Citoesqueleto de F-actina: Una vía para la comunicación neuronal

Yolanda Giménez Molina

El sistema nervioso central está compuesto por muchas células altamente conectadas, que se conocen como neuronas. Los puntos de conexión entre ellas son extremadamente interesantes ya que son zonas activas de comunicación. Pero las neuronas no usan palabras para comunicarse. Ellas envían sus mensajes a través de pequeños impulsos eléctricos y sustancias químicas conocidas como neurotransmisores que están empaquetadas en pequeñas esferas, llamadas vesículas. Estas vesículas, viajan hasta la superficie celular para fusionarse con la membrana y así liberar su carga interna de neurotransmisores hacia el exterior de la célula pudiendo llegar a células vecinas. Un proceso biológico, conocido como neurosecreción.

Representación artística de la arquitectura del citoesqueleto de F-actina y el albergue vesicular en el interior de la red en una sección de plano ecuatorial celular. Creada por el Dr Luis Miguel Gutierrez.

Pero… ¿cómo se controla el tráfico vesicular? ¿Cómo encuentran las vesículas el camino correcto para llegar a la superficie celular? Bien, las células secretoras presentan un esqueleto interno que permite que las vesículas se encuentren en el lugar y momento oportuno para la secreción. El esqueleto celular está construido por tres elementos diferentes: microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos de actina. Este último constituye el citoesqueleto de F-actina y su estructura es clave para el tráfico de las vesículas y su organización cerca de los puntos de secreción. Por esta razón, fallos que afecten a esta estructura pueden vincularse con desordenes secretores, incluyendo fallos de neurosecreción y con ello alteraciones en la comunicación neuronal. Se han observado evidencias sobre dicho vínculo para enfermedades tales como la Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA), el desorden del espectro autista y el Alzheimer.

Dada su repercusión en nuestra salud, es importante que nosotros entendamos cómo funciona el citoesqueleto y cuál es su papel en el tráfico vesicular. En esta búsqueda y para poder trabajar con un modelo más sencillo que las neuronas, los investigadores han usado un modelo celular diferente al neuronal, las células cromafínes, que se encuentran en la médula de las glándulas adrenales. Estas células son un modelo excelente para estudiar la neurosecreción, debido a que son células próximas a las neuronas por un mismo origen embriológico y comparten la función secretora en respuesta a estímulo. Además, las células cromafínes tienen vesículas más grandes que las neuronas, facilitando su estudio y el de la “maquinaria” encargada de su movilidad, organización y fusión.

Nuestra interpretación funcional del citoesqueleto de F-actina ha sufrido una clara evolución a lo largo de los años gracias al estudio de esta estructura en células vivas bajo condición de estimulación y la interpretación de su respuesta estructural al estímulo, facilitada por la revolución en BioImagen con la llegada de los microscopios de alta resolución. Los primeros estudios, en células fijadas (muertas) describieron la distribución espacial de F-actina en células cromafínes como una red densa y continua bajo la membrana celular lo cual fue interpretado como un sistema de barrera para retener a las vesículas, bloqueando su fusión y la liberación de los neurotransmisores. Sin embargo, años más tarde, los estudios fueron desarrollados en células vivas aplicando estímulos fisiológicos para promover secreción in vitro y fue entonces cuando desaparece el concepto de “barrera” porque el citoesqueleto de F-actina era capaz de remodelarse cambiando la posición y orientación de las fibras que lo forman, así como la dimensión de sus cavidades internas.

Así, estos nuevos datos apuntan a que el citoesqueleto de F-actina es una estructura dinámica. La red de F-actina, adopta una estructura abierta, en respuesta a estímulo, con amplias cavidades conectadas entre sí creando autenticas vías de paso para las vesículas. Estas vías, permiten a las vesículas avanzar hacia la superficie de la célula donde poder llevar a cabo su fusión y liberar los neurotransmisores. Posteriormente, el citoesqueleto, es recargado con nuevas vesículas que llegarán desde el interior celular. Estas se distribuirán en los espacios de la red que, con el cese del estímulo, volverán a un estado cerrado, albergando estas ahora con una movilidad limitada, dentro de dicha estructura, hasta próximos eventos de comunicación.

Imagen de microscopia confocal de fluorescencia en plano ecuatorial celular de las fibras de actina (verde) y las vesículas (rojo). En la imagen se puede ver las sinuosidades del perfil de la red y las vesículas vinculadas, símbolo de la dinámica local de fibras para el transporte guiado de vesículas.

Sin embargo, el papel del citosequeleto de F-actina va más allá del tráfico vesicular. También resulta esencial para la organización y transporte de otros elementos clave para la comunicación como son las mitocondrias, responsables de la producción de energía en la célula y esenciales para el desarrollo de los procesos biológicos celulares. Recientemente se ha descrito que el citoesqueleto de F-actina puede desarrollar movimientos locales, de alta especificidad espacial, permitiendo un desplazamiento guiado para mitocondrias y vesículas en zonas muy concretas. La parte más interesante de este tipo de desplazamientos reside en el acercamiento de vesículas y mitocondrias a partes especificas de la membrana celular, diseñados para la liberación de neurotransmisores (zonas activas para la secreción). Por un lado, la localización de vesículas cerca de los sitios activos ofrece una configuración espacial de las mismas funcional en secreción. Por otro, esto permite tener una población mitocondrial cerca de los sitios de secreción, necesaria para crear un ambiente iónico idóneo (altos niveles de calcio) que se requiere para activar la maquinaria de fusión vesicular y la liberación de neurotransmisores. 

Teniendo en cuenta todo esto, el citoesqueleto de F-actina actúa como un excelente organizador “activo” controlando el transporte de vesículas y mitocondrias, así como organizando ambos de un modo funcional para la neurosecreción y la liberación de neurotransmisores. En este sentido, la alteración de la estructura del citoesqueleto de F-actina o el bloqueo de su dinámica podría desarrollar desordenes en la comunicación neuronal.

Post escrito por Yolanda Giménez Molina, investigadora postdoctoral en el Instituto de Neurociencias de Alicante (INA).

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