O citoesqueleto é uma rede altamente dinâmica e organizada de proteínas filamentosas que se estende por todo o citoplasma. Fornece suporte mecânico, determina a forma celular, posiciona organelas e gera as forças necessárias para a divisão e motilidade celular.
Filamentos de Actina (Microfilamentos)
Os filamentos de actina (F-actina) têm 7 nm de diâmetro e são montados a partir de monômeros de actina globular (G-actina) ligados a ATP ou ADP. A polimerização ocorre preferencialmente na extremidade farpada (mais), enquanto a despolimerização ocorre na extremidade pontiaguda (menos), uma propriedade chamada de esteira quando as taxas estão equilibradas. As proteínas de ligação à actina regulam a dinâmica dos filamentos: a profilina promove a polimerização da actina trocando ADP por ATP, a cofilina rompe os filamentos e acelera a despolimerização, e o complexo Arp2/3 nuclea novos filamentos como ramificações dos existentes. As proteínas de cobertura ligam a extremidade farpada para estabilizar os filamentos, enquanto a tropomodulina cobre a extremidade pontiaguda. As forminas nucleam filamentos lineares não ramificados e permanecem associadas à extremidade farpada durante o alongamento.
Microtúbulos
Os microtúbulos são cilindros ocos de 25 nm de diâmetro compostos de heterodímeros de α e β-tubulina que se agrupam cabeça-com-cauda em protofilamentos, normalmente treze dos quais formam a parede dos microtúbulos. Os microtúbulos apresentam instabilidade dinâmica: eles alternam entre fases de crescimento (polimerização da GTP-tubulina) e encolhimento rápido (catástrofe desencadeada pela hidrólise do GTP na subunidade β-tubulina). O centrossoma serve como o principal centro organizador de microtúbulos nas células animais, contendo um par de centríolos rodeados por material pericentriolar rico em complexos de anéis γ-tubulina que nucleam os microtúbulos. Proteínas associadas a microtúbulos (MAPs), como MAP2 e tau, estabilizam os microtúbulos, enquanto a catanina os separa. O medicamento taxol estabiliza os microtúbulos e é utilizado como agente quimioterápico, enquanto a colchicina e o nocodazol promovem a despolimerização.
Filamentos Intermediários
Os filamentos intermediários têm 10 nm de diâmetro e são compostos por diversas proteínas específicas de tecidos. Os filamentos intermediários citoplasmáticos incluem queratinas nas células epiteliais, vimentina nas células mesenquimais, desmina nas células musculares, proteína glial fibrilar ácida nos astrócitos e neurofilamentos nos neurônios. Os filamentos intermediários nucleares (lâminas A, B e C) formam a lâmina nuclear abaixo da membrana nuclear interna, fornecendo suporte mecânico para o núcleo e ancorando a cromatina. Ao contrário da actina e dos microtúbulos, os filamentos intermediários são apolares e não utilizam hidrólise de nucleotídeos para polimerização. Eles fornecem resiliência mecânica às células e tecidos, e mutações em genes de filamentos intermediários causam doenças como epidermólise bolhosa simples (queratina), cardiomiopatia (desmina) e progéria (lamina A).
Proteínas Motoras
As miosinas são proteínas motoras baseadas em actina que se movem em direção à extremidade farpada dos filamentos de actina (miosina de classe II no músculo, miosina de classe V no transporte de vesículas). A miosina II forma filamentos bipolares que deslizam filamentos de actina antiparalelos uns sobre os outros, conduzindo a contração muscular e a citocinese. As cinesinas são motores baseados em microtúbulos que normalmente se movem em direção à extremidade positiva (em direção à periferia celular), transportando vesículas, organelas e mRNA ao longo dos trilhos dos microtúbulos. As dineínas são motores baseados em microtúbulos que se movem em direção à extremidade negativa (em direção ao centrossoma), alimentando o transporte axonal retrógrado nos neurônios, posicionando o aparelho de Golgi e conduzindo o batimento ciliar e flagelar. A disfunção proteica motora leva a doenças como esclerose lateral amiotrófica (mutações na cinesina) e discinesia ciliar primária (mutações na dineína).
Citoesqueleto na Divisão Celular
Durante a mitose, o conjunto interfásico de microtúbulos se desmonta e é reorganizado no fuso mitótico, um conjunto bipolar de microtúbulos que se liga aos cromossomos por meio dos cinetocoros. O ponto de verificação do conjunto do fuso garante a fixação bipolar correta antes do início da anáfase. Kinesin-5 (Eg5) reticula e desliza microtúbulos antiparalelos para separar os pólos do fuso. O citoesqueleto de actina forma o anel contrátil no sulco de clivagem durante a citocinese, consistindo em filamentos de actina e miosina II que se contraem para dividir a célula. A formação e abscisão do meio do corpo completam a separação das células-filhas.
Motilidade Celular e Migração
A migração celular é um processo cíclico impulsionado pela dinâmica da actina. Na vanguarda, o complexo Arp2/3 forma redes nucleadas de actina ramificadas e lineares que empurram a membrana plasmática para frente para formar lamelipódios e filópodes. As aderências focais conectam o citoesqueleto de actina à matriz extracelular por meio de integrinas, proporcionando tração. O corpo celular avança à medida que a contração actina-miosina libera aderências posteriores. A quimiotaxia é a migração celular direcionada ao longo de gradientes químicos, mediada pela sinalização GPCR que ativa PI3K, Rac e Cdc42, que por sua vez regulam a polimerização da actina. As células também se movem através de ambientes tridimensionais usando metaloproteinases de matriz para degradar a matriz extracelular ou usando movimento amebóide que se comprime através de lacunas.
