María Paula Lorenzo
GENERALIDADES DE LA ESTRUCTURA Y FUNCIÓN EPITELIAL.
El epitelio tapiza la superficie del cuerpo, reviste las cavidades corporales y forma glándulas.
El epitelio es un tejido avascular que está compuesto por células que recubren las superficies externas
del cuerpo
y revisten las cavidades internas cerradas (incluido el sistema vascular) y los conductos
corporales que comunican con el exterior (sistemas digestivo, respiratorio y genitourinario). El epitelio
también forma la
porción secretora (parénquima) de las glándulas y sus conductos excretores. Además,
existen células epiteliales especializadas que funcionan como
receptores sensoriales (olfato, gusto, oído
y visión).
Las células que integran los epitelios poseen tres características:
• Están dispuestas muy cerca unas de otras y se adhieren entre sí mediante
uniones intercelulares
especializadas
• Tienen polaridad funcional y morfológica. En otras palabras, las diferentes funciones se asocian con tres
regiones superficiales de morfología distinta: una superficie libre o región apical, una región lateral y una
región basal. Las propiedades de cada región están determinadas por lípidos específicos y proteínas
integrales de la membrana.
• Su superficie basal se apoya en una
membrana basal subyacente, la cual es rica en proteínas y
polisacáridos y detectable con microscopio óptico mediante el uso de técnicas histoquímicas.
En situaciones especiales, las células epiteliales carecen de una superficie libre (tejido epitelioide).
En algunos sitios, las células se agrupan estrechamente entre sí y carecen de una superficie libre. Aunque
la estrecha
cercanía de estas células y la presencia de una membrana basal permiten clasificarlas como
epitelio, la falta de una superficie libre hace más apropiada la clasificación de este conjunto celular como
tejido epitelioide. Las células epitelioides derivan de células mesenquimales progenitoras (células no
diferenciadas de origen embrionario encontradas en tejido conjuntivo).
Si bien las células progenitoras de estos tejidos epitelioides pueden haber surgido de una superficie libre
o las células inmaduras pueden haber tenido una superficie libre en algún momento durante el desarrollo,
las células maduras carecen de una región superficial o una conexión de superficie. La organización
epitelioide es típica en la mayoría de las glándulas endocrinas; como las células intersticiales de Leydig de
los
testículos (lámina 3, pág. 166), las células luteínicas del ovario, los islotes de Langerhans del páncreas,
el parénquima de la
glándula suprarrenal y el lóbulo anterior de la glándula hipófisis. Las células
epiteliales reticulares del
timo también pueden ser incluidas en esta categoría. Los patrones epitelioides
también están formados por acumulaciones de macrófagos de tejido conjuntivo en respuesta a ciertos
tipos de lesiones e infecciones, así como por diversos tumores derivados del epitelio.
El tejido epitelial crea una barrera selectiva entre el medio externo y el tejido conjuntivo subyacente.
Los epitelios de revestimiento forman una lámina celular continua que separa el tejido conjuntivo
subyacente o adyacente del medio externo, de las cavidades internas o del tejido conjuntivo líquido como
la sangre y la linfa. Este revestimiento epitelial funciona como una
barrera selectiva capaz de facilitar o
inhibir el intercambio de sustancias específicas entre el medio externo (incluidas las cavidades corporales)
y el compartimiento de tejido conjuntivo subyacente.
María Paula Lorenzo
CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE EPITELIOS.
La clasificación tradicional de los epitelios es descriptiva y tiene su fundamento en dos factores: la
cantidad de estratos celulares y la forma de las células superficiales. La terminología, por consiguiente,
refleja sólo la estructura y no la función.
Así el epitelio se describe como:
• simple, cuando tiene un solo estrato celular de espesor
• estratificado cuando posee dos o más estratos celulares
Las células individuales que componen un epitelio pueden ser:
• planas o escamosas, cuando el ancho de las células es mayor que su altura,
• cúbicas, cuando el ancho, la profundidad y la altura son aproximadamente iguales
• cilíndricas, cuando la altura de las células excede apreciablemente el ancho (con frecuencia se
usa el término
cilíndrico bajo cuando la altura de la célula apenas excede las otras dimensiones).
De esta forma, al describir la cantidad de estratos celulares (es decir, simple o estratificado) y el aspecto
morfológico de las células superficiales, resulta sencillo clasificar las diversas configuraciones del tejido
epitelial. Las células en algunas glándulas exocrinas son más o menos piramidales y sus regiones apicales
están orientadas hacia la luz. Sin embargo, se clasifican en cúbicas o cilíndricas, según su altura en relación
con el ancho en la base celular.
En un epitelio estratificado, la forma y la altura de las células suelen variar de un estrato a otro, pero sólo
la forma de las células que integran el estrato más superficial sirve para la clasificación del epitelio. Por
ejemplo, el epitelio estratificado plano se compone de más de un estrato celular y el estrato más
superficial contiene células aplanadas o escamosas.
En algunos casos, un tercer factor (la especialización de la región apical de la superficie celular) puede
añadirse a este sistema de clasificación. Por ejemplo, algunos epitelios simples cilíndricos se clasifican en
simples cilíndricos ciliados cuando la región celular apical contiene cilios. El mismo principio se aplica al
epitelio estratificado plano en el cual las células más superficiales pueden estar queratinizadas o no
queratinizadas. Así, la epidermis se designa como un epitelio estratificado plano cornificado debido a la
existencia de células queratinizadas en la superficie.
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El epitelio seudoestratificado y el epitelio de transición son clasificaciones especiales de epitelios.
Existen dos categorías especiales del epitelio: el seudoestratificado y el de transición.
• El epitelio seudoestratificado aparece con aspecto estratificado, aunque no todas las células
alcanzan la superficie libre, todas sí se apoyan sobre la membrana basal. Por consiguiente, en
realidad es un epitelio simple. La distribución del epitelio seudoestratificado en el organismo es
limitada. Además, con frecuencia resulta difícil discernir si todas las células tienen contacto con
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la membrana basal. Por estas razones, la identificación del epitelio seudoestratificado suele
depender del conocimiento de dónde se le encuentra normalmente.
• Epitelio de transición (urotelio). Este es un término aplicado al epitelio que reviste las vías
urinarias inferiores y se extiende desde los cálices menores del riñón hasta el segmento proximal
de la uretra. El urotelio es un
epitelio estratificado con características morfológicas específicas
que le permiten distenderse. Este epitelio se describe en el cap. 20.
El endotelio y el mesotelio son epitelios simples planos que tapizan el sistema vascular y las cavidades
corporales, respectivamente.
En ciertos sitios los epitelios reciben nombres específicos:
• Endotelio es el epitelio que recubre los vasos sanguíneos y linfáticos.
• Endocardio es el epitelio que tapiza los ventrículos y aurículas del corazón.
• Mesotelio es el epitelio que tapiza las paredes y el contenido de las cavidades cerradas del
cuerpo (o sea, de las cavidades abdominal, pericárdica y pleural).
Tanto el endotelio y el endocardio, como el mesotelio son casi siempre epitelios simples planos. Con
excepción de las
vénulas poscapilares de ciertos tejidos linfáticos, en las cuales el endotelio es cúbico.
Estas vénulas se conocen como
vénulas de endotelio alto (HEV = high endotelial venules).
Otra excepción se encuentra en el bazo, en el cual las células endoteliales de los sinusoides venosos tienen
forma alargada y se disponen como las duelas de un barril.
Las diversas funciones epiteliales pueden comprobarse en los diferentes órganos del cuerpo.
Un epitelio dado puede tener una o más funciones, según la actividad de los tipos celulares que contenga:
• secreción, como en el epitelio cilíndrico del estómago y las glándulas gástricas;
• absorción, como en el epitelio cilíndrico de los intestinos y los túbulos contorneados proximales
del riñón;
• transporte, como en el transporte de materiales o células sobre la superficie de un epitelio por
el movimiento ciliar (transporte de partículas de polvo en el árbol bronquial) o el transporte de
materiales a través de un epitelio (pinocitosis o endocitosis) hacia o desde el tejido conjuntivo;
• protección mecánica, como en el epitelio estratificado plano de la piel (epidermis) y el epitelio
de transición de la vejiga urinaria
• función receptora, para recibir y transducir estímulos externos, como en los corpúsculos
gustativos de la lengua, el epitelio olfatorio de la mucosa nasal y la retina del ojo.
Los epitelios que intervienen en la secreción o absorción son generalmente simples y, en unos pocos
casos, seudoestratificados. La altura de las células con frecuencia es un reflejo del grado de actividad
secretora o de absorción. Los epitelios simples planos son compatibles con un ritmo acelerado de
transporte transepitelial. La estratificación del epitelio suele correlacionarse con la impermeabilidad
transepitelial. Por último, en algunos epitelios seudoestratificados, las células basales son las células
madre que dan origen a las células funcionales maduras del epitelio, con lo cual se mantiene el recambio
celular.
POLARIDAD CELULAR.
Las células epiteliales presentan una polaridad bien definida. Tienen una región apical, una región lateral
y una
región basal. Cada región posee características bioquímicas específicas. Estas características y la
disposición geométrica de las células en el epitelio determinan la polaridad funcional de las
tres regiones celulares.
La región libre o apical está siempre dirigida hacia la superficie exterior o luz de una cavidad o conducto
cerrados. La región lateral se comunica con células adyacentes y se caracteriza por áreas especializadas
de adhesión. La región basal se apoya sobre la membrana basal, y fija la célula al tejido conjuntivo
subyacente.
El mecanismo molecular que establece la polaridad en las células epiteliales es necesario, en primer lugar,
para crear una barrera totalmente funcional entre células adyacentes. Los complejos de unión (que se
comentan más adelante en
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este capítulo) se forman en las regiones laterales de las células epiteliales. Estos sitios de adhesión
especializados no sólo son responsables de la fijación firme entre las células, sino que también permiten
que el epitelio regule los movimientos paracelulares de solutos a favor de sus gradientes electro-
osmóticos. Además, los complejos de unión separan la región apical de la membrana plasmática de la
región basal y la región lateral y les permiten especializarse y reconocer diferentes señales moleculares.
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ESPECIALIZACIONES DE LA REGIÓN APICAL.
En muchas células epiteliales, la región apical presenta modificaciones estructurales especiales en su
superficie para llevar a cabo diferentes funciones. Además, la región apical puede contener enzimas
específicas (por ej., hidrolasas), conductos iónicos y proteínas transportadoras (por ej., transportadoras
de glucosa).
Las modificaciones estructurales de la superficie incluyen:
• microvellosidades, evaginaciones citoplasmáticas que contienen un núcleo de filamentos de
actina
• estereocilios (estereovellosidades), microvellosidades largas que poseen también un núcleo de
filamentos de actina
• cilios, evaginaciones citoplasmáticas que contienen haces de microtúbulos.
Las microvellosidades son evaginaciones citoplasmáticas digitiformes en la superficie apical de la
mayoría de las células epiteliales.
Como se comprueba con el microscopio electrónico (ME), las microvellosidades
tienen un aspecto muy variable. En algunos tipos celulares, las microvellosidades
son proyecciones cortas e irregulares con apariencia de bulto. En otros tipos
celulares, son evaginaciones altas, uniformes y muy juntas que aumentan mucho la
extensión de la superficie celular libre. En general, la cantidad y la forma de las
microvellosidades de un tipo celular dado se correlacionan con su capacidad de
absorción. Así, las células que principalmente transportan líquidos y absorben
metabolitos poseen muchas microvellosidades altas muy juntas. Las células en las
que el transporte transepitelial es menos activo tienen microvellosidades más
pequeñas y de forma más irregular.
En los epitelios que transportan líquidos (p. ej., los del intestino y los túbulos
renales), con el microscopio óptico es fácil ver un borde bien definido de
estriaciones verticales en la superficie apical de la célula que representa la
asombrosa cifra de unas 15 000 microvellosidades dispuestas en forma paralela y
muy juntas. En las células absorbentes intestinales, esta pueden pasar inadvertidas
en la microscopía óptica. Las microvellosidades del epitelio intestinal (chapa
estriada) son las que están mejor organizadas y su aspecto es aún más uniforme que
el de las que forman el ribete en cepillo de las células renales.
La estructura interna de las microvellosidades consiste en un centro de filamentos
de actina vinculados mediante enlaces cruzados por proteínas formadoras de
fascículos de actina.
Las
microvellosidades contienen un centro visible formado por unos 20 a 30
filamentos de actina. Sus extremos plus (+) están fijados a la villina, una proteína
formadora de fascículos de actina de 95 kDa que está ubicada en la punta de la
microvellosidad. El fascículo de microfilamentos se extiende hasta el citoplasma
celular apical, donde interacciona con una red horizontal de filamentos de actina, el
velo terminal, que se encuentra justo por debajo de la base de las
microvellosidades. Los filamentos de actina dentro de la microvellosidad tienen
enlaces cruzados con intervalos de 10 nm establecidos por otras
proteínas
formadoras de fascículos de actina
como la fascina (57 kDa), la espina (30 kDa) y la
fimbrina (68 kDa). Estos enlaces cruzados proveen sostén y rigidez a las
microvellosidades. Además, el centro de filamentos de actina está asociado con la
miosina I, una molécula
que fija estos filamentos de actina a la membrana plasmática de la microvellosidad. La adición de la villina
a las células epiteliales que proliferan en los cultivos, induce la formación de microvellosidades en la
superficie apical libre.
El velo terminal está compuesto por filamentos de actina estabilizados por espectrina (468 kDa), que
también sirve para fijarlo a la membrana celular apical (fig. 5-3b). La presencia de miosina II y de
Microvellosidades
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tropomiosina en el velo terminal explica su capacidad contráctil; estas proteínas disminuyen el diámetro
de la región apical de la célula para que las microvellosidades, cuyos centros rígidos de actina están
anclados en el velo terminal, se separen y así aumente el espacio intermicrovelloso.
Los estereocilios son microvellosidades inmóviles de una longitud extraordinaria.
Los
estereocilios no están muy difundidos entre los epitelios. En realidad, están limitados al epidídimo, al
segmento proximal del
conducto deferente del sistema genital masculino y a las células sensoriales
(ciliadas) del oído interno
.
Los
estereocilios de las vías espermáticas son evaginaciones extremadamente largas que se extienden
desde la superficie apical de la célula y facilitan la absorción. Entre sus características singulares se
encuentran una protrusión celular apical, desde la cual se originan, y porciones pedunculares gruesas que
están interconectadas por puentes citoplasmáticos. Como la microscopía electrónica permite comprobar
que su estructura interna es la de microvellosidades de una longitud poco común, algunos histólogos hoy
usan el término
estereovellosidades. Vistas con el microscopio óptico, estas evaginaciones a menudo se
parecen a las cerdas de una brocha dada la manera en que se reúnen en haces en punta.
Al igual que las microvellosidades, los estereocilios están sostenidos por fascículos internos de
filamentos
de actina
que están vinculados por medio de fimbrina. Los extremos plus (+) de los filamentos de actina
están orientados hacia la punta de los estereocilios, y los extremos minus (-) lo están hacia la base. Está
organización del centro de actina comparte muchos principios estructurales con las microvellosidades,
pero puede alcanzar una longitud de hasta 120 μm.
Los estereocilios se desarrollan a partir de microvellosidades por adición lateral de filamentos de actina
al fascículo de actina así como por el alargamiento de los filamentos de actina. Pero a diferencia de lo que
ocurre con las microvellosidades, una proteína fijadora de actina de 80 kDa asociada con la membrana
plasmática de los estereocilios, la
ezrina, fija los filamentos a la membrana plasmática. Los pedúnculos de
los estereocilios y las protrusiones celulares apicales contienen la proteína formadora de puentes
Estereocilios
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cruzados actinina α . Una diferencia llamativa entre las microvellosidades y los estereocilios, además del
tamaño y el contenido de ezrina, es la falta de villina en los extremos de los estereocilios.
Los estereocilios del epitelio sensorial del oído tienen algunas características singulares.
Los
estereocilios del epitelio sensorial del oído también derivan de las microvellosidades. Tienen una
sensibilidad exquisita para la vibración mecánica y sirven como
mecanorreceptores sensoriales en lugar
de funcionar como estructuras absorbentes. Son de un diámetro uniforme y están organizados en
fascículos acanalados de alturas crecientes, con lo cual se forman patrones en escalera característicos. Su
estructura interna se caracteriza por la alta densidad de
filamentos de actina vinculados por enlaces
cruzados establecidos por la
espina, lo cual es decisivo para la estructura y la función normales de los
estereocilios. Los estereocilios de los epitelios sensoriales no tienen ezrina ni actinina α.
Dado que pueden lesionarse con facilidad por sobre estimulación, los estereocilios cuentan con un
mecanismo molecular para renovar continuamente su estructura la cual necesita mantenerse en
condiciones funcionales durante toda la vida. Mediante el uso de moléculas de actina marcadas con
colorantes fluorescentes, los investigadores han descubierto que los monómeros de actina se añaden
constantemente en los extremos de los estereocilios y se eliminan en las bases mientras todo el fascículo
de filamentos de actina se desplaza hacia la base del esterocilio. Este efecto de
cinta sin fin de la
estructura central de actina tiene una regulación muy precisa y depende de la longitud del estereocilio.
Los cilios son modificaciones superficiales comunes que se encuentran en casi todas las células del
organismo. Son evaginaciones de la membrana plasmática apical que tienen el aspecto de pestañas y
poseen un
axonema, la estructura
Cilios
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interna formada por microtúbulos. El axonema se extiende desde el cuerpo basal, un centro organizador
de microtúbulos (MTOC)
derivado del centríolo y ubicado en la región apical de una célula ciliada. Los
cuerpos basales se asocian con varias estructuras accesorias que contribuyen a su fijación en el citoplasma
celular. Los cilios, incluidos los cuerpos basales y las estructuras asociadas con los cuerpos basales, forman
el
aparato ciliar de la célula.
En general, los cilios se clasifican en móviles, primarios o nodales.
De acuerdo con sus características funcionales, los cilios se clasifican en tres categorías básicas:
• Los cilios móviles son los que históricamente han sido más estudiados. Aparecen en grandes
cantidades en la región apical de muchas células epiteliales. Los cilios móviles y sus análogos, los
flagelos, poseen una organización axonémica 9 + 2 típica con proteínas motoras asociadas con
los microtúbulos, que son indispensables para la generación de las fuerzas necesarias para
inducir la motilidad.
• Los cilios primarios (monocilios) son proyecciones solitarias que se encuentran en casi todas las
células eucarióticas. El término monocilio implica que suele haber un solo cilio por célula. Los
cilios primarios no tienen movilidad debido a una organización diferente de los microtúbulos en
el axonema y a la falta de proteínas motoras asociadas con los microtúbulos. Funcionan como
quimiorreceptores, osmorreceptores y mecanorreceptores y median las percepciones
luminosa, odorífera y sonora en muchos órganos del cuerpo. En la actualidad, se acepta
ampliamente que los cilios primarios de las células de los tejidos en desarrollo son indispensables
para la morfogénesis tisular normal.
• Los cilios nodales se encuentran en el disco embrionario bilaminar durante la etapa de
gastrulación. Están concentrados en la región que rodea al
nódulo primitivo, de ahí su nombre
de cilios nodales. Poseen una constitución interna axonémica semejante a la de los cilios
primarios, pero son diferentes en su capacidad de realizar movimientos rotatorios. Desempeñan
un papel importante en el desarrollo embrionario inicial.
Los cilios móviles son capaces de mover líquido y partículas a lo
largo de las superficies epiteliales.
Los cilios móviles poseen una estructura interna que les permite
el movimiento. En la mayoría de los epitelios ciliados, como el de
la tráquea, el de los bronquios y el de las tubas uterinas, las células
pueden tener hasta varios centenares de cilios dispuestos en
hileras ordenadas. En el árbol traqueo-bronquial, los cilios barren
moco y partículas atrapadas hacia la orofaringe, donde se
degluten con la saliva y así se eliminan del organismo. En las tubas
uterinas, los cilios contribuyen a transportar óvulos y líquido hacia
el útero.
Los cilios le dan un aspecto de “corte de cabello militar” a la
superficie epitelial.
Con el microscopio óptico, los
cilios móviles se ven como
estructuras cortas y delgadas con apariencia de cabellos, de
alrededor de 0,25 μm de diámetro y de 5 μm a 10 μm de longitud,
que surgen de la superficie libre de la célula. En la base de los
cilios, suele verse una fina banda de tinción oscura que se
extiende desde un borde celular hasta el otro. Esta banda oscura
corresponde a las estructuras conocidas como
cuerpos basales. Estas estructuras captan el colorante y
aparecen como una banda continua cuando se observan con el microscopio óptico. En cambio, cuando se
usa el ME, el cuerpo basal de cada cilio aparece como una estructura individual bien definida.
Los cilios móviles poseen un axonema, es decir, un centro organizado de microtúbulos, que se disponen
con un patrón 9 + 2.
La microscopía electrónica de un cilio en corte longitudinal permite ver un
centro interno de
microtúbulos
, denominado axonema. El corte transversal muestra una configuración característica de
nueve pares o dobletes de microtúbulos dispuestos en círculo alrededor de dos microtúbulos centrales.
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Los microtúbulos que componen cada doblete están construidos de manera que la pared de uno de los
microtúbulos, llamado
microtúbulo B, está en realidad incompleta; este microtúbulo comparte una parte
de la pared del otro microtúbulo del doblete; el
microtúbulo A. El microtúbulo A está formado por 13
protofilamentos de tubulina que se disponen uno junto al otro, mientras que el microtúbulo B contiene
10 protofilamentos de tubulina. Las moléculas de tubulina incorporadas en los microtúbulos ciliares están
unidas con firmeza entre sí y sufren modificaciones postraduccionales en los procesos de acetilación y
poliglutamilación. Estas modificaciones aseguran que los microtúbulos del axonema ciliar sean muy
estables y resistan la despolimerización.
Cuando se observa un corte transversal con alta resolución, cada doblete exhibe un par de “brazos” que
contienen
dineína ciliar, una proteína motora asociada con los microtúbulos. Esta proteína motora utiliza
la energía de la hidrólisis de la adenosinatrifosfato (ATP) para moverse a lo largo de la superficie del
microtúbulo contiguo. Los brazos de dineína aparecen con intervalos de 24 nm en toda la longitud del
microtúbulo A y se extienden para formar puentes cruzados temporales con el microtúbulo B del doblete
contiguo. Un componente elástico pasivo formado por
nexina (165 kDa) vincula de forma permanente el
microtúbulo A con el microtúbulo B del doblete contiguo a intervalos de 86 nm. Los
dos microtúbulos
centrales
están separados entre sí, pero se encuentran encerrados parcialmente por una vaina proteica
central
con intervalos de 14 nm a lo largo de todo el cilio. Se extienden enlaces radiales desde cada uno
de los 9 dobletes hacia los dos microtúbulos centrales con intervalos de 29 nm. Las proteínas que forman
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los enlaces radiales y las conexiones de nexina entre los dobletes periféricos hacen posible las oscilaciones
de gran amplitud que describe el cilio.
Los cuerpos basales y sus estructuras asociadas fijan los cilios con firmeza en el citoplasma celular apical.
La
organización microtubular 9 + 2 se mantiene desde la punta del cilio hasta su base, donde los dobletes
periféricos se unen al
cuerpo basal. El cuerpo basal es un centríolo modificado, el cual funciona como un
MTOC que consiste en nueve
tripletes de microtúbulos cortos organizados en un anillo. Cada uno de los
dobletes del axonemaciliar (microtúbulos A y B) es continuo con dos de los microtúbulos de los tripletes
del cuerpo basal. El microtúbulo C, tercer microtúbulo incompleto del triplete, se extiende desde la base
hasta la
zona de transición en la parte superior del cuerpo basal cerca de la transición entre el cuerpo
basal y el axonema. Los
dos microtúbulos centrales del cilio se originan en la zona de transición y se
extienden hasta el extremo del axonema. Por consiguiente, un corte transversal del cuerpo basal permite
ver nueve tripletes microtubulares dispuestos en círculo, pero no los dos microtúbulos centrales
separados que hay en el cilio.
Se han identificado varias
estructuras asociadas con los cuerpos basales, como las láminas alares (fibras
transicionales), los pedículos basales y las raíces estriadas.
• La lámina alar (fibra transicional) es una expansión en forma de cuello situada entre la zona de
transición del cuerpo basal y la membrana plasmática. Se origina cerca del extremo superior del
microtúbulo C del cuerpo basal y se inserta en la cara citoplasmática de la membrana plasmática.
La lámina alar fija el cuerpo basal a la membrana plasmática apical.
• El pedículo basal es una estructura accesoria que suele encontrarse en la región media del
cuerpo basal. Dado que en las células epiteliales ciliadas normales todos los pedículos basales
están orientados en la misma dirección, se ha planteado la hipótesis de que actúan en la
coordinación del movimiento ciliar. Lo más probable es que participen en el ajuste de los cuerpos
basales mediante la rotación hasta la posición adecuada. La identificación de moléculas de
miosina en asociación con los pedículos basales sustenta esta hipótesis.
• La raíz estriada se compone de protofilamentos alineados en sentido longitudinal que contienen
rootletina (una proteína de 220 kDa). La raíz estriada se proyecta profundamente en el
citoplasma y fija con firmeza el cuerpo basal en el citoplasma celular apical.
El movimiento ciliar tiene su origen en el deslizamiento de los dobletes de microtúbulos, el cual es
generado por la actividad de la ATPasa de los brazos de dineína.
La actividad ciliar tiene su fundamento en el movimiento de los microtúbulos de un doblete y su
interrelación. El movimiento ciliar es iniciado por los brazos de dineína. La
dineína ciliar, ubicada en los
brazos del microtúbulo A, forma puentes cruzados temporales con el microtúbulo B del doblete contiguo.
La hidrólisis del ATP produce un movimiento de deslizamiento del puente a lo largo del microtúbulo B.
Las moléculas de dineína producen una fuerza de cizallamiento continua durante este deslizamiento
dirigido hacia la punta del cilio. Como consecuencia de esta fase dependiente de ATP, un cilio que
permanece rígido describe un movimiento anterógrado rápido llamado
golpe efectivo. Al mismo tiempo,
las conexiones elásticas pasivas dadas por la proteína nexina y los enlaces radiales acumulan la energía
necesaria para que el cilio retorne a su posición erecta. Entonces, los cilios se tornan flexibles y se inclinan
lateralmente en el movimiento lento de retorno, denominado
golpe de recuperación.
Sin embargo, si todos los brazos de dineína a todo lo largo de los microtúbulos A en los nueve dobletes
intentaran formar puentes cruzados temporales al mismo tiempo, no se produciría el golpe efectivo del
cilio. En consecuencia, se necesita la regulación de la fuerza de cizallamiento activa. Los datos actuales
indican que el par de microtúbulos centrales en los cilios con patrón 9 + 2 rota con respecto a los nueve
dobletes periféricos. Esta rotación sería impulsada por otra proteína motora, la cinesina, que está
asociada con el par de microtúbulos centrales. El par microtubular central puede actuar como un
“distribuidor” que regula la secuencia de interacciones de los brazos de dineína de manera progresiva
para producir el golpe efectivo.
Los cilios baten de forma sincrónica.
Los
cilios móviles con un patrón 9 + 2 realizan un movimiento ondulante sincrónico y preciso. Los cilios
de hileras sucesivas comienzan a batir de manera que cada hilera está apenas más avanzada en su ciclo
que la hilera siguiente, y así se crea una onda que barre a través de todo el epitelio. Como se comentó
María Paula Lorenzo
antes, lo más probable es que los pedículos basales de los cuerpos basales tengan a su cargo la
sincronización del
movimiento ciliar. Durante el proceso de la formación ciliar, todos los pedículos basales
se orientan en la misma dirección del golpe efectivo mediante la rotación de los cuerpos basales. Esta
orientación permite que los cilios adquieran un
ritmo
metacrónico
que es capaz de desplazar moco sobre las
superficies epiteliales o de facilitar el flujo de líquidos y de otras
sustancias a través de órganos tubulares y conductos.
Los cilios primarios son inmóviles y tienen un patrón de
microtúbulos 9 + 0.
En contraste con los cilios móviles de patrón de microtúbulos 9
+ 2, hay otro tipo de cilios que poseen una
organización
microtubular 9 + 0
. Los cilios con este patrón tienen las
características siguientes:
• son inmóviles y se curvan dócilmente con el flujo del líquido
que los baña,
• carecen de las proteínas motoras asociadas con los
microtúbulos necesarias para generar la fuerza motriz,
• falta el par central de microtúbulos,
• el axonema se origina en un cuerpo basal que se parece a un
centríolo maduro de posición ortogonal con respecto a su
análogo inmaduro y
• la formación del cilio primario está sincronizada con la
progresión del ciclo celular y con los fenómenos de la duplicación
centrosómica.
Estos cilios se encuentran en una gran variedad de células y
reciben el nombre de
cilios primarios o monocilios porque cada
célula comúnmente posee sólo uno de estos cilios. También
aparecen en algunas células epiteliales (por ej., en las células epiteliales de la red testicular del sistema
genital masculino, células epiteliales que tapizan las vías biliares, células epiteliales de los túbulos renales,
células ependimarias que tapizan las cavidades llenas de líquido del sistema nervioso central, el pedículo
de conexión de las células fotorreceptoras de la retina y las células ciliadas vestibulares del oído interno).Al
principio, los cilios primarios fueron clasificados como vestigios no funcionales producto de un desarrollo
anómalo de cilios móviles con patrón 9 + 2. Los estudios experimentales de la última década elevaron la
categoría de los cilios primarios al nivel de dispositivos de señalización celular importantes que funcionan
de manera comparable al de una antena en un receptor GPS o sistema de posicionamiento global. De
modo semejante a una antena que capta información de satélites y le permite al receptor GPS calcular la
posición exacta del usuario, los cilios primarios reciben estímulos químicos, osmóticos, lumínicos y
mecánicos del medio extracelular. En respuesta a estos estímulos, los cilios primarios generan señales que
se transmiten al interior de la célula para modificar procesos celulares en respuesta a cambios en el medio
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externo. En muchas células de mamífero, la señalización a través
de los cilios primarios parece que es indispensable para la
división celular controlada y la subsiguiente expresión de los
genes.
Los cilios primarios con un patrón de microtúbulos 9 + 0
funcionan como receptores de señales que perciben el flujo de
líquido en los órganos en desarrollo.
Los cilios primarios cumplen la función de detectar el flujo de
líquido en los órganos secretores como los riñones, el hígado o
el páncreas. Se extienden desde la superficie de las células
epiteliales que tapizan los conductos excretores hacia la luz
extracelular. Por ejemplo, los cilios primarios hallados en el
glomérulo y en las células de los túbulos renales funcionan como
mecanorreceptores; el flujo de líquido a través del corpúsculo y
los túbulos renales produce su inclinación, lo cual inicia la
entrada de calcio en la célula (fig. 5-11).
En los seres humanos,
las mutaciones en dos genes, ADPKD1 y ADPKD2, parecen
afectar el desarrollo de estos cilios primarios y son la causa de la
enfermedad poliquística del riñón o poliquistosis renal (PKD).
Las proteínas codificadas por estos genes, policistina 1 y
policistina 2, respectivamente, son indispensables para la
formación de los conductos de calcio asociados con los cilios
primarios. Este trastorno autosómico recesivo se caracteriza por múltiples quistes expansivos en ambos
riñones que, por último, destruyen la corteza renal produciendo insuficiencia renal. Sin embargo, los
pacientes con PKD sufren otras patologías no asociadas con el
riñón, pero que ahora se atribuyen a anomalías ciliares. Estas patologías incluyen quistes en el páncreas
y en el hígado, que se acompañan de un agrandamiento y dilatación del árbol biliar. Otras alteraciones
son la retinitis pigmentaria (anomalías de las células fotorreceptoras de la retina que causan ceguera
progresiva), la hipoacusia neurosensitiva, la diabetes y los trastornos del aprendizaje. El conocimiento de
la distribución de los cilios primarios en el organismo contribuiría a explicar el papel decisivo de estas
evaginaciones celulares, antes relegadas, en la función normal de muchos órganos internos vitales.
Durante el desarrollo embrionario inicial, los cilios nodales con un patrón de microtúbulos 9 + 0
establecen la simetría izquierda-derecha de los órganos internos.
Estudios recientes indican que los
cilios primarios específicos hallados en los embriones, a pesar de su
patrón de constitución 9 + 0, son móviles y cumplen una función importante en el desarrollo embrionario
inicial mediante la generación de la asimetría izquierda-derecha de los órganos internos.
Durante la gastrulación, se ha observado una rotación de estos cilios en el sentido de las agujas del reloj
en la superficie ventral del disco embrionario bilaminar en la región cercana al nódulo primitivo, de ahí el
nombre de cilios nodales. Estos cilios contienen proteínas motoras (dineínas o cinesinas) y son capaces
de realizar movimientos de rotación en sentido inverso al de las agujas del reloj, tal como se describió
antes. Lo más probable es que la falta de los pares centrales de microtúbulos sea la causa de este
movimiento cuya trayectoria se parece a la de un cono completo en contraposición con una trayectoria
de semicono que es verificable en los cilios móviles con patrón 9 + 2.
El movimiento de los cilios nodales en la región conocida como nodo o nódulo primitivo genera un flujo
hacia la izquierda o “flujo nodal”. Este flujo es detectado por receptores sensitivos en el lado izquierdo
del cuerpo, los cuales inician entonces mecanismos de señalización que son diferentes del los del lado
derecho del embrión
. Cuando los cilios nodales son inmóviles o faltan, el flujo nodal no ocurre, lo que
conduce a una ubicación aleatoria de los órganos internos del cuerpo. Por ende, la discinesia ciliar
primaria (síndrome de los cilios inmóviles) con frecuencia genera un situs inversus, un trastorno en el
cual el corazón y las vísceras abdominales adoptan una posición invertida con respecto a la normal.
María Paula Lorenzo
La primera etapa de la ciliogénesis comprende la generación de centríolos.
La primera etapa de la
formación del aparato ciliar (ciliogénesis) en células en diferenciación comprende
una generación de centríolos múltiples. Este proceso ocurre mediante la
vía centriolar (por duplicación
de pares de centríolos existentes) o más comúnmente mediante la
vía acentriolar en la cual los centríolos
se forman de novo sin participación de centríolos existentes. Ambas vías dan origen a
procentríolos
múltiples, los precursores inmediatos de los centríolos. Los procentríolos maduran (se alargan) para
formar centríolos, uno para cada cilio, y migran hacia la superficie apical de la célula. Después de alinearse
perpendicularmente y de fijarse a la membrana celular apical por medio de láminas alares (fibras
transicionales), los centríolos adoptan la función de cuerpos basales. La siguiente etapa de la formación
del aparato ciliar comprende la formación de las restantes estructuras asociadas a los
cuerpos basales
que incluyen los pedículos basales y las raíces estriadas. De cada uno de los nueve tripletes que componen
el cuerpo basal, se eleva un doblete de microtúbulos por polimerización de moléculas de tubulina a y b.
Una proyección creciente de membrana celular apical se hace visible, la cual contiene los nueve dobletes
del cilio maduro. Durante la
etapa de elongación de los cilios móviles, comienza el armado de los dos
microtúbulos centrales individuales en la zona de transición a partir de los anillos de tubulina g. La
polimerización subsiguiente de las moléculas de tubulina ocurre dentro del anillo de dobletes de
microtúbulos, con lo que aparece la organización 9 + 2 característica. A continuación, el axonema crece
hacia arriba desde el cuerpo basal y empuja la membrana celular hacia afuera para formar el
cilio maduro.
María Paula Lorenzo
La ciliogénesis depende del mecanismo de transporte intraflagelar bidireccional, el cual provee
moléculas precursoras al cilio en crecimiento.
Durante el crecimiento y la elongación del cilio, las moléculas precursoras se envían desde el cuerpo
celular hasta el extremo más distal del axonema en crecimiento por medio
del transporte intraflagelar
(TIF).
Dado que los cilios carecen de maquinaria molecular para la síntesis de proteínas, el TIF es el único
mecanismo de entrega de las proteínas necesarias para el armado de los cilios y su crecimiento. En algún
sentido, el TIF puede compararse con el ascensor utilizado en una obra en construcción para subir y bajar
los materiales y herramientas necesarios para la construcción del edificio. A medida que el edificio crece
en altura, el alcance del ascensor aumenta también. De manera similar, el TIF utiliza
plataformas con
aspecto de balsa
ensambladas a partir de 17 diferentes proteínas de transporte intraflagelar que se
mueven hacia arriba y abajo del axonema en crecimiento entre los dobletes de microtúbulos exteriores y
la membrana plasmática del cilio en elongación. Las moléculas que deben transportarse (que incluye
moléculas de dineína citoplasmática inactiva) se cargan sobre la plataforma TIF mientras que ésta se
acopla cerca de la base del cilio. Con el uso de
cinesina II como proteína motora, la plataforma
completamente cargada se mueve hacia arriba hasta el extremo del cilio (transporte anterógrado). Los
“materiales para la construcción” son descargados en el extremo del cilio (sitio del ensamble del
axonema).
Aquí las partículas se dan vuelta, y la plataforma regresa a la base
del cilio (transporte retrógrado) después de levantar productos de
recambio (incluida la cinesina II inactivada). Durante este proceso,
la
dineína citoplasmática se activa y se utiliza como proteína
motora para retornar la plataforma a la base del cilio. Varias
proteínas, incluso las proteínas en balsa del TIF (cinesina, dineína
citoplasmática, polaris, TIF20, etc.) son importantes en la
ciliogénesis y el subsiguiente mantenimiento funcional del cilio.
Las mutaciones de genes que codifican estas proteínas causan la
pérdida de los cilios o las disfunciones ciliares.
ESPECIALIZACIONES DE LA REGIÓN LATERAL.
La región lateral de las células epiteliales está en estrecho contacto con la región lateral opuesta de las
células vecinas. Como las otras regiones, la región lateral se caracteriza por la presencia de proteínas
únicas, en este caso las
moléculas de adhesión celular (CAM) que son parte de las especializaciones de
las uniones. La composición molecular de los lípidos y proteínas que forman la membrana celular lateral
difiere significativamente de la composición de aquellos que forman la membrana celular apical. Además,
la membrana de superficie celular lateral en algunos epitelios puede formar pliegues y evaginaciones,
invaginaciones y evaginaciones que originan márgenes interdigitados y entrelazados entre las células
vecinas.
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