FILAMENTOS INTERMEDIOS

Los filamentos intermedios son un elemento del citoesqueleto que aportan resistencia mecánica. Se anclan a los complejos de unión. Se distribuyen por el citoplasma y forman parte de la envuelta nuclear. Están formados por monómeros con dos dominios: cabezas globulares y zona intermedia lineal. Hay distintos tipos, destacando las queratinas.  Son componentes del citoesqueleto cuya principal misión es permitir a las células o estructuras celulares soportar tensiones mecánicas. Esta función es obvia en las células animales, pero no en las células de las plantas donde el papel de resistencia mecánica lo llevan a cabo las paredes celulares. En las células de las plantas se han detectado proteínas similares a los filamentos intermedios pero su papel es desconocido. Se denominan intermedios porque su diámetro es de aproximadamente 8 a 15 nm, que se encuentra entre los de los filamentos de actina (7 a 8 nm) y los microtúbulos (25 nm). Se encuentran presentes en las células animales, aunque no en todas. Forman una red que contacta con el núcleo y se extiende hasta la periferia celular. Normalmente están anclados a los complejos de unión (desmosomas, hemidesmosomas, las uniones focales) que se establecen entre células vecinas y la matriz extracelular (hemidesmosomas) a través de proteínas de unión. También se han encontrado filamentos intermedios en el núcleo donde forman la lámina nuclear ☆, un entramado que da forma y aporta cohesión a la envuelta nuclear. Abundan los filamentos intermedios en las células que están sometidas a tensiones mecánicas. Por ejemplo en los axones de las células nerviosas, en las musculares y en las epiteliales. Esquema de la disposición de los filamentos intermedios en una célula animal en cultivo. En humanos hay 70 genes diferentes que codifican para proteínas de filamentos intermedios, que al polimerizar forman los filamentos intermedios que se observan en las células. Pero además se pueden maduración alternativa del ARNm (alternative splicing) resultando en más formas proteicas diferentes. Estos monómeros o subunidades están formados por una cabeza globular en el extremo amino, una cola globular en el extremo carboxilo y un dominio central alargado o región central con unos 310 a 350 aminoácidos. Las cabezas o zonas globulares son las regiones de la proteína encargadas de interaccionar con otros componentes celulares. En los distintos tipos de filamentos intermedios estas cabezas son variables en forma y secuencia de aminoácidos. La organización molecular es importante para que estas proteínas se asocien entre sí de manera espontánea. La región central se organiza en una hélice alfa que permite a un monómero unirse a otro para formar dímeros. Dos de estos dímeros pueden asociarse entre sí de forma antiparalela mediante enlaces eléctricos para formar tetrámeros. Los tetrámeros se asocian lateralmente para formar una estructura laminada de 8 tetrámeros, que se enrrolla sobre sí misma, y se une en línea con otras para formar el filamento intermedio de unos 8 a 10 nm. La estructura formada por la longitud de 4 tetrámeros forma la unidad fundamental de ensamblaje de unos 60 nm de longitud. Las unidades fundamentales se asocian por sus extremos para formar los filamentos intermedios a modo de cuerda. Las zonas centrales de los monómeros son muy parecidas entre los distintos tipos de filamentos intermedios, en tamaño y secuencia de animoácidos, por lo que todos tienen un diámetro y forma parecidos. Esquema del ensamblaje de los filamentos intermedios a partir de monómeros. Los filamentos intermedios son flexibles y resistentes, dos propiedades óptimas para soportar las tensiones mecánicas. Se ha estimado que pueden estirarse entre un 250 y un 350 % de su longitud inicial cuando se someten a fuerzas de tensión. Cuando esto ocurre disminuyen su diámetro, por lo que se estima que los monómeros pueden deslizarse unos sobre otros. Esto contrasta con los microtúbulos y los filamentos de actina, los cuales son relativamente rígidos. Además de en esta función de resistencia parece que intervienen en otros procesos celulares. Se les postula como lugar de anclaje de numerosas moléculas de señalización. Además, interaccionan directamente con orgánulos como las mitocondrias, el aparato de Golgi y los lisosomas, por lo que pueden afectar a su funcionamiento y al propio tráfico vesicular. Por ejemplo, se ha encontrado que la vimentina, un tipo de filamento intermedio, interacciona con las proteínas Rab, las cuales son necesarias para el reparto de las vesículas del tráfico vesicular. Aunque los filamentos intermedios son más estables en el tiempo que los microtúbulos o los filamentos de actina, también pueden desorganizarse y volver a polimerizar bajo ciertas condiciones celulares como durante el desplazamiento celular, división celular o cuando se responde a cambios en la dirección de las fuerzas tensoras que soportan las células. Los filamentos intermedios se clasifican en 6 grupos o clases. I y II son las queratinas ácidas y básicas respectivamente. Ambos tipos se combinan entre sí para dar las queratinas de las células, es decir, las queratinas son heteropolímeros. Las queratinas son abundantes en las célula epiteliales. III es una clase heterogénea donde destacan la vimentina, desmina, proteína glial fibrilar ácida y la periferina. IV es un grupo que incluye a los neurofilmentos, típicos de neuronas, a la semina, sincoilina y a la alfa-internexina. V es una clase que incluye a las láminas nucleares que forman la lámina nuclear, son los únicos filamentos intermedios que no se encuentran en el citoplasma. VI es una nueva clase añadida recientemente que incluye a proteinas de las lentes del ojo como filensina y la faquinina. La familia de filamentos intermedios con más diversidad en sus monómeros es la de las queratinas. Así, se han encontrado monómeros diferentes en epitelios diferentes, también aparecen queratinas especiales en el pelo, las plumas y las uñas. En cada caso los filamentos de queratina son el resultado de una mezclas de distintos tipos de monómeros de queratinas. Otros filamentos intermedios también forman heteropolímeros, es decir, asociaciones entre filamentos intermedios correspondientes a clases diferentes. Los filamentos de queratina en las células epiteliales☆ suelen estar anclados a los desmosomas y a los hemidesmosomas. La importancia de esto queda patente en una enfermedad llamada epidermolisis bullosa simple, en la cual existen mutaciones que modifican la formación de los filamentos de queratina. El resultado es una piel muy vulnerable al daño mecánico, es decir, hace falta muy poca presión para separar las células y producir descamación. Ésta es sólo una de las más de 75 enfermedades humanas asociadas a defectos en los filamentos intermedios entre las que se encuentran miopatías, esclerosis lateral amiotrófica, Parkinson, cataratas, etcétera.