La ciliogénesis se define como la construcción de la antena de la célula ( cilios primarios ) o el mecanismo de mediación del líquido extracelular ( cilios móviles ). [1] Incluye el montaje y desmontaje de los cilios durante el ciclo celular . Los cilios son apéndices importantes de las células y participan en numerosas actividades, como la señalización celular , el procesamiento de señales de desarrollo y la dirección del flujo de fluidos como el moco sobre y alrededor de las células. Debido a la importancia de estos procesos celulares, los defectos en la ciliogénesis pueden dar lugar a numerosas enfermedades humanas relacionadas con cilios no funcionales conocidas como ciliopatías . [1]
Los cilios primarios se forman cuando una célula sale del ciclo celular. [2] Los cilios constan de cuatro compartimentos principales: el cuerpo basal en la base, la zona de transición, el axenoma, que es una disposición de nueve microtúbulos dobles y se considera el núcleo del cilio, y la membrana ciliar. [2] Los cilios primarios contienen nueve microtúbulos dobletes dispuestos como un cilindro en su axenoma y se indican con un patrón 9+0. [2] Los cilios móviles se denominan patrón 9+2 porque contienen dos microtúbulos adicionales en el centro del cilindro que forma el axenoma. [2] Debido a las diferencias entre los cilios primarios y móviles, se observan diferencias en el proceso de formación.
La ciliogénesis se produce a través de un conjunto ordenado de pasos. [3] Los cuerpos basales migran a la superficie de la célula y se adhieren a la corteza celular . En el camino, los cuerpos basales se unen a vesículas de membrana que se fusionan con la membrana plasmática de la célula. La alineación de los cilios está determinada por la posición y orientación de los cuerpos basales en este paso. Una vez determinada la alineación, los microtúbulos axonemales se extienden desde el cuerpo basal y forman los cilios. [1]
Las proteínas deben sintetizarse en el citoplasma de la célula y no pueden sintetizarse dentro de los cilios. Para que el cilio se alargue, las proteínas deben importarse selectivamente desde el citoplasma al cilio y transportarse hasta la punta del cilio mediante transporte intraflagelar (IFT). Una vez que el cilio está completamente formado, continúa incorporando tubulina nueva en la punta de los cilios mientras que la tubulina más vieja se degrada simultáneamente. Esto requiere un mecanismo activo que mantenga la longitud ciliar. Las alteraciones en estos mecanismos pueden afectar la motilidad de la célula y la señalización celular entre células. [1]
Hay dos tipos destacados de ciliogénesis: compartimentada y citosólica. [4] La mayoría de las células experimentan una ciliogénesis compartimentada en la que los cilios están envueltos por extensiones de la membrana plasmática durante todo el desarrollo. [4] En la ciliogénesis citosólica, el axenoma debe interactuar con las proteínas del citoplasma, por lo que está directamente expuesto al citoplasma. [4] En algunas células, la ciliogénesis citosólica ocurre después de una ciliogénesis compartimentada. [4]
El desmontaje de los cilios se comprende mucho menos que el montaje de los cilios. A partir de descubrimientos recientes, se han identificado tres tipos distintos de desmontaje de cilios. Una variedad de desmontaje de los cilios ocurre cuando la longitud de los cilios se reduce gradualmente hasta que ya no son funcionales. [5] Otra categoría de desmontaje de los cilios es el desprendimiento, donde los cilios se separan del cuerpo celular principal. [5] Un ejemplo de esto es Chlamydomonas en el que una enzima separadora conocida como katanina separa los cuerpos basales de los axenomas. [5]
En algunos organismos, se ha observado un tercer método de desmontaje de los cilios en el que se internaliza todo el axenoma y luego se desintegra. [2]
Se considera que la presencia de cilios está inversamente relacionada con la progresión del ciclo celular, lo que se puede observar mediante el ensamblaje que ocurre durante la inactividad celular y el desensamblaje que ocurre cuando se estimula el ciclo celular. [2]
Diferentes células utilizan sus cilios para diferentes propósitos, como la señalización sensorial o el movimiento de líquido. Por esta razón, cuándo se forman los cilios y su longitud puede variar de una célula a otra. Los procesos que controlan la formación, degradación y longitud de los ciliares deben regularse para garantizar que cada célula pueda realizar sus tareas necesarias.
Cada tipo de célula tiene una longitud óptima para sus cilios que deben regularse para garantizar el funcionamiento óptimo de la célula. Se cree que algunos de los mismos procesos que se utilizan para controlar la formación y eliminación de los cilios (como IFT) se utilizan en la regulación de la longitud de los cilios. [1] La longitud de los cilios también difiere dependiendo de dónde se encuentre una célula en el ciclo celular. [2]
Tres categorías de eventos moleculares que potencialmente regulan el desmontaje de los cilios incluyen la activación de la quinasa AurA y la desacetilación de microtúbulos, la despolimerización de microtúbulos y la remodelación de la membrana ciliar. [2]
La regulación de los cilios está muy poco estudiada; sin embargo, la desregulación de la ciliogénesis está relacionada con varias enfermedades.
Los defectos ciliares pueden provocar una amplia gama de enfermedades humanas conocidas como ciliopatías causadas por mutaciones en las proteínas ciliares. Debido a lo extendidos que están los cilios, los defectos pueden causar ciliopatías en muchas regiones diferentes del cuerpo. [4]
Los cilios también desempeñan un papel en la señalización celular y en el ciclo celular, por lo que sus defectos pueden tener un impacto grave en la capacidad de funcionamiento de la célula. [4]
Algunas ciliopatías comunes incluyen discinesia ciliar primaria , hidrocefalia , enfermedad poliquística hepática y renal , algunas formas de degeneración de la retina , nefronoptisis , síndrome de Bardet-Biedl , síndrome de Alström y síndrome de Meckel-Gruber . [6]