El cuerpo polar del huso ( PTA ) es el centro organizador de microtúbulos , el equivalente fúngico del centrosoma de las células animales. A diferencia del centrosoma, no hay centríolos en el PTV . En la levadura S. cerevisiae , bajo un microscopio electrónico, parece una estructura multicapa densa en electrones incrustada en la capa del núcleo. Además de su función principal (centro de organización de microtúbulos), el cuerpo polar del huso está involucrado indirectamente en la segregación cromosómica, la disposición de los núcleos en la célula, la cariogamia y la orientación del huso de fisión. Además, es el sitio de percepción de señales de la vía MEN ( mitotic exit network ), y posiblemente participa en la formación de la pared de la bolsa de esporas de S. cerevisiae [1] .
La estructura de la PTP se ha estudiado minuciosamente mediante microscopía electrónica en varias levaduras ( Schizosaccharomyces cerevisiae , S. pombe , S. japonicus ) y el hongo filamentoso Ashbya gossypii . Se ha demostrado que el PTV es una estructura sin membrana de tres capas que, en el caso de un núcleo que no se divide, se encuentra en el citoplasma, se une estrechamente a la membrana nuclear y participa en la formación de microtúbulos citoplasmáticos, y durante la división nuclear (mitosis, meiosis) se integra en la membrana nuclear y participa en la formación del huso. El PTV de S. cerevisiae es un orgánulo cilíndrico que consta de tres discos o placas de material de color oscuro. Se distinguen las siguientes capas de PTV (al pasar del citoplasma al núcleo):
Por un lado, la placa central del cuerpo polar del huso está en contacto con la región densa en electrones de la envoltura nuclear, llamada medio puente . Este es el sitio de ensamblaje del nuevo cuerpo polar, pero también está involucrado en la cariogamia. Los lados nuclear y citoplasmático del medio puente no son equivalentes. Se requieren dos proteínas de membrana, Kar1p y Mps3p, ubicadas en el medio puente para formar y mantener su estructura y marcar sus lados. Ambas proteínas están asociadas con Cdc31p, un homólogo de levadura de centrina , que se requiere para mantener la integridad del medio puente. Otro componente de medio puente, Sfi1p, puede unirse a Cdc31p a través de múltiples sitios de unión a Cdc31 conservados. Kar1p está involucrado en la conexión del medio puente al núcleo PTP a través de la interacción con Bbp1p, y también juega un papel en la reorganización del PTP durante la fase G 1 [2] . La placa central y la capa interna 2, a su vez, consisten en capas separadas altamente ordenadas.
Un análisis cuidadoso del tamaño y la estructura de la PTP en S. cerevisiae mostró que la PTP es un orgánulo dinámico. En las células haploides, la PTP crece en diámetro desde 80 nm en la etapa G del ciclo celular hasta 110 nm en la mitosis, aunque la altura de la PTP (distancia de la placa interna a la externa) permanece constante en alrededor de 150 nm. El diámetro del PTV aumenta con el aumento del contenido de ADN en la célula . En una célula diploide, el diámetro del PTV es de 160 nm y en una célula tetraploide es el doble de grande. Aumentar el diámetro del PTV aumenta su capacidad para formar microtúbulos, lo cual es importante para la segregación cromosómica . Aún se desconoce cómo se regula el tamaño del PTV. La estructura de PTV cambia en la etapa G1 , en preparación para la duplicación y maduración, y durante la segunda división de la meiosis, cuando se inicia la formación de esporas.
El cuerpo polar del huso es el único sitio de origen de los microtúbulos en el hongo ascomiceto filamentoso polinuclear , un pariente cercano de la levadura en ciernes Ashbya gossypii . El análisis del PTT de A. gossypii por microscopía electrónica reveló una estructura multicapa similar al cuerpo polar de S. cerevisiae , pero con diferencias pronunciadas en el lado citoplasmático. Hasta 6 microtúbulos citoplasmáticos perpendiculares y tangenciales surgen de la lámina externa. Los microtúbulos citoplasmáticos perpendiculares y tangenciales corresponden a microtúbulos cortos asociados con la corteza. Cada PTV da lugar a su propio haz de microtúbulos citoplasmáticos, y la falta de superposición de los haces de microtúbulos de los núcleos adyacentes explica la oscilación nuclear autónoma que se observa en la hifa multinucleada de A. gossypii .
El peso molecular de la PTP diploide, incluidos los microtúbulos y las proteínas asociadas a los microtúbulos, alcanza 1-1,5 GDa , el núcleo del cuerpo polar del huso es de 0,3-0,5 GDa. El PTV contiene al menos 30 proteínas diferentes. Sin embargo, hasta ahora solo se han identificado 17 componentes de la PTP mitótica. La PTP está formada por proteínas estructurales, proteínas tipo γ-tubulina y componentes MEN. La deleción o mutación del gen que controla la síntesis de cualquiera de estas proteínas da lugar a múltiples defectos en la estructura y función de la PTP: detención del ciclo celular, huso unipolar, defectos de ensamblaje de la PTP, mutaciones en los reguladores de la cariogamia, alteración de la posición de la núcleos, etc
Spc42 es una proteína helicoidal especial que forma el centro del PTP. Aproximadamente 1000 moléculas de Spc42 se ensamblan en recortadores de dímeros de Spc42, formando una red hexagonal visible en crio-EM en la capa de IL2. La sobreexpresión de Spc42 conduce a la formación de una superplaca requerida para la acción de los factores cis y /nms, que están involucrados en la duplicación de PTP en la etapa G1 del ciclo celular.
En el extremo N, la proteína Spc42 está unida a Spc110 y Spc29, otras dos proteínas helicoidales que se encuentran en el lado nuclear de la PTP. El extremo C de Spc110 está ubicado en la lámina central y está asociado con Spc29 y la proteína de unión a calcio calmodulina (Cmdl). En levadura, una función hipotética de la calmodulina en PTP es la regulación de la unión de la proteína Spcll0 a Spc29. La proteína Spc29 es un conector entre la lámina interna y central y está asociada con Spc42 y Spc110, aunque según algunos informes, Spc110 puede interactuar directamente con Spc42 [3] .
El extremo N de Spc110 se encuentra en la lámina interna y está vinculado directamente a Spc98, una de las dos proteínas similares relacionadas con la tubulina y requeridas para la formación de microtúbulos. El extremo C de Spc42 mira hacia el citoplasma y está unido al extremo C de Cnm67. Similar a Spc110, la región enrollada helicoidalmente de Cnm67 facilita su dimerización y función entre las capas internas de IL2 e IL1. El extremo N de la proteína Cnm67 está asociado con la placa exterior del PTV y la proteína Nudl, que es necesaria para salir de la mitosis. Otra proteína helicoidal, Spc72, también se encuentra en la lámina exterior. Spc72 está asociado con Nudl y con componentes del complejo γ-tubulina.
Al menos 9 componentes de señalización de la red MEN que controlan la posición del huso y algunos eventos mitóticos tardíos están asociados con PTP. La localización de las proteínas MEN en el cuerpo polar del huso es importante para su función. Las proteínas que regulan la posición del huso también se pueden encontrar en el PTV. La dineína , así como una fracción de la proteína Kar9 asociada a la cortical, se localizan en el PTV y se asocian con los microtúbulos.
El cuerpo polar del huso no se vuelve a sintetizar, sino que se duplica cada vez en la etapa G 1 del ciclo celular . Este proceso es muy importante para la formación del huso de fisión bipolar . El proceso de duplicación de PTV se puede dividir en tres etapas: la primera ocurre temprano en la etapa G 1 , cuando se forma material satelital en el borde del medio puente. Durante la segunda etapa, el medio puente se alarga y sus lados citoplásmico y nuclear se fusionan. Al mismo tiempo, el satélite forma una nueva placa portadora, una estructura en capas, que es similar en composición a la parte citoplasmática del PTV. Esta placa está integrada en la membrana nuclear y, sobre su base, se completa un nuevo PTV, primero la parte citoplasmática y luego la nuclear. Al final de G 1 , la célula de levadura contiene dos PTV adyacentes conectados por un puente. Luego, el puente que los conecta se rompe y los dos cuerpos polares del huso se mueven hacia lados opuestos de la envoltura nuclear [4] .
Las células diploides de la levadura S. cerevisiae se someten a dos divisiones meióticas con la formación de una progenie haploide en condiciones de privación de nitrógeno. En el proceso de división, los cromosomas se segregan y la descendencia recibe solo una copia de los 16 cromosomas. El huso meiótico tiene una estructura similar al huso mitótico y se forma durante la primera división de la meiosis. Morfológicamente, el cuerpo polar del huso meiótico I es idéntico al PTV del huso mitótico, pero de mayor diámetro. Presumiblemente, todos los componentes de la PTP son importantes para la PTP mitótica. Entre las divisiones meióticas, el PTP debe duplicarse ya que se forman dos husos bipolares en la etapa meiótica II. Curiosamente, la duplicación se produce en ausencia de fisión nuclear (la mitosis en los hongos se cierra y la membrana nuclear se conserva durante todo el ciclo), es decir, se forman dos husos meióticos de meiosis II en un núcleo. Tras la sucesiva duplicación y formación del huso meiótico II, los STP sufren cambios morfológicos. La proteína de la placa externa Spc72 se elimina y se reemplaza por dos proteínas PTP meióticas, Mpc54 y Spo21/Mpc70, que forman la placa meiótica [5] .
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