VIII. OPERACI�N DE LA MAQUINARIA: REGULACI�N CELULAR

CUANDO las c�lulas llevan a cabo actividades de motilidad, un requisito indispensable es la capacidad de movilizar iones de Ca²⁺ (Figura VIII.1). Como vimos en otros cap�tulos, para la contracci�n muscular se requiere la movilizaci�n del Ca²⁺ de reservorios especiales al citoplasma. La presencia del Ca²⁺ y su asociaci�n a prote�nas, como las troponinas, induce varios cambios en la conformaci�n de las prote�nas del sarc�mero, favoreciendo la fosforilaci�n de la miosina y su interacci�n con la actina. En el caso de c�lulas no musculares, el Ca²⁺ sale tambi�n de reservorios especiales (ves�culas generalmente) hacia el citoplasma, en donde activa a otras prote�nas que al unir una o m�s mol�culas de calcio cambian su conformaci�n y pueden interaccionar a su vez con otras prote�nas para que �stas funcionen. Este es el caso de la gelsolina, que se analiz� en relaci�n con el movimiento amiboideo, y la interacci�n de calmodulina con microt�bulos y otras prote�nas en la mitosis. Muchas prote�nas del citoesqueleto son fosforiladas por enzimas llamadas cinasas. Cuando esto sucede su estructura se modifica, al igual que sus relaciones con otras prote�nas, dando como resultado la reorganizaci�n de los componentes del citoesqueleto, seg�n las necesidades de la c�lula. La desfosforilaci�n se lleva a cabo por otras prote�nas presentes en todas las c�lulas, llamadas fosfatasas. Estas enzimas se encargan de remover el o los grupos fosfatos a�adidos por las cinasas.

Como ejemplos de movimientos celulares en los que la fosforilaci�n y desfosforilaci�n de prote�nas es uno de los mecanismos de control tenemos a la fagocitosis, la desorganizaci�n de la envoltura nuclear y la condensaci�n de la cromatina que ocurren durante la mitosis, la exocitosis de varios tipos de ves�culas, la ciclosis, la formaci�n de contactos focales sobre el sustrato para facilitar el desplazamiento de las c�lulas y otros movimientos que describiremos brevemente a continuaci�n.

Figura VIII.1. Modificaciones del Ca²⁺ intracelular durante diferentes tipos de movimiento. Los n�meros denotan unidades de tiempo.

El desplazamiento dirigido de una c�lula puede ser favorecido por la presencia de est�mulos qu�micos que se encuentran solubles en el medio o que forman la parte s�lida del sustrato sobre el que se mueve la c�lula. Este fen�meno se conoce como quimiotaxis y est� bien estudiado en las bacterias que se desplazan hacia el atrayente por rotaci�n de su o sus flagelos. Los flagelos bacterianos est�n constituidos por una prote�na diferente de las tubulinas pero que tambi�n puede polimerizarse y despolimerizarse. Las bacterias tienen receptores membranales que reciben la se�al quimio atrayente y pasan se�ales al interior de la c�lula. La se�al llega entonces al motor que mueve al o los flagelos y se produce un cambio en la direcci�n de la rotaci�n que permite a la bacteria dirigirse hacia el est�mulo. Un primer paso en la activaci�n de se�ales es la fosforizaci�n de una prote�na cinasa que depende de ATP. Esta prote�na puede entonces fosforilar a otras que, ya modificadas, intervienen con el motor flagelar y producen la rotaci�n del flagelo. Cabe aclarar que no pueden rotar las mutantes bacterianas que carecen de esta prote�na. Al desfosforilarse la prote�na se revierte el proceso y el flagelo rota en la direcci�n contraria, causando un cambio en la direcci�n del movimiento. Un caso bien estudiado en las c�lulas eucariontes es el de los leucocitos que son atra�dos hacia un sitio de infecci�n, y que al ser activados modifican su forma y su velocidad de movimiento (Figura VIII.2). Las amibas de Dictyostelium reaccionan en forma similar al est�mulo producido por AMP c�clico. Una vez cerca del est�mulo las amibas se agregan y empiezan a formar un sincicio, de donde se diferenciar�n las c�lulas sexuales. En estos casos, como en el de las bacterias, la fosforilaci�n de las prote�nas, como respuesta al est�mulo, es el efecto inicial a partir del cual se dan los cambios de la motilidad.

Figura VIII.2. Quimiotaxis.

Un caso particular es la estimulaci�n de la locomoci�n y la secreci�n de proteasas, que en varias c�lulas son producidas por las prote�nas de la matriz extracelular, como la fibronectina, la laminina y la col�gena. El reconocimiento del est�mulo se hace cuando la c�lula, a trav�s de una mol�cula proteica de su superficie (receptor), reconoce a la mol�cula que es el estimulador (ligando). Cuando esto sucede, el receptor y el ligando unidos causan una cascada de cambios en la organizaci�n de la membra�a celular que son interpretados como se�ales para que en el interior de la c�lula haya cambios a muchos niveles. Tal vez el m�s notable, en el tema que nos interesa en este libro, es la reorganizaci�n del citoesqueleto que tiene consecuencias en la forma de la c�lula, en su capacidad de desplazarse, en la velocidad con que se desplaza y en actividades metab�licas que le permiten secretar enzimas al exterior, fagocitar e incluso dividirse (Figura VIII.3).

Figura VIII.3. Reorganizaci�n del citoesqueleto en una c�lula que corresponde a una se�al externa a trav�s de un receptor en la membrana celular.

Los fen�menos de motilidad son muy diversos y algunas c�lulas presentan una organizaci�n especial del citoesqueleto que le permite movimientos a veces espectaculares. Esto es particularmente notable en los organismos unicelulares que se han tenido que adaptar a todos los medios, desarrollando estructuras que les permiten sobrevivir en condiciones adversas e incluso invadir a otras c�lulas como par�sitos. Como es imposible hacer una revisi�n completa de todas las modalidades, nos hemos concentrado en ilustrar las bases generales de la organizaci�n molecular y estructural del citoesqueleto, en una c�lula, y considerando el movimiento individual. Desde luego, en muchos casos, el prop�sito de estos movimientos se hace en el contexto de un �rgano o un organismo completo, formado por muchas c�lulas y actuando en concierto. El movimiento es, entonces, el resultado de la actividad del citoesqueleto de cada una de las c�lulas que forman un organismo, y sus diversas manifestaciones depender�n de la informaci�n gen�tica de aqu�l y de la posibilidad de expresi�n de ciertos genes. La informaci�n gen�tica se transforma, como hemos visto en este libro, en estructuras f�sicas con capacidad mec�nica y fuerza motora de las que dependen todos los movimientos de la maquinaria celular.