Cilium - Cilium
| Cílio | |
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| Detalhes | |
| Identificadores | |
| Latina | Cílio |
| Malha | D002923 |
| º | H1.00.01.1.01014 |
| FMA | 67181 |
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Termos anatômicos da microanatomia | |
O cílio (do latim ' cílios '; o plural é cílios ) é uma organela encontrada nas células eucarióticas na forma de uma protuberância delgada que se projeta do corpo celular muito maior .
Existem dois tipos principais de cílios: cílios móveis e não móveis . Os cílios não móveis também são chamados de cílios primários, que funcionam como organelos sensoriais. A maioria dos tipos de células de mamíferos possui um único cílio primário não móvel, que funciona como uma antena celular. As exceções incluem neurônios olfatórios que possuem vários cílios não móveis e células do nó embrionário transitório , que possuem cílios móveis singulares conhecidos como cílios nodais , críticos para o estabelecimento de assimetria corporal esquerda para direita.
Nos eucariotos, os cílios móveis e os flagelos (juntos conhecidos como undulipódios) são estruturalmente semelhantes, embora às vezes sejam feitas distinções de acordo com a função ou o comprimento. Os cílios imóveis (chamados cílios primários) comunicam sinais do meio ambiente ou de outras células.
Tipos
Cílios primários
Em animais, cílios primários não móveis são encontrados em quase todos os tipos de células, sendo as células do sangue uma exceção proeminente. A maioria das células possui apenas um, ao contrário das células com cílios móveis, com exceção dos neurônios sensoriais olfativos , onde estão localizados os receptores de odor , cada um com cerca de dez cílios. Alguns tipos de células, como as células fotorreceptoras da retina, possuem cílios primários altamente especializados.
Embora o cílio primário tenha sido descoberto em 1898, ele foi amplamente ignorado por um século e considerado um organelo vestigial sem função importante. Descobertas recentes sobre seus papéis fisiológicos na quimiossensação, transdução de sinal e controle de crescimento celular, revelaram sua importância na função celular. Sua importância para a biologia humana foi ressaltada pela descoberta de seu papel em um grupo diverso de doenças causadas pela disgenesia ou disfunção dos cílios, como doença renal policística , doença cardíaca congênita , prolapso da válvula mitral e degeneração retinal, chamadas ciliopatias . O cílio primário é conhecido por desempenhar um papel importante na função de muitos órgãos humanos.
Os cílios são montados durante a fase G 1 e são desmontados antes que ocorra a mitose. A desmontagem dos cílios requer a ação da Aurora A quinase . A compreensão científica atual dos cílios primários os vê como " antenas celulares sensoriais que coordenam muitas vias de sinalização celular, às vezes acoplando a sinalização à motilidade ciliar ou, alternativamente, à divisão e diferenciação celular". O cílio é composto de subdomínios e envolvido por uma membrana plasmática contínua com a membrana plasmática da célula. Para muitos cílios, o corpo basal, onde o cílio se origina, está localizado dentro de uma invaginação de membrana chamada bolsa ciliar. A membrana ciliar e os microtúbulos do corpo basal são conectados por apêndices distais (também chamados de fibras de transição). Vesículas carregando moléculas para os cílios encaixam nos apêndices distais. Distalmente às fibras de transição, forma uma zona de transição onde a entrada e a saída de moléculas são reguladas de e para os cílios. Algumas das sinalizações com esses cílios ocorrem por meio da ligação do ligante, como a sinalização de Hedgehog . Outras formas de sinalização incluem receptores acoplados à proteína G, incluindo o receptor 3 de somatostatina em células neuronais.
Cílios móveis
Eucariotos maiores, como os mamíferos, também têm cílios móveis . Cílios móveis geralmente estão presentes na superfície de uma célula em grande número e batem em ondas coordenadas.
- Em humanos , por exemplo, os cílios móveis são encontrados no epitélio respiratório que reveste o trato respiratório, onde atuam na eliminação mucociliar do muco e da sujeira dos pulmões. Cada célula do epitélio respiratório tem cerca de 200 cílios móveis.
- Nas fêmeas de mamíferos , o bater dos cílios nas trompas de Falópio move o óvulo do ovário para o útero .
O funcionamento dos cílios móveis é fortemente dependente da manutenção de níveis ótimos de fluido periciliar que banha os cílios. Os canais de sódio epiteliais ENaC que são expressos especificamente ao longo de todo o comprimento dos cílios aparentemente servem como sensores que regulam o nível de fluido ao redor dos cílios.
Ciliados são organismos microscópicos que possuem cílios móveis exclusivamente e os usam tanto para locomoção quanto para simplesmente mover líquido sobre sua superfície.
Cílios não clássicos
A classificação clássica dos cílios considera apenas 9 + 2 cílios móveis (com aparelho central) e 9 + 0 cílios primários (sem aparelho central). Também se pensou que 9 + 0 cílios não ocorrem em múltiplos nas células e que apenas 9 + 0 cílios podem participar da detecção. A descoberta de novos tipos de cílios de vertebrados refuta essa classificação.
No início do desenvolvimento embrionário , um cílio móvel, solitário, 9 + 0, conhecido comocílio nodal aparece. Tem uma estrutura semelhante ao cílio primitivo, não tendo nenhum aparelho central, mas possui braços dineínicos que o permitem mover-se ou girar em uma direção circular. O spin faz com que um fluxo de fluido extraembrionário se mova pela superfície nodal , direcionado para a esquerda. Ainda não se sabe como o fluxo se traduz em sinalização nodal e da esquerda para a direita: teoriza-se que ou o próprio fluxo carrega moléculas de sinalização ou que é detectado pelos cílios primários nas células neiborantes.
Cílios móveis, múltiplos, 9 + 0 são encontrados nas células epiteliais do plexo coróide . Os cílios também podem mudar de estrutura quando introduzidos em altas temperaturas e se tornarem agudos. Eles estão presentes em grande número em cada célula e movem-se relativamente devagar, tornando-os intermediários entre os cílios móveis e os cílios primários. Além de 9 + 0 cílios móveis, também existem 9 + 2 cílios solitários que permanecem imóveis encontrados nas células ciliadas.
Estrutura
Dentro dos cílios e flagelos existe um citoesqueleto baseado em microtúbulos, denominado axonema . O axonema de um cílio primário normalmente tem um anel de nove dupletos de microtúbulos externos (chamado de axonema 9 + 0 ), e o axonema de um cílio móvel tem, além dos nove dupletos externos, dois singletos de microtúbulos centrais (chamados de 9+ 2 axonemas ). O axonema atua como uma estrutura para os braços axonemais internos e externos de dineína que movem os cílios móveis e fornece trilhas para proteínas motoras moleculares , como Kinesin II , que transportam proteínas ao longo do comprimento do cílio por meio de um processo denominado transporte intraflagelar (IFT). O IFT é bidirecional e o IFT retrógrado emprega o motor 2 da dineína do citoesqueleto para se mover de volta para o corpo celular. O cílio é circundado por uma membrana contígua, mas com composição distinta da membrana plasmática.
A base do cílio é o corpo basal, termo aplicado ao centríolo-mãe quando associado a um cílio. Os corpos basais dos mamíferos consistem em um barril de nove microtúbulos tripletos, apêndices subdistais e nove estruturas semelhantes a hastes, conhecidas como apêndices distais, que fixam o corpo basal à membrana na base do cílio. Dois dos microtúbulos tripletos do corpo basal se estendem para se tornarem os microtúbulos duplos do axonema ciliar.
Raiz ciliar
A raiz ciliar é uma estrutura semelhante ao citoesqueleto que se origina do corpo basal na extremidade proximal de um cílio. Os radículas têm tipicamente 80-100 nm de diâmetro e contêm estrias cruzadas distribuídas em intervalos regulares de aproximadamente 55-70 nm. Um componente proeminente da raiz é Rootletin .
Zona de transição
Para atingir sua composição distinta, a região mais proximal do cílio consiste em uma zona de transição que controla quais proteínas podem entrar e sair do cílio. Na zona de transição, estruturas em forma de Y conectam a membrana ciliar ao axonema subjacente. O controle da entrada seletiva nos cílios pode envolver uma função de zona de transição semelhante a uma peneira. Defeitos herdados em componentes da zona de transição causam ciliopatias, como a síndrome de Joubert. A estrutura e a função da zona de transição são conservadas em diversos organismos, incluindo vertebrados, C. elegans, D. melanogaster e Chlamydomonas reinhardtii. Em mamíferos, a interrupção da zona de transição reduz a abundância ciliar de proteínas ciliares associadas à membrana, como aquelas envolvidas na transdução do sinal Hedgehog, comprometendo o desenvolvimento embrionário dependente de Hedgehog do número de dígitos e do padrão do sistema nervoso central.
Cilia contra flagelos
Embora tenham recebido nomes diferentes, os cílios móveis e os flagelos têm estruturas quase idênticas e têm o mesmo propósito: movimento. O movimento do apêndice pode ser descrito como uma onda. A onda tende a se originar da base do cílio e pode ser descrita em termos de freqüência (freqüência de batimento ciliar ou FSC), amplitude e comprimento de onda. O movimento de pulsação é criado pelas estruturas do braço dineínico, o deslizamento de dupletos externos, e se origina no axonema, não no corpo basal. Uma diferença chave entre as duas estruturas é que em um organismo eucariótico como os humanos, os flagelos são usados para impulsionar a célula, enquanto os cílios são usados para mover substâncias através da superfície. Um exemplo de cada um seria o flagelo presente em uma célula espermática e o cílio no tecido epitelial dos pulmões que limpa as partículas estranhas. Cílios móveis e flagelos possuem a mesma estrutura de 9 + 2 axonemas . O 9 indica o número de dupletos presentes em torno da borda externa do apêndice, enquanto o 2 se refere a um par central de microtúbulos independentes. Em cílios primários típicos e em outros cílios não móveis, o axonema não tem um par central, resultando em uma estrutura de axonema 9 + 0 . (Existem exceções significativas; consulte § Cílios não clássicos .)
Produção de Cilium
Os cílios são formados por meio do processo de ciliogênese . Uma etapa inicial é a ancoragem do corpo basal à membrana ciliar em crescimento, após o que se forma a zona de transição. Os blocos de construção do axonema ciliar, como as tubulinas , são adicionados nas pontas ciliares por meio de um processo que depende parcialmente do transporte intraflagelar (IFT). As exceções incluem espermatozóides de Drosophila e formação de flagelos do Plasmodium falciparum , em que os cílios se reúnem no citoplasma.
Na base do cílio, onde ele se liga ao corpo celular, está o centro organizador dos microtúbulos, o corpo basal . Algumas proteínas do corpo basal, como CEP164 , ODF2 e CEP170 , são necessárias para a formação e estabilidade do cílio.
Na verdade, o cílio é uma nanomáquina composta de talvez mais de 600 proteínas em complexos moleculares, muitos dos quais também funcionam independentemente como nanomáquinas. Ligadores flexíveis permitem que os domínios da proteína móveis conectados por eles para recrutar os seus parceiros de ligação e induzir longo alcance allostery via dinâmica de domínio proteína .
Função
A dineína no axonema forma pontes entre dupletos de microtúbulos vizinhos. Quando o ATP ativa o domínio motor da dineína, ele tenta caminhar ao longo do dupleto de microtúbulos adjacente. Isso forçaria os dupletos adjacentes a deslizarem um sobre o outro, se não fosse pela presença de nexina entre os dupletos de microtúbulos. E, assim, a força gerada por dineína é convertida em um movimento de flexão.
Sentindo o ambiente extracelular
Alguns cílios primários em células epiteliais em eucariotos atuam como antenas celulares , proporcionando quimiossensação , termossensação e mecanossensação do ambiente extracelular. Esses cílios, então, desempenham um papel na mediação de pistas de sinalização específicas, incluindo fatores solúveis no ambiente celular externo, um papel secretor no qual uma proteína solúvel é liberada para ter um efeito a jusante do fluxo de fluido e mediação do fluxo de fluido se os cílios estiverem móvel .
Algumas células epiteliais são ciliadas e comumente existem como uma folha de células polarizadas formando um tubo ou túbulo com cílios projetando-se no lúmen . Esse papel sensorial e de sinalização coloca os cílios em um papel central na manutenção do ambiente celular local e pode ser o motivo pelo qual os defeitos ciliares causam uma ampla gama de doenças humanas.
No embrião de camundongo, os cílios são usados para direcionar o fluxo do fluido extracelular. Este movimento para a esquerda é usado pelo embrião do rato para gerar assimetria esquerda-direita na linha média do embrião. Os cílios centrais coordenam seu batimento rotacional, enquanto os cílios imóveis nas laterais percebem a direção do fluxo.
Significado clínico
Os defeitos ciliares podem causar várias doenças humanas. Mutações genéticas que comprometem o funcionamento adequado dos cílios, ciliopatias , podem causar distúrbios crônicos, como discinesia ciliar primária (DCP), nefronoftise ou síndrome de Senior-Løken . Além disso, um defeito do cílio primário nas células do túbulo renal pode levar à doença renal policística (PKD). Em outra doença genética chamada síndrome de Bardet-Biedl (BBS), os produtos do gene mutante são os componentes do corpo basal e dos cílios. Os defeitos nas células ciliares estão ligados à obesidade e geralmente são pronunciados no diabetes tipo 2. Vários estudos já demonstraram tolerância à glicose diminuída e redução da secreção de insulina nos modelos de ciliopatia. Além disso, o número e o comprimento dos cílios diminuíram nos modelos de diabetes tipo 2 .
A falta de cílios funcionais nas trompas de falópio pode causar gravidez ectópica . Um óvulo fertilizado pode não chegar ao útero se os cílios não conseguirem movê-lo para lá. Nesse caso, o óvulo se implantará nas trompas de falópio, causando uma gravidez tubária , a forma mais comum de gravidez ectópica.
Como observado acima, os canais de sódio epiteliais ENaC que são expressos ao longo dos cílios regulam o nível de fluido ao redor dos cílios. Mutações que diminuem a atividade de ENaC resultam em pseudo-hipoaldosteronismo multissistêmico , que está associado a problemas de fertilidade. Na fibrose cística que resulta de mutações no canal de cloreto CFTR , a atividade de ENaC é aumentada levando a uma redução severa do nível de fluido que causa complicações e infecções nas vias respiratórias.
Como o flagelo do espermatozóide humano é na verdade um cílio modificado, a disfunção ciliar também pode ser responsável pela infertilidade masculina.
É interessante que há uma associação de discinesia ciliar primária com anormalidades anatômicas esquerda-direita, como situs inversus (uma combinação de achados conhecidos como síndrome de Kartagener ) e outros defeitos heterotáxicos. Essas anormalidades anatômicas esquerda-direita também podem resultar em cardiopatia congênita . Foi demonstrado que a função cilial adequada é responsável pela assimetria normal esquerda-direita em mamíferos.
Ciliopatias como exemplos de doenças hereditárias de múltiplos órgãos
As descobertas do início dos anos 2000 em pesquisas genéticas sugeriram que muitos distúrbios genéticos , tanto síndromes como doenças genéticas , que não estavam anteriormente relacionados na literatura médica, podem estar, de fato, altamente relacionados na causa raiz do conjunto amplamente variável de sintomas médicos que são clinicamente visíveis no distúrbio . Estas foram agrupadas como uma classe emergente de doenças chamadas ciliopatias . A causa subjacente pode ser um mecanismo molecular disfuncional nos cílios primários / imóveis, organelas que estão presentes em diversos tipos celulares em todo o corpo humano .
Os defeitos dos cílios afetam adversamente várias vias de sinalização críticas essenciais para o desenvolvimento embrionário e a fisiologia do adulto e, portanto, oferecem uma hipótese plausível para a natureza freqüentemente multissintomática de diversas ciliopatias. As ciliopatias conhecidas incluem discinesia ciliar primária , síndrome de Bardet-Biedl , rim policístico e doença hepática , nefronoftise , síndrome de Alström , síndrome de Meckel-Gruber , síndrome de Sensenbrenner e algumas formas de degeneração retinal .
Os diversos desfechos causados pela disfunção ciliar podem resultar de alelos de diferentes intensidades que comprometem as funções ciliares de diferentes maneiras ou em diferentes extensões. Muitas ciliopatias são herdadas de maneira mendeliana, mas interações genéticas específicas entre complexos ciliares funcionais distintos, como a zona de transição e os complexos BBS, podem alterar as manifestações fenotípicas das ciliopatias recessivas.
Mudanças extracelulares
A redução da função ciliar também pode resultar de infecção. A pesquisa em biofilmes tem aumentado e mostrado como as bactérias podem alterar os cílios. Um biofilme é uma comunidade de bactérias da mesma espécie ou de várias espécies de bactérias. O agrupamento de células secreta diferentes fatores que formam uma matriz extracelular. Cílios no sistema respiratório são conhecidos por remover muco e patógenos das vias aéreas. Foi descoberto que pacientes com infecções positivas por biofilme têm função ciliada prejudicada. O comprometimento pode se apresentar como diminuição do movimento ou redução do número de cílios. Embora essas alterações resultem de uma fonte externa, elas ainda afetam a patogenicidade da bactéria, a progressão da infecção e como ela é tratada.
Cílio primário em células pancreáticas
O pâncreas é uma mistura de células exócrinas e endócrinas altamente diferenciadas. Cílios primários estão presentes nas células exócrinas que são células ductais centroacinares. O tecido endócrino é composto por diferentes células secretoras de hormônios. Células beta secretoras de insulina e células alfa secretoras de glucagon que são altamente ciliadas.
Veja também
- Maquinas biologicas
- Kinocilium
- Dinâmica do domínio da proteína
- Flexibilidade de proteína
- Stereocilia