REGULACIÓN DE LA DINÁMICA DE MICROTÚBULOS

La dinámica de MT es regulada por una variedad de factores intrínsecos y extrínsecos. En el primer grupo se incluyen las modificaciones posttraduccionales de tubulina, como características internas y esenciales de los MT. Las proteínas de asociación con MT, quinasas y un gran número de drogas antimitóticas se enmarcarían dentro del segundo grupo. En esta sección repasaremos las principales proteínas así como las quinasas más relevantes implicadas en la dinámica de los MT.

4.3.1 Proteínas que regulan la dinámica de microtúbulos

Un considerable número de proteínas reguladoras de MT han sido identificadas, actuando directamente sobre MT para estabilizar, despolimerizar o fragmentar su estructura, modulando su dinámica de crecimiento (fig. I8).

Las MAPs son proteínas asociadas a MT que regulan su polimerización y estabilización, y por lo tanto, son uno de los factores extrínsecos que modulan el proceso de inestabilidad dinámica. Se pueden dividir en tres familias, MAP1, MAP2 y tau. La familia MAP2 se divide en dos grupos: de alto peso molecular que incluye MAP2A y MAP2B, expresadas específicamente en soma y dendritas ; y de bajo peso molecular MAP2C y MAP2D presentes también en células gliales y en todos los compartimentos neuronales. MAP2 y tau son capaces de estabilizar MT, incrementar su rigidez y promover su nucleación. MAP1B es altamente expresada durante el desarrollo temprano y, al igual que tau, está enriquecida en axones. Ambas son necesarias para la formación del axón. La afinidad de las MAPs por la tubulina depende de su estado de fosforilación, proceso regulado por diversas quinasas y fosfatasas (Avila et al., 1994; Dehmelt and Halpain, 2005; Halpain and

Dehmelt, 2006; Poulain and Sobel, 2010).

Las proteínas +TIP (plus-end tracking proteins) se asocian, y específicamente se acumulan, en los extremos + de los MT permitiendo el control de su dinámica e interacciones con componentes de la corteza celular. De entre las más representativas CLIPs, CLASP, APC y EB1 están involucradas en el control de la morfogénesis neuronal. APC (poliposis adenomatosa coli) es una proteína multidominio que estabiliza los MT y parece promover su ensamblaje tanto in vitro como in vivo (Kita et al., 2006). EB1 se ha encontrado a lo largo de los

MT estabilizando los extremos + (Sandblad et al., 2006). Otras proteínas relacionadas con la dinámica de MT

son las proteínas de corte katanina y espastina, encargadas del remodelado de MT durante la morfogénesis neuronal. La kinesina KIF2 está involucrada en la regulación de las ramificaciones colaterales axonales, y se

acumula en los conos de crecimiento provocando la despolimerización de MT (Hirokawa and Noda, 2008).

Otra proteína ,CRMP-2, se une a los dímeros de tubulina y promueve el ensamblaje de MT aumentando su tasa de crecimiento (Fukata et al., 2002).

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Existe una amplia variedad de fármacos que modulan la dinámica del citoesqueleto de MT, y suelen emplearse por su potencial antimitótico en cáncer. Entre ellos, el nocodazol es un fármaco que inhibe la polimerización de unidades libres de tubulina y a concentraciones estequiométricas suprime el proceso de inestabilidad dinámica. El taxol ,por el contrario, estabiliza los MT y estimula su polimerización, uniéndose preferentemente a la región N-terminal de la β-tubulina en la superficie del MT (Vasquez et al., 1997; Wilson et al., 1999).

4.3.2 Quinasas implicadas en la regulación de los microtúbulos

La quinasa GSK3, además de participar en diferentes vías de señalización implicadas en procesos de polaridad neuronal, es un modulador fundamental de la dinámica de MT, dado que regula el estado de fosforilación de determinadas MAPs. Entre ellas se incluyen CRMP2, APC, MAP1B y tau. La fosforilación de CRMP2

impide su unión a dímeros de tubulina y, en consecuencia, impide la polimerización de MT (Yoshimura et al.,

2005). Del mismo modo, la actividad de GSK3 sobre APC , tau y MAP1B impide su unión a MT y afecta a su

ensamblaje (Zumbrunn et al., 2001). La inhibición de la actividad de GSK3, bajo la señalización de PI3K, parece fundamental durante el proceso de especificación axonal para promover la estabilización y polimerización

F.E. Poulain, A. Sobel / Molecular and Cellular Neuroscience 43 (2010) 15 –32

α-tubulina β-tubulina Kinesina-1 Vesícula Tau MAP2 MAP1B Doblecor�na (DCX) STOPs TIPs

Proteínas que polimerizan MTs Proteínas que estabilizan MTs

CRMPs

Proteínas reguladoras de tubulina Familia de

proteínas statmina Cofactores de tubulina Proteínas de corte de MTs

katanina o espas�na Proteínas que despolimerizan MTs

Kinesina KIF2

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de MT. Sin embargo, el modo de acción de GSK3 durante el proceso de elongación axonal parece ser algo más complejo. Sustratos de GSK3 como APC o CRMP2 requieren la fosforilación previa o el priming de otra quinasa, a diferencia de MAP1B, lo que ha llevado a determinados grupos a proponer un modelo en el que

los diferentes sustratos de GSK3 son diferencialmente regulados, para modular la morfogénesis axonal (Kim et

al., 2006). Durante la elongación axonal, cuando GSK3 es completamente inhibida, los MT son excesivamente

estabilizados y pierden su dinamismo, dando lugar a una interrupción del crecimiento axonal. Por lo tanto, una estrecha regulación de la actividad GSK3 es necesaria para modular la elongación axonal.

Además de GSK3, otras quinasas participan en la regulación de la dinámica de microtúbulos. Cdk5, es capaz de fosforilar muchas proteínas reguladoras de MT, e interviene en el mantenimiento axonal, regulando el

avance y motilidad del cono de crecimiento en procesos claves de neuritogénesis y polaridad neuronal (Hahn

et al., 2005). JNK (c-jun NH2-terminal kinase) es otro modulador de la red de MT que actúa sobre MAPs

(Tararuk et al., 2006). La actividad de CaMKI y ERK se ha visto interviene en la extensión axonal y en

el crecimiento dendrítico, incrementando la unión de MAP2 a MT (Vaillant et al., 2002; Wayman et al.,

2004). La proteína CK2 (casein kinase 2) también participa en el control de citoesqueleto y dinámica de los

microtúbulos, pudiendo regular la fosforilación de MAP1B (Canton and Litchfield, 2006).