génica
de los factores de transcripción
disociados
Proteína Rb
fosforilada
Activación génica;
síntesis de ADN y avance
del ciclo celular
Cdk4 Ciclina D
NÚCLEO
1 La forma desfosforilada de la proteína Rb se une a un grupo de factores de transcripción y suprime
la transcripción génica de dianas génicas activadas normalmente.
2 La fosforilación de Rb por acción del complejo Cdk4-ciclina D induce la disociación de los
factores de transcripción de la proteína Rb a lo largo de la fase G1 tardía.
3 Los factores de transcripción libres estimulan la expresión de los genes necesarios para la síntesis
de ADN y el avance del ciclo celular.
integrado por microtúbulos. El centrosoma se conoce también como centro organizador de los micr otúbulos (COM) debido a esta función. Cada centr osoma puede
organizar alrededor de 1.000 micr otúbulos nuevos por minuto a par tir de dímeros
de tubulina procedentes del desensamblaje de los micr otúbulos citoplásmicos.
La mitosis se divide en cuatr o subetapas: profase, metafase, anafase y telofase.
En la figura 1-53 se resumen los aspectos más destacados de la mitosis.
Telomerasa, senescencia y cáncer
Las células somáticas pueden someterse a un númer o determinado de divisiones
celulares antes de pasar a un estado de senescencia. Por el contrario, las células
tumorales tienen una vida ilimitada, lo que es necesario para el desarr ollo de un
tumor. Los estudios in vitro con cultivos celulares representan un modelo para el
estudio del reloj biológico de las células somáticas normales.
Los telómeros son los extremos de los cromosomas y se componen de un tramo
de secuencias de nucleótidos r epetidas (fig. 1-52). Los telómer os se ocupan de
mantener la integridad cromosómica y representan el reloj biológico de la célula. Su
tamaño va disminuyendo en cada división celular cuando las ADN polimerasas no
copian los extremos de los cr omosomas. La senescencia celular tiene lugar cuando
el acortamiento de los telómeros impide mantener la integridad cr omosómica.
El mantenimiento de la longitud de los telómer os en las células germinales
masculinas y femeninas corr e a cargo de la enzima telomerasa, una ribonucleoproteína con actividad transcriptasa inv ersa que emplea ARN como molde para
mantener dicha longitud. La telomerasa no apar ece en las células somáticas.
La expresión de la telomerasa es elev ada en la may or parte de las células tumorales. El complejo de la telomerasa (v. fig. 1-52) engloba la transcriptasa inversa de
la telomerasa (TERT), el ARN patrón de la subunidad de ARN de la telomerasa
(TR), que aporta el molde para la síntesis r epetida de los extr emos cromosómicos,
y la disquerina (DKC1), una pr oteína auxiliar. Este complejo se organiza en los
cuerpos de Cajal en el compar timento nuclear y se transpor ta hasta los telómer os
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Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Figura 1-52. El complejo de la telomerasa
Los telómeros humanos se componen de muchas kilobases de repeticiones TTAGGG
con una hebra adelantada y otra retrasada ricas, respectivamente, en G y en C. La hebra
rica en G se extiende en dirección 3’, lo que da lugar a un solapamiento en G.
Cromosoma
Telómero
Hebra retrasada
rica en C
2
Hebra adelantada
rica en G
1 Cuerpo de
Cajal
Disquerina
(DKC1)
Proteína 1 de los cuerpos
de Cajal de la telomerasa
(TCAB1)
Solapamiento
en G
ATC-’5
GGGTTAG-’3
AUC
Reptina
Pontina
Molde de ARN
del telomerasa (TR)
Transcriptasa inversa
de la telomerasa (TERT)
Núcleo
Citoplasma
1 El complejo de la telomerasa se ensambla en los cuerpos de Cajal en el úcleo y es transportado a los telómeros por la acción de la proteína auxiliar TCAB1.
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
2 Las ATPasas pontina y reptina activan el complejo telomérico en los extremos cromosómicos
y ponen en marcha la incorporación de nucleótidos. A través de este mecanismo, el complejo
telomérico compensa el acortamiento de los telómeros para conservar su longitud y estabilidad.
Esta última es muy importante en las células madre en proliferación rápida. Un complejo
integrado por seis proteínas, llamado shelterina, regula la longitud del telómero (no se muestra).
por acción de una pr oteína auxiliar, la proteína 1 de los cuerpos de C ajal de la
telomerasa (TCAB1). Dos ATPasas, la pontina y la reptina, activan el complejo de
la telomerasa en el extremo del cromosoma y ponen en marcha la incorporación de
nucleótidos.
La disfunción de los telómeros se ha relacionado directamente con dos trastornos: la disqueratosis congénita y la fibrosis pulmonar idiopática. La primera se
distingue por la mielodepr esión, las anomalías en la pigmentación cutánea, la distrofia ungueal y la leucoplaquia (placas queratósicas en la lengua y en la cara interna
de las mejillas). La fi brosis pulmonar idiopática da lugar a una destr ucción gradual
del parénquima pulmonar, la cual que conduce a la muerte. Los pacientes afectados
por ambas enfermedades por tan telómeros acortados.
Importancia clínica: función de la proteína p53 en la quimioterapia
La quimioterapia y la radioterapia son dos tratamientos eficaces frente a los tumores
metastásicos. Los fármacos quimioterápicos pueden:
1. Propiciar el establecimiento de enlaces cr uzados en el ADN (compuestos
alquilantes).
2. Inhibir las enzimas necesarias para la síntesis del ADN (análogos de nucleótidos).
3. Alterar los micr otúbulos del huso mitótico (paclitax el, vinblastina). Estos
fármacos suelen administrarse en combinación durante períodos br eves o bien de
forma continuada, con arr eglo a la susceptibilidad del tipo tumoral y tratando de
evitar la to xicidad en órganos muy sensibles, como la médula ósea, el epitelio
intestinal, los riñones y el sistema ner vioso.
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Figura 1-53. Fases de la mitosis
Envoltura nuclear
Centrómero
(región cinetocórica)
Cromátida
Cohesina
Condensina
Centrosoma
Profase
1. Un centrosoma inicia la organización del huso mitótico.
2. La envoltura nuclear se desintegra como consecuencia de la fosforilación de las laminas.
3. Los cromosomas replicados se condensan. Cada cromosoma consta de dos cromátidas idénticas
(denominadas cromátidas hermanas) que se mantienen unidas en el centrómero o por constricción
primaria del cromosoma. Una proteína de unión a la cromatina, llamada cohesina, une a las cromátidas hermanas entre sí. La condensina de la periferia de las cromátidas compacta la cromatina.
Microtúbulo cinetocórico
Microtúbulo
radial
Microtúbulo polar
Metafase
Placa ecuatorial
Complejo
promotor
de la
anafase
(APC)
Topoisomerasa
1. El cinetocoro aparece en la región centromérica. Se trata de una especialización estructural
de la superficie del cromosoma en la que se insertan los microtúbulos. Los que se extienden desde
el centrosoma hasta el cinetocoro reciben el nombre de microtúbulos cinetocóricos.
2. Los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial (también conocida como placa metafásica).
3. Los microtúbulos que se extienden desde un polo de la célula hasta el opuesto son los microtúbulos
polares. Los microtúbulos radiales parten del centrosoma. No se insertan en el cinetocoro.
4. Durante la metafase, los cromosomas se mantienen en la placa ecuatorial debido a la acción de dos
fuerzas contrarias equilibradas entre sí. Los microtúbulos cinetocóricos empujan a los cromosomas
hacia uno de los polos, mientras que los microtúbulos radiales estabilizan el centrosoma al anclarse
a la membrana plasmática.
5. El complejo promotor de la anafase, APC, se desensambla cuando la unión de los microtúbulos
cinetocóricos al cinetocoro es correcta. Cuando el cinetocoro no está unido a los microtúbulos, el
APC detiene el ciclo mitótico en la metafase mediante el retraso de la actividad de las ciclinas.
Anafase
Los microtúbulos
polares se alargan
Los microtúbulos
cinetocóricos se acortan
1. Las cromátidas hermanas se separan debido a que, de forma simultánea, también lo hacen los
centrómeros.
2. La topoisomerasa, una enzima localizada en la región cinetocórica, libera las fibras enrolladas
de cromatina para propiciar la separación de las cromátidas hermanas.
3. Dos procesos independientes, aunque simultáneos, provocan la separación de las cromátidas
hermanas a los polos opuestos: 1) los microtúbulos cinetocóricos se acortan y las cromátidas se
separan del plano ecuatorial hacia sus polos respectivos. Este paso se denomina, generalmente,
anafase A. 2) Los polos celulares se separan debido al alargamiento de los microtúbulos polares.
Este paso recibe el nombre de anafase B.
4. La aneuploidía (número anómalo de cromosomas) puede deberse a la separación incorrecta
de las dos cromátidas de un cromosoma a las dos células hijas. La ausencia de unión de los microtúbulos cinetocóricos al cinetocoro puede inhibir el comienzo de la anafase. Existe un mecanismo de verificación en el cinetocoro que evita la aneuploidía.
Telofase
Anillo contráctil
Cuerpo medio
1. La envoltura nuclear se reorganiza gradualmente; las laminas se desfosforilan y la lámina
nuclear se ensambla.
2. Los cromosomas se descondensan.
3. En el transcurso de la citocinesis, aparece un anillo contráctil transitorio,formado por actina y miosina,
alrededor de la región ecuatorial, el cual se contrae para separar ambas células hijas por medio de un proceso
llamado abscisión (del latín abscindo, separar de).
4. En el núcleo del anillo contráctil pueden quedar microtúbulos residuales. Forman una estructura
conocida como cuerpo medio.
5. Los microtúbulos radiales, cinetocóricos y polares desaparecen.
Se han defi nido dos tipos de r esistencia tumoral a los fármacos quimioterápicos:
1. Resistencia intrínseca (tumores habitualmente resistentes a muchos fármacos
—melanoma, hepatocarcinoma, carcinoma de células renales—).
2. Resistencia adquirida (tumores que adquieren resistencia a la quimioterapia
tras un período inicial de sensibilidad).
Una forma de r esistencia adquirida se debe a los genes de la familia génica de
la resistencia a múltiples fármacos (mdr) (fig. 1-54). Estos genes codifi can bombas
dependientes de ATP que participan en el transporte de moléculas orgánicas de gran
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tamaño. La familia génica mdr se estudiará, de nuevo, en el capítulo 17, «Glándulas
digestivas», al abordar el mecanismo de secr eción biliar de los hepatocitos.
El gen implicado en la r esistencia a la quimioterapia antitumoral que se ha
estudiado con may or detalle es mdr-1. La exposición r epetida a algunos fármacos
quimioterápicos se ha relacionado con la sobreexpresión de este gen y con el aumento
de la expulsión de estos compuestos cuando entran en una célula tumoral.
Los daños al ADN ocasionados por la quimioterapia y la radioterapia —estrés
genotóxico— inducen la activación de p53, un factor de transcripción tetramérico
que destruye las células con lesiones terminales a través de la activ ación de un programa de muer te celular o apoptosis (v. cuadro 1-T). En las células normales, el
estrés genotóxico estimula la inhibición de Mdm2 (del inglés mouse double minute 2), lo que posibilita la activación de p53, así como la continuación del crecimiento
y del desarrollo normales (v. fig. 1-54).
Mdm2 es una ubicuitina ligasa que se une a p53 y facilita su degradación
dependiente de la ubicuitina en el citoplasma por acción del proteasoma 26S
(v. fig. 3-14 en el capítulo 3, «T ransmisión de señales celular es»). La inhibición de
Mdm2 (p. ej., por ARF —del inglés alternate reading frame—, una pr oteína de
14 kDa) permite la activación de las funciones supresoras de tumores de p53. Mdm2
ejerce un efecto inhibitorio similar en la pr oteína supresora del r etinoblastoma
(proteína Rb). Las concentraciones de ARF , Mdm2 y p53 no son tan altas en las
células no sometidas a estrés genotóxico . La semivida de p53 sólo es de 10-15 min.
Las células tumorales utilizan tres posibles mecanismos para evitar la destrucción
de las células por apoptosis inducida por estrés genotóxico:
1. Incapacidad de Mdm2 de inhibir la función supr esora de tumores de p53.
2. Afectación de la función de p53 por una mutación inactiv adora.
3. Alteración de la cascada apoptósica (p . ej., pér dida de la activ ación de la
caspasa 9).
En el 50% de los tumor es humanos se detectan mutaciones del gen TP53, el
cual codifica la pr oteína p53. La desaparición de la expr esión de TP53 por una
Figura 1-54. Quimioterapia antitumoral y actividad de p53
Funcionamiento de la actividad supresora de tumores de p53
Estrés
genotóxico
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Cuadro 1-T | p53, una proteína supresora
de tumores
• La proteína supresora de tumores p53 salvaguarda la
integridad del ADN frente a estrés nocivo, denominado
estrés genotóxico.
• La función protectora de p53 depende de su capacidad
de inducción de la muerte celular programada o apoptosis
o detención de los acontecimientos del ciclo celular
cuando una célula está sometida a estrés genotóxico.
• ¿Cómo funciona p53? Como factor de transcripción,
p53 controla la activación de la transcripción de genes
proapoptósicos y la inactivación de los antiapoptósicos.
A través de este mecanismo son destruidas aquellas células
afectadas por estrés genotóxico.
• ¿Qué puede ocurrir de forma anómala? La pérdida
de la función de p53 puede deberse a una mutación del
gen TP53, que codifica p53, o bien a una alteración de la vía
de transmisión de señales que controla la función de esta
proteína (v. fig. 1-54).
• ¿En qué radica la importancia de p53? Las células
tumorales son muy sensibles a las señales proapoptósicas,
pero pueden sobrevivir en ausencia de la función de p53.
Células
normales
Células tumorales
Mdm2
(ubicuitina ligasa)
inactivada
Mdm2
(ubicuitina ligasa)
activa
p53
estable y activa
Supresión
de tumores
por apoptosis
Ausencia
de supresión
de tumores
Inactivación
de p53
2 Aumento de la exportación de
fármacos quimioterápicos a
través de mdr-1
1 La inactivación de p53 inhibe
la respuesta protectora frente
a daños al ADN (muerte celular).
p53
ADN
Mecanismos de resistencia de tumores
a fármacos quimioterápicos
mdr-1
1 La resistencia adquirida
por una mutación en el gen TP53
impide la muerte celular como
respuesta a fármacos inductores
de daños al ADN.
2 El aumento de la exportación
de un fármaco por una proteína
asociada a la resistencia a múltiples
fármacos (mdr) impide la acción
intracelular.
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Figura 1-55. Nomenclatura de los cromosomas humanos: cariotipos normales y anómalos
Satélite
Brazo corto
(p de pequeño)
Tallo
Acrocéntrico
Submetacéntrico
Brazo largo (q)
46,XX
Mujer normal
(46 cromosomas, incluido
el par XX)
46,XY
Metacéntrico
Hombre normal
(46 cromosomas,
incluido el par XY)
47,XXY
47,XX,+21
Mujer con un cromosoma
21 extra (síndrome
de Down)
Constricción primaria
o región centromérica
47,XY,+17p+
Hombre con un cromosoma Hombre con un cromosoma
X extra (síndrome
17 extra y aumento
de Klinefelter)
de la longitud del brazo corto
mutación autosómica dominante origina el fenotipo de tumor es múltiples llamado
síndrome de Li-Fraumeni (v. cuadro 1-U ).p53 es un gen supresor de tumores. La
inactivación de la actividad de p53 está alterada en las células tumorales r esistentes
a fármacos (v. fig. 1-54). La pérdida de expresión de p53 en las células tumorales
humanas y en algunos estudios clínicos se ha propuesto la existencia de una relación
entre la inactiv ación de la expr esión de p53 y la r esistencia a compuestos
quimioterápicos.
Los fármacos quimioterápicos capaces de unirse a M dm2 podrían conferir estabilidad y aumentar las concentraciones de p53 en las células tumorales para ejer cer
una acción supresora de tumores basada en la inducción de la apoptosis. E l mecanismo que sustenta la muer te celular pr ogramada o apoptosis se comenta en el
capítulo 3, «Transmisión de señales celulares».
Cariotipificación
Cuadro 1-U | Síndrome de Li-Fraumeni
• El síndrome de Li-Fraumeni (LFS) es un trastorno
autosómico dominante que se distingue por la predisposición al desarrollo de tumores.
• En un sujeto joven (menor de 45 años) pueden desarrollarse distintos tipos de neoplasias malignas: tumores
cerebrales, tumores mamarios (40% de los casos en
mujeres), leucemia aguda y sarcomas de partes blandas
y óseos.
• El síndrome LFS se debe a una mutación del gen
supresor de tumores p53, un factor de transcripción que
desempeña una función reguladora en el ciclo celular.
• La incidencia del LFS es baja. A pesar de que la neoplasia inicial suele tratarse con resultados satisfactorios
en los niños afectados, tienen un riesgo elevado de presentar un segundo tumor maligno primario.
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En el ser humano existen 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales
(XX o XY). En la clasifi cación de los cr omosomas según la longitud y la posición
del centrómero existen siete gr upos designados con las letras A a G.
En la terminología de la citogenética humana, el númer o total de cr omosomas (46) se sigue del númer o total de cr omosomas sexuales ( fig. 1-55 ).Un
hombre normal se identifi ca como 46,XY (46 cromosomas, incluido el par de
cromosomas XY), y una mujer , como 46,XX (46 cromosomas, incluido el par
de cromosomas XX).
Los cromosomas adicionales se indican al expr esar el número del cromosoma
extra después de los cromosomas sexuales precedido por el signo más (+). De este
modo, el cariotipo de una mujer afectada por la trisomía del cr omosoma 21 (síndrome de Down) es 47,XX + 21. Un hombre con un cr omosoma X adicional se
designa como 47,XXY.
Se añade el signo de más o menos tras el símbolo del cr omosoma para señalar
el aumento o la disminución de la longitud de uno de sus braz os.
La letra p se utiliza para el brazo corto, y la q, para el brazo largo. Por tanto,
47,XY, + 17p+ corresponde a un hombre con 47 cromosomas por la presencia
de un cr omosoma 17 adicional, con un aumento de la longitud de su braz o
corto.
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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Conceptos esenciales | Epitelio
• El epitelio constituye uno de los cuatro tejidos básicos. Los
otros tres tejidos básicos son el conjuntivo, el muscular y el
nervioso.
Los epitelios se dividen en tres grupos principales en
función: 1) del número de capas celulares (una capa:
epitelio simple; más de una capa: epitelio estratificado); 2)
de la morfología de las células (epitelio escamoso, epitelio
cúbico y epitelio cilíndrico), y 3) de la morfología de las
células en la capa más superficial (epitelio escamoso estratificado, epitelio cúbico estratificado y epitelio cilíndrico
estratificado). El epitelio escamoso estratificado se subdivide en moderadamente queratinizado (con frecuencia
denominado no queratinizado) y muy queratinizado. El
término endotelio se aplica al epitelio escamoso simple
que tapiza los vasos sanguíneos y linfáticos. El vocablo
mesotelio se refiere al revestimiento cúbico o escamoso
simple de la serosa (peritoneo, pleura y pericardio). Los
tumores que provienen del mesotelio reciben el nombre
de mesoteliomas.
• Un componente citoesquelético destacado de las células
epiteliales son las proteínas queratinas (citoqueratinas). Los
anatomopatólogos tratan de detectar la presencia de queratinas para definir el origen epitelial de un tumor (llamado
carcinomas, a diferencia de los de origen conjuntivo, conocidos como sarcomas).
© Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito .
• El epitelio seudoestratificado representa un tipo intermedio en el que todas las células se encuentran en contacto
con la lámina basal, pero no todas alcanzan la luz. Se
considera que el epitelio transicional, o urotelio, el cual
reviste las vías urinarias, es seudoestratificado, aunque su
aspecto corresponde a uno escamoso estratificado. Las
células más externas del urotelio de la vejiga urinaria son
capaces de modificar su geometría y su configuración como
respuesta a las fuerzas de tensión que ejerce la orina.
• Algunos epitelios pueden subdividirse en función de la
presencia de diferenciaciones apicales, como cilios, microvellosidades y estereocilios. El epitelio seudoestratificado
ciliado aparece en el árbol respiratorio y el oviducto. El
epitelio cúbico simple de ciertos segmentos de la neurona
y el epitelio cilíndrico simple del intestino delgado poseen
microvellosidades que forman un borde en cepillo a lo largo
del dominio apical. Los estereocilios se localizan en el
revestimiento epitelial del epidídimo y en las células ciliadas
del oído interno.
Las células epiteliales se organizan en capas celulares en
estrecho contacto a través de estructuras especializadas,
como uniones herméticas, uniones de anclaje (desmosomas en cinturón y puntuales y hemidesmosomas) y uniones comunicantes.
• Las células epiteliales son muy polarizadas. Poseen un
dominio apical y un dominio basolateral. La disposición de
las uniones y sus componentes, la distribución polarizada
del citoesqueleto de actina y la presencia de la membrana
basal en la superficie basal definen los límites de cada
dominio.
• El dominio apical de algunas células epiteliales presenta
diferenciaciones que se proyectan hacia la luz. Estas diferenciaciones apicales pueden ser móviles (cilios) o inmóviles (microvellosidades y estereocilios). Los cilios móviles
contienen un axonema, formado por una disposición concéntrica de nueve dobletes de microtúbulos que rodean un
par central. Los cilios parten de un cuerpo basal —una
estructura derivada del centríolo—, que se inserta en la
región apical de la membrana plasmática. A diferencia del
axonema, el cuerpo basal y el centríolo están compuestos
por nueve tripletes de microtúbulos en disposición helicoidal. No aparecen microtúbulos centrales en los cuerpos
basales ni los centríolos. Las microvellosidades y los estereocilios inmóviles contienen un eje central de microfilamentos de actina. Las microvellosidades presentan una
longitud uniforme. Los estereocilios son más largos, tienen
una longitud variable y tienden a ramificarse en el epitelio
del epidídimo.
• Las moléculas de adhesión celular y las uniones celulares
mantienen la posición y la estabilidad de las capas de
células epiteliales.
• Las moléculas de adhesión celular se dividen en dependientes de Ca2+ e independientes de Ca2+. Las cadherinas
y las selectinas son dependientes de Ca2+. Las moléculas
de adhesión celular (CAM) de la familia semejante a las
inmunoglobulinas y las integrinas son independientes de
este ión. A diferencia de las cadherinas, las selectinas y las
CAM, las integrinas constan de dos subunidades, ␣ y ␤, que
dan lugar a un heterodímero.
Las cadherinas forman cis-homodímeros homófilos (entre
iguales) que interaccionan a través del dominio extracelular
con dímeros semejantes o diferentes en las células epiteliales adyacentes (para originar trans-homodímeros o transheterodímeros [entre desiguales]). El dominio intracelular
de las cadherinas interacciona con el complejo de las cateninas formado por las cateninas ␣, ␤ y ␥. Este complejo
interacciona con la actina filamentosa mediante proteínas
adaptadoras (␣-actinina, vinculina y formina-1).
Las selectinas se unen a ligandos de naturaleza glucídica
a través de su dominio de reconocimiento de hidratos de
carbono. Estas proteínas desempeñan una función destacada en el proceso de homing, en la migración transendotelial de los neutrófilos, los linfocitos y los macrófagos en
las reacciones inflamatorias, y en la formación de estrías
grasas en el espacio subendotelial de los vasos sanguíneos
en las etapas iniciales del desarrollo de las lesiones
ateroescleróticas.
El dominio extracelular semejante a las inmunoglobulinas de las CAM se asocia a moléculas idénticas (unión
homotípica) o diferentes (unión heterotípica) de otra
célula adyacente. La molécula CAM CD4 constituye el
receptor para el VIH-1 en los linfocitos T (linfocitos colaboradores).
Las integrinas son heterodímeros formados por dos
subunidades asociadas, ␣ y ␤. El dominio extracelular de la
subunidad ␤ de las integrinas se une a laminina y fibronectina, dos componentes de la lámina basal. Los proteoglucanos y el colágeno se asocian a la laminina y la fibronectina
para dar lugar a la lámina reticular. El dominio intracelular
se une a la actina filamentosa a través de las proteínas
adaptadoras ␣-actinina, vinculina y talina. Las integrinas
vinculan la matriz extracelular con el citoesqueleto interno.
• La membrana basal es una estructura positiva para PAS
que aparece en el dominio basal de las células epiteliales.
Se compone de una lámina basal y otra reticular, que
pueden visualizarse con microscopia electrónica. El anatomopatólogo evalúa la integridad de la lámina basal con el
fin de determinar si las células epiteliales malignas en proliferación se localizan sólo en la capa epitelial (carcinoma
in situ) o bien han invadido el tejido conjuntivo suprayacente dotada de vasos sanguíneos y linfáticos.
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• Las proteínas ADAM presentan una relación funcional con
las integrinas. El dominio desintegrina de algunas proteínas
ADAM puede inhibir las afinidades de unión por las integrinas. El dominio metaloproteinasa de las ADAM interviene
en la liberación del dominio extracelular de los factores de
crecimiento, las citocinas y los receptores anclados a la
membrana plasmática. Las proteínas ADAM lo hacen en la
angiogenia, la fecundación, la neurogenia y el cáncer.
• Las uniones celulares no se limitan a mantener la integridad mecánica del epitelio, sino que también actúan como
estructuras de transmisión de señales que comunican la
posición celular y pueden modular la proliferación de células o la muerte celular programada (apoptosis). Estas uniones pueden ser simétricas, como las uniones herméticas,
los desmosomas en cinturón (zónula adherente), los desmosomas puntuales (mácula adherente) y las uniones
comunicantes, y asimétricas, como los hemidesmosomas.
• Las uniones herméticas se componen de dos proteínas
transmembrana, las tetraespaninas ocludina y claudina, y
dos proteínas similares a las inmunoglobulinas, las moléculas de adhesión de las uniones (JAM) y las nectinas. Estas
últimas se asocian a la proteína afadina para crear el complejo afadina-nectina. Las JAM y las nectinas forman dímeros
(denominados dímeros cis) y los dímeros localizados en las
membranas plasmáticas enfrentadas interaccionan entre sí
(dímeros trans).
Las proteínas adaptadoras zónula oclusiva ZO-1, ZO-2 y
ZO-3 vinculan las ocludinas, las claudinas, las JAM y el complejo afadina-nectina con los microfilamentos de actina. Las
claudinas conforman el esqueleto de las hebras de las
uniones herméticas, que pueden visualizarse en las microfotografías electrónicas de criofractura.
Las uniones herméticas forman una barrera perimetral
que separa el dominio apical del basolateral. Las moléculas
pueden atravesar las láminas de células epiteliales y endoteliales por medio de dos vías diferentes: la vía transcelular
y la vía paracelular. Estas uniones regulan el transporte
paracelular de iones y moléculas de forma dependiente de
la carga y el tamaño.
De manera similar a las uniones herméticas, la zónula
adherente (desmosomas en cinturón) muestra una distribución perimetral e interacciona con la actina filamentosa. Un rasgo distintivo de estas uniones es la presencia
de una placa que contiene desmoplaquina, placoglobina
(␥-catenina) y placofilina. Las cadherinas (desmocolinas
y desmogleínas) y el complejo afadina-nectina actúan
como vínculo de las membranas plasmáticas de las células epiteliales adyacentes. La región intracelular de las
cadherinas interacciona con la actina a través del complejo de las cateninas.
La mácula adherente (desmosoma puntual) confiere
fuerza y rigidez a la capa de células epiteliales, en especial
en el epitelio escamoso estratificado, y une los miocardiocitos adyacentes como componente de los discos intercalados. A diferencia de los desmosomas en cinturón, los
puntuales son similares a un punto. La placa (formada por
desmoplaquina, placoglobina y placofilina) constituye el
sitio de inserción de los filamentos intermedios de queratina
(llamados tonofilamentos) o desmina (disco intercalado).
La desmoplaquina actúa como proteína de unión a los
filamentos intermedios en la placa. No aparece el complejo
de la catenina. Las cadherinas más abundantes son las
desmocolinas y las desmogleínas.
Los hemidesmosomas son uniones de anclaje asimétricas localizadas en la región basal de las células epiteliales.
Los hemidesmosomas constan de dos componentes: una
placa interna, asociada a los filamentos intermedios, y
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una placa externa, que une el hemidesmosoma a la lámina
basal a través de los filamentos de anclaje (laminina 5).
Las uniones comunicantes son conexiones de comunicación simétricas (en lugar de uniones de anclaje). Estas
uniones se componen de conjuntos de canales intercelulares que conectan el citoplasma de células adyacentes. Se
distinguen más de 20 monómeros de conexinas, cada uno
de los cuales se identifica por su masa molecular asignada.
Seis monómeros de conexina forman un conexón, que se
inserta en la membrana plasmática. Los conexones se
aparean con sus homólogos en la membrana plasmática de
la célula adyacente y forman un canal intercelular axial que
permite la difusión de iones y pequeñas moléculas de una
célula a otra. Una mutación del gen conexina32 (Cx32) de
las células de Schwann que sintetizan mielina da lugar al
síndrome de Charcot-Marie-Tooth ligado al cromosoma X,
una enfermedad desmielinizante que afecta al sistema
nervioso periférico.
• La membrana basal está formada por dos elementos: una
lámina basal, en contacto directo con la superficie de las
células epiteliales basales, y una lámina reticular, compuesta
por fibronectina y fibras de colágeno, y que se continúa con
el tejido conjuntivo. La lámina basal contiene laminina,
colágeno de tipo IV, entactina y proteoglucanos. Es un
componente destacado de la barrera de filtración glomerular de los riñones. La superficie de las células musculares
está recubierta por una lámina basal que favorece el mantenimiento de la integridad de las fibras del músculo esquelético durante la contracción. La alteración de la relación
existente entre la lámina basal y las células musculares da
lugar a las distrofias musculares. La membrana basal se
reconoce en muestras teñidas con PAS en la microscopia
óptica.
• El citoesqueleto se compone de microfilamentos (7 nm
de espesor), microtúbulos (25 nm de diámetro) y filamentos intermedios (10 nm de diámetro). La unidad básica de
un microfilamento es el monómero de actina G. La polimerización dependiente de ATP de los monómeros da lugar a
un filamento de actina F de 7 nm de espesor. Los monómeros que se añaden al extremo romo del filamento se
desplazan, o se mueven como en una cinta continua, a lo
largo del filamento hasta desprenderse por despolimerización en el extremo puntiagudo.
Las proteínas motoras, como la miosina Va, transportan
vesículas con mercancía a lo largo de la actina F. La miosina
Va defectuosa origina el síndrome de Griscelli, una alteración del transporte de los melanosomas a los queratinocitos
en la epidermis. Los sujetos afectados por esta entidad
presentan cabello plateado, albinismo parcial, anomalías
neurológicas ocasionales e inmunodeficiencias.
La actina F asociada a miosina II forma las estructuras
contráctiles de las células de los músculos esquelético y
cardíaco. Representan los componentes de miofilamentos
de las miofibrillas. Estas se componen de una cadena lineal
de sarcómeros y constituyen la unidad contráctil básica
presente en el citoplasma de las células del músculo
estriado.
Los microtúbulos están formados por dímeros de ␣ y ␤
tubulina. Los dímeros de tubulina se organizan longitudinalmente para dar lugar a protofilamentos. La asociación
laterolateral de 13 protofilamentos origina un microtúbulo.
Los microtúbulos sufren fases alternas de polimerización
lenta y despolimerización rápida, un proceso conocido
como inestabilidad dinámica. La polimerización de las subunidades de tubulina depende del GTP.
Los microtúbulos organizan el centrosoma, una estructura
formada por un par de centríolos rodeados de matriz
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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pericentriolar. Cada centríolo se compone de nueve tripletes
de microtúbulos en disposición helicoidal. Los centríolos se
duplican a lo largo del ciclo celular con anterioridad al
ensamblaje del huso mitótico durante la división celular. Los
centríolos originan los cuerpos basales, de los que provienen los cilios.
El aparato mitótico se compone de un centro mitótico,
representado por el centrosoma, y el huso mitótico, formado
por tres tipos de microtúbulos: 1) microtúbulos radiales;
2) microtúbulos cinetocóricos, y 3) microtúbulos polares.
Los microtúbulos cinetocóricos se unen al cinetocoro, un
agregado proteico asociado al centrómero, la constricción
primaria del cromosoma. Centrosoma y centrómero son
términos similares, si bien representan dos estructuras distintas.
La quimioterapia antitumoral actúa frente a los microtúbulos con el fin de inhibir la división de las células tumorales a través de la desestabilización o la estabilización de
la inestabilidad dinámica. Se han utilizado de manera frecuente los derivados de los alcaloides de la vinca y el
paclitaxel.
El axonema consta de nueve dobletes de microtúbulos
en disposición concéntrica, rodeados por un par central de
microtúbulos. Cada doblete se compone de un túbulo A,
formado por 13 protofilamentos, y se une estrechamente
a un túbulo B, integrado por 10-11 protofilamentos. Los
cilios y los flagelos de la cola del espermatozoide contienen
axonemas. Los brazos de dineína, una ATPasa, se unen al
túbulo A. La ATPasa hidroliza ATP para obtener la energía
necesaria para el desplazamiento de los microtúbulos, el
fundamento del movimiento ciliar y flagelar.
Los microtúbulos constituyen las vías para el transporte
de mercancías, contenidas o no en vesículas, mediado por
proteínas motoras en el seno de la célula. Los motores
moleculares, como la cinesina y la dineína citoplásmica,
intervienen en el transporte de mercancías. Se conocen tres
sistemas principales de transporte basados en microtúbulos: transporte axonémico, que engloba los transportes
intraciliar e intraflagelar; el transporte axónico; y el transporte
intramanguito. El manguito es una estructura temporal que
participa en el desarrollo de los espermatozoides.
El síndrome de Bardet-Biedl, una alteración de los
cuerpos basales y de los cilios que deriva de anomalías del
transporte intraciliar, cursa con distrofia retiniana, obesidad,
polidactilia, displasia renal, anomalías del aparato reproductor y dificultades de aprendizaje.
El síndrome de Kartagener, un trastorno de los axonemas por afectación o ausencia de los brazos de dineína, se
asocia a bronquiectasias e infertilidad (disminución de la
movilidad de los espermatozoides y del transporte de los
óvulos en el oviducto).
Los filamentos intermedios se componen de monómeros
que presentan un eje enrollado central flanqueado por
regiones globulares. A diferencia de la actina F y de los
microtúbulos, el ensamblaje de los filamentos intermedios
está controlado por la fosforilación-desfosforilación.
Se distinguen varios tipos de filamentos intermedios,
como las queratinas de tipos I y II (marcadores de las
células epiteliales), la vimentina (presente en las células de
origen mesenquimatoso), la desmina (abundante en las
células musculares), la proteína gliofibrilar ácida (marcadora
de las células gliales), los neurofilamentos (presentes en la
neuronas) y las laminas (que integran la lámina nuclear
asociada a la capa interna de la envoltura nuclear).
Las alteraciones de las queratinas dan lugar a enfermedades ampollosas de la piel. La expresión génica anómala
de las laminas origina un grupo de trastornos conocidos
como laminopatías, las cuales afectan al tejido muscular
(p. ej., distrofia muscular de Emery-Dreifuss), al nervioso
(enfermedad de Charcot-Marie-Tooth de tipo 2B1) y al
adiposo (lipodistrofia familiar de tipo Dunnigan).
• El núcleo celular se compone de la envoltura nuclear, la
cromatina y el nucléolo. La envoltura nuclear presenta
poros nucleares, una estructura triple formada por anillos
octagonales interno y externo, y un cuerpo cilíndrico central.
Los poros nucleares contienen varias proteínas, las nucleoporinas. La Ran-GTPasa regula el transporte nucleocitoplásmico a través de los poros nucleares al permitir el paso
de proteínas con una secuencia de importación nuclear
unida a un complejo proteico de importinas ␣ y ␤ y RanGDP. En el núcleo, Ran-GDP se convierte en Ran-GTP por
acción de RCCI, una proteína intercambiadora de GDP
por GTP, lo que induce la disociación del complejo importina-proteína importada. Ran-GTP se asocia a las exportinas
y las proteínas portadoras de una secuencia de exportación
nuclear son transferidas al citoplasma. Ran-GTP interacciona con Ran-GBP1 y se convierte en Ran-GDP por hidrólisis, estimulada por Ran-GAP. Se libera la proteína
transportada y Ran-GDP puede comenzar un nuevo ciclo
de transporte.
Se han descrito dos formas de cromatina: heterocromatina (inactiva desde el punto de vista de la transcripción) y
eucromatina (activa). Uno de los dos cromosomas X de
cada célula somática femenina se mantiene condensado,
lo que recibe el nombre de compensación de la dosis. El
cromosoma X condensado se visualiza como una masa de
heterocromatina próxima a la envoltura nuclear (llamado
corpúsculo de Barr) o como un palillo de tambor en los
leucocitos polimorfonucleares.
El nucléolo se compone de un centro fibrilar (cromatina
con genes repetidos para el ARNr, ARN polimerasa I y SRP);
un componente fibrilar denso (con las proteínas fibrilarina
y nucleolina); y un componente granular (lugar de ensamblaje de las subunidades ribosómicas).
Las técnicas de tinción y autorradiografía permiten identificar la localización de los ácidos nucleicos en las células.
La reacción de Feulgen detecta la presencia de ADN. Los
colorantes básicos indican la localización del ADN y el ARN.
El pretratamiento con ARNasa y ADNasa se utiliza para
definir la identidad de las estructuras basófilos. La autorradiografía se basa en la administración de un precursor
radiomarcado en células vivas. Se pueden visualizar los
puntos radioactivos por medio de una emulsión fotográfica,
cuyo revelado y fijación ponen de manifiesto la presencia
de granos plateados en los sitios en los que se localiza el
precursor radiomarcado. Esta técnica permite estudiar el ciclo
celular y la localización de las estructuras implicadas en la
síntesis de proteínas, en la glucosilación y en el transporte.
La selección de células activadas por fluorescencia hace
posible la identificación y la separación de distintos tipos
celulares por medio de marcadores de superficie celular, así
como la investigación del ciclo celular basada en el contenido de ADN.
• El ciclo celular se define como el intervalo comprendido
entre dos divisiones celulares sucesivas (mitótica y meiótica) que da lugar a la producción de dos células hijas.
Desde el punto de vista tradicional, el ciclo celular se ha
dividido en dos fases principales: 1) interfase, y 2) mitosis
(o meiosis). La interfase incluye la fase S (síntesis de ADN),
la cual se ve precedida por la G1 y se sigue de la G2.
Las fases de la mitosis son las siguientes:
1. Profase (los centrosomas organizan el huso mitótico;
las laminas se fosforilan; cada cromosoma se compone de
cromátidas hermanas unidas en el centrómero; la proteína
cohesina mantiene la asociación entre las regiones no centroméricas; la condensina compacta la cromatina).
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2. Metafase (los microtúbulos cinetocóricos se asocian al
cinetocoro presente en cada cromosoma; los cromosomas
se alinean en la placa ecuatorial; el complejo promotor de
la anafase se desensambla cuando la unión de los microtúbulos cinetocóricos es correcta).
3. La anafase (la topoisomerasa libera las fibras enmarañadas de cromatina; las cromátidas se separan unas de otras
y se aproximan a los polos correspondientes —anafase A—
y los polos celulares separados por acción de los microtúbulos polares —anafase B—).
4. Telofase (las láminas se desfoforilan y la envoltura
nuclear se reorganiza; los cromosomas se descondensan;
se forma un anillo contráctil [actina-miosina] durante la
citocinesis; los microtúbulos del huso desaparecen).
La noción contemporánea del ciclo celular lo divide en
tres ciclos diferentes: 1) ciclo citoplásmico (activación
secuencial de las proteína cinasas dependientes de ciclinas); 2) ciclo nuclear (replicación del ADN y condensación
de los cromosomas), y 3) ciclo centrosómico (duplicación
de los dos centríolos —centríolos madre e hijo— para la
preparación del ensamblaje del aparato mitótico).
La cariotipificación es el análisis estructural y numérico de
los cromosomas metafísicos. Un hombre normal posee un
complemento cromosómico 46,XY (46 cromosomas,
incluido el par XY). Una mujer normal cuenta con 46,XX
(46 cromosomas, incluido el par XX). Los cromosomas se
clasifican como metacéntricos, submetacéntricos o acrocéntricos en función de la posición del centrómero o de la
constricción primaria.
Las proteína cinasas dependientes de ciclinas controlan el
avance y la finalización del ciclo celular, y las proteínas
supresoras de tumores, el avance de dicho ciclo. La proteína
Rb desfosforilada, una proteína supresora de tumores, se
asocia a ciertos factores de transcripción para inhibir la
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actividad génica. Los factores de transcripción se separan
de la proteína Rb fosforilada y estimulan el avance del ciclo
celular. El retinoblastoma, un tumor ocular maligno, se
desarrolla en sujetos portadores de una mutación en el
gen Rb.
Otra proteína supresora de tumores es p53, un factor de
transcripción que interviene en la regulación del ciclo celular. En los pacientes con leucemia, linfoma y tumores cerebrales se observan mutaciones del gen p53. p53 confiere
protección a la célula: puede inducir apoptosis o detención
del ciclo celular cuando la célula está sometida a estrés
nocivo (denominado estrés genotóxico). Las mutaciones
del gen p53 anulan esta función protectora.
El síndrome de Li-Fraumeni se debe a una mutación del
gen p53. Los pacientes jóvenes presentan predisposición al
desarrollo tumoral (tumores cerebrales y mamarios, leucemia aguda, y sarcomas óseos y de partes blandas).
La desorganización de la envoltura nuclear tiene lugar
hacia el final de la profase. Implica la fragmentación de la
envoltura nuclear, la disociación de los complejos del poro
nuclear y la fosforilación de las laminas (despolimerización).
La reorganización de la envoltura nuclear depende de la
desfosforilación de las láminas por acción de una proteína
fosfatasa.
Los telómeros son las regiones terminales de los cromosomas formados por una hilera de secuencias de nucleótidos repetidas. La longitud de los telómeros disminuye en
cada división celular hasta que resulta imposible mantener
la integridad del cromosoma cuando la ADN polimerasa es
incapaz de copiar los extremos del mismo. Las células
germinales masculinas y femeninas protegen a los telómeros a través de la enzima telomerasa, la cual no aparece en
las células somáticas. Casi todas las células tumorales expresan la telomerasa.
Histología y biología celular. Introducción a la anatomía patológica
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