Filamento intermedio

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Filamentos intermedios teñidos en negro, en contacto con desmosomas.

Los filamentos intermedios son componentes del citoesqueleto, formados por agrupaciones de proteínas filamentosas. Su nombre deriva de su diámetro, de 10 nm, menor que el de los microtúbulos, de 25 nm, pero mayor que el de los microfilamentos, de 7 nm. Son únicos en las células animales. Los filamentos intermedios (FI) del citoplasma están anclados a los complejos de unión entre las células vecinas y también entre las células y la matriz extracelular a través de proteínas de unión; los FI del núcleo celular se anclan a la membrana nuclear y forman la lámina nuclear. Los FI están compuestos por una variedad de proteínas que se expresan en diferentes tipos de células. Los FI poseen estabilidad, falta de polaridad, insolubilidad, capacidad de autoensamblaje y propiedades mecano-elásticas especiales. Los defectos en los FI se asocian con más de 100 enfermedades. Terminología Histológica TH: H1.00.01.3.02019 (Filamentum intermedium).

Historia

Las primeras observaciones de los filamentos intermedios (FI) fueron realizadas por citólogos e histólogos durante el período en que se utilizaba la tinción con plata para generar contraste en las observaciones con microscopía de campo claro.

En 1952 los análisis de difracción de rayos X condujeron a las primeras descripciones de los patrones de difracción de tipo-alfa (α).
En 1968 mediante microscopía electrónica de secciones ultrafinas de miofibras se produjo un avance en los filamentos intermedios (FI) en vertebrados. Howard Holtzer detectó filamentos lisos y relativamente uniformes que coexistían con filamentos de actina y miosina en el músculo. Se informó que el diámetro aparente estaba en el rango de 10 nm y era "intermedio" entre los filamentos de actina (6 nm) y los filamentos de miosina (15 nm).
Luego también se detectaron en células no musculares, por lo cual a partir de entonces se les denominó "intermedios", pero entre los filamentos de actina y los microtúbulos.
En la década de 1970, se aislaron, solubilizaron y purificaron varios tipos diferentes de filamentos intermedios (FI) mediante ciclos de ensamblaje y desensamblaje in vitro; al utilizar su característica de insolubles en condiciones fisiológicas.
En 1981 se vio la similitud de secuencia entre la desmina y las queratinas de lana, dentro del segmento central de hélice alfa de ambas moléculas.
En 1983 Peter Steinert, publicó la primera secuencia completa de aminoácidos de una queratina epidérmica de ratón. Se comprobó así la relación molecular de las diversas proteínas de múltiples tejidos, que forman filamentos de 10 nm de ancho.
La obtención de la secuencia completa de aminoácidos de la desmina permitió proponer un modelo estructural común para las proteínas IF, una organización que consiste en un dominio central de varilla α-helicoidal de tamaño conservado, flanqueado por dominios terminales no α-helicoidales.

Estructura

Los filamentos intermedios (FI) se ensamblan a partir de proteínas filamentosas con un modelo estructural común, una organización de un dominio central de varilla α-helicoidal de tamaño conservado, flanqueado por dominios terminales no helicoidales. La varilla α-helicoidal central facilita la formación de complejos diméricos de hélice enrollada.

Primaria

Las cadenas de aminoácidos de Filamenta pintermedialia cuentan con 350 aminoácidos y unos 45 nm de longitud.

Cada monómero de vimentina está formado por 466 aminoácidos.

Secundaria

una cabeza globular en el extremo amino, una cola globular en el extremo carboxilo y un dominio central alargado o varilla (rot).

La varilla se subestructura en tres hélices (coils) denominadas: Ia, Ib y II (IIa, IIb).

Terciaria

Las proteínas IF forman hélice-alfa α que se enrollan en dímeros.

Se componen de proteínas en hélice-alfa α, que se agrupan de forma jerárquica para dar lugar a los filamentos intermedios:

• Dos proteínas se asocian de forma paralela, es decir, con los extremos amino terminal y carboxi terminal hacia el mismo lado.
  • Dos dímeros se asocian de forma antiparalela para dar un tetrámero
    • Los tetrámeros se asocian cabeza con cola para dar largas fibras llamadas protofilamentos, que, además, se asocian lateralmente para dar:
      • El filamento intermedio, se asemeja a una cuerda formada por las hebras de tetrámeros unidos cabeza con cola.

La unidad funcional que se considera precursor, por su elevada estabilidad en el citosol, es el tetrámero.

Tipos de filamentos intermedios

Los filamentos intermedios (FI) son una familia de proteínas del citoesqueleto, presentes en todas las especies de metazoos.
Basándose en la homología de la secuencia de aminoácidos y los patrones de expresión, los FI se clasifican en seis tipos (I-VI).

En humanos hay 70 genes que codifican para las distintas proteínas de FI diferentes. Se han clasificado las FI en seis grupos según las similitudes de sus secuencias de aminoácidos.

File:Citoesqueleto comparado diamet.jpg

Diámetros de FI comparados. Tomografía crioelectrónica.

1. Tipo I. Citoqueratina ácida
2. Tipo II. citoqueratina básica
3. Tipo III. Vimentina, desmina, periferina
4. Tipo IV. Neurofilamentos α-internexin, Nestina y synemin.
5. Tipo V. Laminas o proteínas laminares (envoltura nuclear)
6. Tipo VI. Filensina (BFSP1), Phakinin (BFSP2)

Función

Los filamentos intermedios (FI) forman una red flexible y específica de cada célula. Actúan como lugar de anclaje de numerosas moléculas de señalización.
Esta red dinámica de FI se extiende desde la superficie celular a través del citoplasma, forma una "jaula perinuclear" que se une al complejo de enlace del nucleoesqueleto y el citoesqueleto (LINC), que a su vez se conecta a la red de laminas en el núcleo.
Su función principal es darle rigidez a las células. La función depende de la composición y la localización de los filamentos. Las laminas nucleares además de darle rigidez al núcleo, participan en la regulación de transcripción genética. Otros miembros, las queratinas, participan en algunas uniones celulares (desmosomas y hemidesmosomas).

File:Desmosome_cell_junction_cs.svg

FI filamentos intermedios de citoqueratina (en naranja).

Además:

• Apoyo estructural
• Fijación al núcleo
• Suministran una conexión adaptable
• Proporcionan un marco estructural
• No dan movimiento

Su función no se observa claramente in vitro ya que es dar origen a tejidos y órganos.^{[cita requerida]} Son esenciales para el anclaje de células a otras células o a la matriz extracelular. In vitro no se requieren proteínas para su función pero in vivo sí. Algunas funciones de las proteínas asociadas in vivo a los filamentos intermedios son:

• Unir los filamentos intermedios con otras estructuras celulares como la membrana plasmática
• Hacer redes entre filamentos intermedios
• Formar haces

Irregularidades en la expresión genética de las proteínas de los filamentos intermedios causan fragilidad y distrofias celulares (como es el caso de ciertas cardiomiopatías).

Estabilidad

Los FI están compuestos por una variedad de proteínas que se expresan en diferentes tipos de células. Los FI poseen estabilidad notable, falta de polaridad, insolubilidad, capacidad de autoensamblaje y propiedades mecano-elásticas especiales. Los filamentos intermedios, a diferencia de la actina F o los microtúbulos, son muy estables. Para su dinámica se requiere la fosforilación y defosforilación de sus componentes por medio de Quinasas y fosfatasas, respectivamente.

Relación con otros elementos del citoesqueleto

Existen proteínas asociadas a filamentos intermedios que establecen enlaces cruzados con microtúbulos y actina. También son buenos inhibidores de las miosinas.

Patología

Alteraciones del gen del neurofilamento ligero (NEFL) se encuentran entre las causas de la neuropatía denominada Síndrome de Charcot-Marie-Tooth.

Véase también

• Núcleo celular
• Lámina nuclear

Referencias