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Citoplasto

Un citoplasto es una estructura celular compuesta por el citoplasma y la membrana plasmática , pero sin núcleo . En biología celular, se utiliza comúnmente para describir célula...

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Un citoplasto es una estructura celular compuesta por el citoplasma y la membrana plasmática , pero sin núcleo . En biología celular, se utiliza comúnmente para describir células anucleadas que conservan componentes citoplasmáticos funcionales. Los citoplastos desempeñan un papel crucial en la fusión celular , la reprogramación y la transferencia nuclear de células somáticas (SCNT, por sus siglas en inglés). Estudios recientes también han demostrado que los citoplastos de células madre embrionarias humanas (hESC) poseen factores de reprogramación que pueden ayudar a convertir células somáticas en células pluripotentes (células madre que pueden diferenciarse en cualquier tipo celular) sin necesidad de modificaciones genéticas. [ 1 ]

Historia

El concepto de citoplastos surgió de los primeros estudios sobre la división celular y las interacciones núcleo-citoplasma. El término se popularizó en las décadas de 1970 y 1980 gracias a los avances en las técnicas de fusión celular y los experimentos de transferencia nuclear .

  • Reconocimiento temprano de los citoplastos: El concepto de citoplasto se remonta a los primeros estudios de la biogénesis de orgánulos en células eucariotas. La comprensión de los compartimentos celulares y sus funciones creció significativamente con el desarrollo de la microscopía electrónica y las técnicas de fraccionamiento subcelular. [ 2 ] Estos avances permitieron a los científicos aislar y estudiar los componentes citoplasmáticos por separado del núcleo .
  • Concepto de citoplasto de Porter y McNiven: En la década de 1980, Porter y McNiven introdujeron la idea de que el citoplasma , incluso en ausencia de un núcleo, funciona como un “citoplasto” organizado, estructurado e integrado por un citoesqueleto . [ 3 ]
  • Transferencia nuclear de células somáticas (SCNT) y clonación: Los citoplastos se convirtieron posteriormente en elementos centrales de la reprogramación nuclear cuando se descubrió que los citoplastos de los ovocitos podían reprogramar los núcleos somáticos, lo que condujo a la clonación exitosa en el famoso experimento de la oveja Dolly en 1996. Este experimento demostró que los factores citoplasmáticos en los ovocitos enucleados desempeñaban un papel clave en la alteración de la función nuclear y el restablecimiento de la identidad celular. [ 4 ]
  • Investigación con células madre y reprogramación de citoplastos: Los avances en la investigación con células madre demostraron aún más la importancia de los citoplastos. Se demostró que los citoplastos de células madre embrionarias humanas detenidas en metafase contienen factores de pluripotencia esenciales, lo que permite la reprogramación de células somáticas. [ 2 ]
  • Biogénesis de orgánulos y organización celular: La investigación sobre la herencia de orgánulos amplió la comprensión de los citoplastos, mostrando que estructuras unidas a la membrana como el complejo de Golgi , el retículo endoplasmático y las mitocondrias podían funcionar y reorganizarse dentro de células anucleadas. [ 5 ]
  • Propiedades mecánicas de los citoplastos: Estudios recientes indican que los citoplastos conservan rigidez mecánica incluso después de la enucleación, lo que sugiere que el citoesqueleto de actomiosina desempeña un papel más dominante en la mecánica celular de lo que se pensaba anteriormente. [ 6 ]

Estos avances históricos han consolidado a los citoplastos como herramientas esenciales en biología celular , medicina regenerativa y clonación , lo que ha propiciado su uso continuado en numerosos estudios celulares.

Estructura

Un citoplasto consta de

  • Citoplasma : el interior fluido que contiene los orgánulos esenciales para el metabolismo celular.
  • Membrana celular : la bicapa lipídica externa que mantiene la integridad celular.
  • Citoesqueleto : una red de microtúbulos (MT), filamentos de actina y filamentos intermedios que proporciona soporte mecánico y ayuda en la señalización celular.

Tipos de citoplastos

Función

1. Reprogramación celular

  • Se ha demostrado que los citoplastos de ovocitos humanos o células madre embrionarias humanas (hESC) reprograman los núcleos somáticos a un estado pluripotente, evitando la necesidad de modificación genética . [ 2 ]
  • Los citoplastos en fase M derivados de células madre embrionarias humanas contienen Oct-4 , Nanog y SOX2 dispersos , que desempeñan un papel en la reprogramación nuclear.

2. Función en la división celular y la citocinesis

3. Mecánica celular e integridad estructural

  • Estudios recientes indican que los citoplastos pueden conservar o incluso aumentar su rigidez después de la enucleación , a pesar de la eliminación del núcleo, que tradicionalmente se consideraba la parte más rígida de la célula. [ 6 ]
  • El citoesqueleto de actomiosina domina la mecánica celular, lo que sugiere que la red de actina desempeña un papel más importante en la rigidez que el propio núcleo. [ 6 ]
  • Las propiedades viscoelásticas de los citoplastos muestran que tienen mayor resistencia a la deformación y un comportamiento disipativo aumentado en comparación con las células intactas. [ 6 ]
  • Los citoplastos son capaces de migrar celularmente , lo que respalda hallazgos previos que indican que las células enucleadas aún pueden realizar algunas funciones celulares normales. [ 6 ]
  • La extracción del núcleo no ablanda el citoplasto, lo que indica que la tensión del citoesqueleto se redistribuye entre las estructuras celulares restantes. [ 6 ]
  • Los nucleoplastos y los núcleos aislados son significativamente más blandos que las células intactas, lo que refuerza la idea de que la red de actina proporciona una mayor estabilidad mecánica. [ 6 ]

4. Aplicación en clonación y reproducción asistida

  • Los citoplastos se utilizan en SCNT, donde un núcleo donante se fusiona con un citoplasto enucleado para generar un embrión clonado . [ 2 ]
  • La reprogramación basada en citoplastos ofrece una alternativa potencial a las células madre pluripotentes inducidas (iPSC), evitando los riesgos de tumorigenicidad. [ 2 ]

Mecanismos de la función del citoplasto

1. Interacciones núcleo-citoplasmáticas

  • El citoplasto actúa como un dominio regulador, interactuando con el núcleo, si está presente, a través de vías de señalización. [ 7 ]
  • En el núcleo transferido se producen modificaciones epigenéticas que permiten la reprogramación . [ 2 ]

2. Modelo de tensegridad y organización del citoesqueleto

  • El citoplasto está estructurado por un sistema de tensegridad , donde los filamentos de actina interactúan con los microtúbulos. [ 3 ]
  • Esta organización del citoesqueleto rige la forma celular, la detección del estrés mecánico y el transporte intracelular. [ 6 ]

3. Reprogramación de células somáticas mediada por citoplastos

  • Los estudios han demostrado que los citoplastos de células madre embrionarias humanas en metafase contienen factores de reprogramación, que se dispersan en el citoplasma y reprograman las células somáticas fusionadas a un estado pluripotente. [ 2 ]
  • La centrifugación en gradiente se utiliza normalmente para aislar estos citoplastos para aplicaciones de reprogramación.

4. Citoplastos y mecánica celular

  • Los citoplastos tienen un módulo de Young y una viscosidad mayores que una célula típicamente enucleada, lo que indica una mayor resistencia mecánica y rigidez estructural. [ 6 ]
  • La enucleación no altera el citoesqueleto de actina debido a la red de actomiosina de los citoplastos. [ 6 ]
  • Las fibras de estrés de actina permanecen intactas en los citoplastos, manteniendo la forma y la rigidez celular. [ 6 ]
  • La capacidad de los citoplastos para mantener la integridad mecánica sugiere su posible papel en la mecanotransducción y el comportamiento estructural celular. [ 6 ]

Referencias

  1. ↑ Mohammed, Abd El-Nasser Ahmed; Al-Suwaiegh, Saker; Al-Shaheen, Tarek (agosto de 2019). "¿El citoplasto y el material nuclear del ovocito con vesícula germinal sustentan la competencia del desarrollo tras la reconstrucción con núcleo embrionario/somático?" . Reprogramación celular . 21 (4): 163– 170. doi : 10.1089/cell.2019.0032 . ISSN 2152-4971 . 
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Mullock, Barbara M.; Luzio, J. Paul (2013), "Teoría de la biogénesis de orgánulos: una perspectiva histórica" , Base de datos de biociencias Madame Curie [Internet] , Landes Bioscience , consultado el 20 de abril de 2025
  3. 1 2 Porter, KR; McNiven, MA (mayo de 1982). "El citoplasto: una estructura unitaria en los cromatóforos". Cell . 29 (1): 23– 32. doi : 10.1016/0092-8674(82)90086-1 . ISSN 0092-8674 . PMID 7105183 .  
  4. ↑ Wilmut, I.; Schnieke, AE; McWhir, J.; Kind, AJ; Campbell, KHS (febrero de 1997). "Descendencia viable derivada de células de mamíferos fetales y adultas" . Nature . 385 (6619): 810– 813. Bibcode : 1997Natur.385..810W . doi : 10.1038/385810a0 . ISSN 1476-4687 . PMID 9039911 .  
  5. ↑ Du, Lili; Lin, Ge; Lu, Guangxiu (2011). "Citoplasto que contiene factores relacionados con la reprogramación de células madre embrionarias humanas detenidas en metafase" . Desarrollo, Crecimiento y Diferenciación . 53 (1): 18– 25. doi : 10.1111/j.1440-169X.2010.01217.x . ISSN 1440-169X . 
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Efremov, Yuri M.; Kotova, Svetlana L.; Akovantseva, Anastasia A.; Timashev, Peter S. (2020-09-17). "Propiedades nanomecánicas de células enucleadas: contribución del núcleo a la mecánica celular pasiva" . Journal of Nanobiotechnology . 18 (1): 134. doi : 10.1186/s12951-020-00696-1 . ISSN 1477-3155 . PMC 7500557. PMID 32943055 .   
  7. 1 2 3 Pickett-Heaps, Jeremy D.; Gunning, Brian ES; Brown, Roy C.; Lemmon, Betty E.; Cleary, Ann L. (1999-02-01). "El concepto de citoplasto en células vegetales en división: dominios citoplasmáticos y la evolución de la división celular organizada espacialmente" . American Journal of Botany . 86 (2): 153– 172. doi : 10.2307/2656933 . ISSN 1537-2197 . JSTOR 2656933 .