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movimiento ameboide

Dos modos comunes de motilidad ameboide.

El movimiento ameboide es el modo de locomoción más típico en las células eucariotas adherentes . [1] Es un tipo de movimiento parecido a un rastreo que se logra mediante la protrusión del citoplasma de la célula que implica la formación de pseudópodos ("pies falsos") y urópodos posteriores . Se pueden producir uno o más pseudópodos a la vez dependiendo del organismo, pero todo movimiento ameboide se caracteriza por el movimiento de organismos con una forma amorfa que no posee estructuras de motilidad establecidas. [2]

El movimiento ocurre cuando el citoplasma se desliza y forma un pseudópodo al frente para tirar de la célula hacia adelante. Algunos ejemplos de organismos que exhiben este tipo de locomoción son las amebas (como Amoeba proteus y Naegleria gruberi , [2] ) y los mohos mucilaginosos , así como algunas células del ser humano como los leucocitos . Los sarcomas , o cánceres que surgen de las células del tejido conectivo, son particularmente hábiles en el movimiento ameboide, lo que conduce a una alta tasa de metástasis .

Este tipo de movimiento se ha relacionado con cambios en el potencial de acción . Si bien se han propuesto varias hipótesis para explicar el mecanismo del movimiento ameboide, sus mecanismos exactos aún no se comprenden bien. [3] [4] El ensamblaje y desmontaje de los filamentos de actina en las células puede ser importante para los mecanismos bioquímicos y biofísicos que contribuyen a los diferentes tipos de movimientos celulares tanto en las estructuras musculares estriadas como en las células no musculares. [5] [6] La polaridad proporciona a las células distintos bordes de avance y retraso a través del desplazamiento selectivo de proteínas hacia los polos, y puede desempeñar un papel importante en la quimiotaxis eucariota . [7] [8]

Tipos de movimiento ameboide

Diagrama de los tres tipos principales de movimiento de células ameboides.

Arrastrándose

El rastreo es una forma de movimiento ameboide que comienza cuando una extensión de la célula en movimiento ( pseudópodo ) se une firmemente a la superficie. [9] [10] La mayor parte de la célula se empuja hacia el parche unido. Al repetir este proceso, la célula puede moverse hasta que el primer parche unido esté al final de la célula, momento en el que se desprende. [9] [10] La velocidad a la que las células se arrastran puede variar mucho, pero generalmente gatear es más rápido que nadar, pero más lento que deslizarse sobre una superficie lisa. [9] Sin embargo, gatear no se vuelve notablemente más lento en superficies desiguales e irregulares, mientras que el deslizamiento se vuelve mucho más lento en tales condiciones. [9] Parece que el rastreo puede ser impulsado por ampollas o actina (ver las secciones siguientes), dependiendo de la naturaleza de la superficie. [10]

Deslizamiento

Deslizarse es similar a gatear, pero se caracteriza por una adherencia mucho menor a la superficie, lo que lo hace más rápido en superficies más lisas que requieren menos tracción pero más lento en superficies más difíciles y complicadas. [9] Algunas células se deslizan con el mismo mecanismo que el rastreo, pero con pseudópodos más grandes y menos adherencia a la superficie. [9] Otras células utilizan un método diferente para deslizarse: una pequeña porción de la célula que ya toca la superficie se une a la superficie, después de lo cual el citoesqueleto empuja o tira del parche anclado para deslizar la célula hacia adelante. [11] Esto difiere del mecanismo antes mencionado en que la célula no extiende un pseudópodo, por lo que hay relativamente poca deformación de la célula a medida que avanza. [11]

Nadar

Muchas células procarióticas y eucariotas diferentes pueden nadar y muchas de ellas tienen flagelos o cilios para ese propósito. Sin embargo, estas estructuras dedicadas no son necesarias para nadar, ya que hay amebas y otras células eucariotas que carecen de flagelos y cilios pero aún pueden nadar, aunque es más lento que gatear o deslizarse. [9] [10] [12] Hay dos mecanismos diferentes propuestos para la natación ameboide. En el primero de la célula se extienden pequeños pseudópodos que luego se mueven hacia los lados de la célula, actuando como paletas. [9] [10] [12] En el segundo, la célula genera un ciclo de flujo interno, con el citoplasma fluyendo hacia atrás a lo largo del borde de la membrana y hacia adelante a través del medio, generando una fuerza sobre la membrana que mueve la célula hacia adelante. [10] [12]

Mecanismo molecular del movimiento celular.

Teoría sol-gel

El protoplasma de una ameba está formado por una capa externa denominada ectoplasma que rodea una porción interna llamada endoplasma . El ectoplasma está formado por un semisólido gelatinoso llamado plasma gel, mientras que el endoplasma está formado por un fluido menos viscoso llamado plasma sol. El ectoplasma debe su estado altamente viscoso, en parte, al complejo de actomiosina entrecruzado . Se cree que la locomoción de una ameba se produce debido a la conversión sol-gel del protoplasma dentro de su célula. "La conversión sol-gel describe los procesos de contracción y relajación provocados por la presión osmótica y otras cargas iónicas". [13]

Por ejemplo, cuando una ameba se mueve, extiende un pseudópodo citosólico gelatinoso, lo que luego da como resultado que el citosol más fluido (sol de plasma) fluya después de la porción gelatinosa (gel de plasma) donde se congela al final del pseudópodo. Esto da como resultado la extensión de este apéndice. En el extremo opuesto (posterior) de la célula, el gel de plasma se convierte en sol de plasma y se transmite hacia el pseudópodo que avanza. Mientras la célula tenga una forma de agarrarse al sustrato , la repetición de este proceso guía a la célula hacia adelante. Dentro de la ameba, hay proteínas que se pueden activar para convertir el gel en un estado de sol más líquido.

El citoplasma está formado principalmente por actina y la actina está regulada por una proteína de unión a actina . Las proteínas de unión a actina están a su vez reguladas por iones de calcio; por tanto, los iones calcio son muy importantes en el proceso de conversión sol-gel. [1] [13]

Modalidades de movimiento ameboide.

Motilidad impulsada por actina

Basados ​​en algunos modelos matemáticos, estudios recientes plantean la hipótesis de un nuevo modelo biológico para los mecanismos biomecánicos y moleculares colectivos del movimiento celular. [14] Se propone que los microdominios tejen la textura del citoesqueleto y sus interacciones marcan la ubicación para la formación de nuevos sitios de adhesión. Según este modelo, la dinámica de señalización de microdominios organiza el citoesqueleto y su interacción con el sustrato. A medida que los microdominios desencadenan y mantienen la polimerización activa de los filamentos de actina, su propagación y movimiento en zigzag en la membrana generan una red altamente interconectada de filamentos curvos o lineales orientados en un amplio espectro de ángulos con respecto al límite celular. También se ha propuesto que la interacción de microdominios marca la formación de nuevos sitios de adhesión focal en la periferia celular. La interacción de la miosina con la red de actina genera retracción/rizado de la membrana, flujo retrógrado y fuerzas contráctiles para el movimiento hacia adelante. Finalmente, la aplicación continua de estrés en los antiguos sitios de adhesión focal podría dar como resultado la activación de la calpaína inducida por calcio y, en consecuencia, el desprendimiento de las adherencias focales que completa el ciclo.

Además de la polimerización de actina, los microtúbulos también pueden desempeñar un papel importante en la migración celular donde está implicada la formación de lamellipodios . Un experimento demostró que, aunque los microtúbulos no son necesarios para que la polimerización de actina cree extensiones lamelipodiales, sí son necesarios para permitir el movimiento celular. [15]

Motilidad impulsada por ampollas

Otro de estos mecanismos propuestos, el mecanismo de "locomoción ameboide impulsada por ampollas", sugiere que la actomiosina de la corteza celular se contrae para aumentar la presión hidrostática dentro de la célula. Las ampollas ocurren en las células ameboides cuando hay una protuberancia aproximadamente esférica en la membrana celular caracterizada por el desprendimiento de la corteza de actomiosina. Este modo de movimiento ameboide requiere que la miosina II desempeñe un papel en la generación de la presión hidrostática que hace que la ampolla se extienda. [16]  Esto es diferente de la locomoción impulsada por actina, donde la protrusión creada se debe a la polimerización de la actina mientras permanece unida a la corteza de actomiosina y empuja físicamente contra la barrera celular. Durante el movimiento ameboide impulsado por la ampolla, se regula el estado sol-gel citoplasmático. [1]

Las ampollas también pueden ser una señal de que una célula está experimentando apoptosis . [17]

También se ha observado que las ampollas formadas por células móviles experimentan un ciclo de vida aproximadamente uniforme que dura aproximadamente un minuto. Esto incluye una fase que involucra la expansión inicial hacia afuera donde la membrana se separa del citoesqueleto membranoso. A esto le sigue una breve fase estática en la que la presión hidrostática que se ha acumulado es suficiente para mantener el tamaño de la ampolla. A esto le sigue la última fase caracterizada por la retracción lenta de la ampolla y la reintroducción de la membrana en la infraestructura del citoesqueleto. [18]

Las células pueden sufrir transiciones rápidas entre la motilidad basada en ampollas y lamelipodio como medio de migración. Sin embargo, aún se desconoce el ritmo al que se realizan estas transiciones. Las células tumorales también pueden exhibir transiciones rápidas entre la motilidad ameboide y la motilidad mesenquimatosa, otra forma de movimiento celular. [19]

Mecanismos de movimiento relacionados

Las células de Dictyostelium y los neutrófilos también pueden nadar, utilizando un mecanismo similar al de gatear. [9] [20]

Otra forma unicelular de movimiento que se muestra en Euglena se conoce como metabolismo . La base de la teoría del sol gel es la interconversión de sol y gel.

Ver también

Referencias

  1. ^ abc Nishigami Y, Ichikawa M, Kazama T, Kobayashi R, Shimmen T, Yoshikawa K, Sonobe S (5 de agosto de 2013). "Reconstrucción del movimiento regular activo en extracto de ameba: cooperación dinámica entre los estados sol y gel". MÁS UNO . 8 (8): e70317. Código Bib : 2013PLoSO...870317N. doi : 10.1371/journal.pone.0070317 . PMC  3734023 . PMID  23940560.
  2. ^ ab Preston TM, Cooper LG, King CA (julio-agosto de 1990). "Locomoción ameboide de Naegleria gruberi: los efectos de la citocalasina B en las interacciones célula-sustrato y el comportamiento móvil". La Revista de Protozoología . 37 (4): 6S-11S. doi :10.1111/j.1550-7408.1990.tb01139.x. PMID  2258833.
  3. ^ Allen RD, Allen NS (1978). "Transmisión citoplasmática en movimiento ameboide". Revista Anual de Biofísica y Bioingeniería . 7 : 469–95. doi : 10.1146/annurev.bb.07.060178.002345. PMID  352246.
  4. ^ Smirnova T, Segall JE (octubre de 2007). "Quimiotaxis ameboide: desafíos y oportunidades de futuro". Adhesión y migración celular . 1 (4): 165–70. doi :10.4161/cam.1.4.5305. PMC 2634101 . PMID  19262145. 
  5. ^ Pollard TD (junio de 2007). "Regulación del ensamblaje de filamentos de actina por el complejo Arp2/3 y forminas". Revista Anual de Biofísica y Estructura Biomolecular . 36 (1): 451–77. doi : 10.1146/annurev.biophys.35.040405.101936. PMID  17477841.
  6. ^ Condeelis J (noviembre de 1993). "La vida a la vanguardia: la formación de protuberancias celulares". Revisión anual de biología celular . 9 (1): 411–44. doi : 10.1146/annurev.cb.09.110193.002211. PMID  8280467.
  7. ^ Swaney KF, Huang CH, Devreotes PN (abril de 2010). "Quimiotaxis eucariota: una red de vías de señalización controla la motilidad, la detección direccional y la polaridad". Revista Anual de Biofísica . 39 (1): 265–89. doi : 10.1146/annurev.biophys.093008.131228. PMC 4364543 . PMID  20192768. 
  8. ^ Kaneshiro, Edna S. (1995). "Movimiento ameboide, cilios y flagelos". Libro de consulta de fisiología celular . págs. 611–637. doi :10.1016/B978-0-12-656970-4.50051-8. ISBN 978-0-12-656970-4.
  9. ^ abcdefghi Van Haastert PJ (8 de noviembre de 2011). Hotchin NA (ed.). "Las células ameboideas utilizan protuberancias para caminar, deslizarse y nadar". MÁS UNO . 6 (11): e27532. Código Bib : 2011PLoSO...627532V. doi : 10.1371/journal.pone.0027532 . PMC 3212573 . PMID  22096590. 
  10. ^ abcdef Othmer, HG (enero de 2019). "Dinámica de las células eucariotas desde rastreadores hasta nadadores". WIREs Ciencia molecular computacional . 9 (1). doi :10.1002/wcms.1376. PMC 6402608 . PMID  30854030. 
  11. ^ ab Heintzelman, Matthew B. (2006). Mecánica celular y molecular de la locomoción deslizante en eucariotas . Revista Internacional de Citología. vol. 251, págs. 79-129. doi :10.1016/S0074-7696(06)51003-4. ISBN 978-0-12-364655-2. PMID  16939778.
  12. ^ abc Barry, Nicolás P.; Bretscher, Mark S. (22 de junio de 2010). "Las amebas y neutrófilos de Dictyostelium pueden nadar". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 107 (25): 11376–11380. Código bibliográfico : 2010PNAS..10711376B. doi : 10.1073/pnas.1006327107 . PMC 2895083 . PMID  20534502. 
  13. ^ ab Rastogi SC (2010). Biología celular y molecular (3ª ed.). Nueva Delhi: New Age Internacional. pag. 461.ISBN 9788122430790. Consultado el 29 de octubre de 2014 .
  14. ^ Coskun H, Coskun H (marzo de 2011). "Médico celular: lectura del movimiento celular: una técnica de diagnóstico matemático mediante el análisis del movimiento unicelular". Boletín de Biología Matemática . 73 (3): 658–82. doi :10.1007/s11538-010-9580-x. PMID  20878250. S2CID  37036941.
  15. ^ Ballestrem C, Wehrle-Haller B, Hinz B, Imhof BA (septiembre de 2000). "La formación de lamellipodios dependiente de actina y la migración celular dirigida por el control de la retracción de la cola dependiente de microtúbulos". Biología molecular de la célula . 11 (9): 2999–3012. doi :10.1091/mbc.11.9.2999. PMC 14971 . PMID  10982396. 
  16. ^ Yoshida K, Soldati T (septiembre de 2006). "Disección del movimiento ameboide en dos modos mecánicamente distintos". Revista de ciencia celular . 119 (parte 18): 3833–44. doi : 10.1242/jcs.03152 . PMID  16926192.
  17. ^ Coleman ML, Sahai EA, Yeo M, Bosch M, Dewar A, Olson MF (abril de 2001). "Las ampollas en la membrana durante la apoptosis son el resultado de la activación de ROCK I mediada por caspasa". Biología celular de la naturaleza . 3 (4): 339–45. doi :10.1038/35070009. PMID  11283606. S2CID  2537726.
  18. ^ Fackler OT, Grosse R (junio de 2008). "Motilidad celular a través de ampollas en la membrana plasmática". La revista de biología celular . 181 (6): 879–84. doi :10.1083/jcb.200802081. PMC 2426937 . PMID  18541702. 
  19. ^ Bergert M, Chandradoss SD, Desai RA, Paluch E (septiembre de 2012). "La mecánica celular controla las transiciones rápidas entre ampollas y lamellipodios durante la migración". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 109 (36): 14434–9. Código bibliográfico : 2012PNAS..10914434B. doi : 10.1073/pnas.1207968109 . PMC 3437886 . PMID  22786929. 
  20. ^ Bae AJ, Bodenschatz E (noviembre de 2010). "Sobre la natación de Dictyostelium amebae". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 107 (44): E165-6. arXiv : 1008.3709 . Código Bib : 2010PNAS..107E.165B. doi : 10.1073/pnas.1011900107 . PMC 2973909 . PMID  20921382.