Um citoplasto é uma estrutura celular composta pelo citoplasma e pela membrana plasmática, mas não por um núcleo. É comumente usado em biologia celular para descrever células enucleadas que retêm componentes citoplasmáticos funcionais. Os citoplastos desempenham um papel crucial na fusão celular, reprogramação e transferência nuclear de células somáticas ou SCNT para abreviar. Estudos recentes também mostraram que os citoplastos de células-tronco embrionárias humanas (hESCs) possuem fatores de reprogramação que podem ajudar a transformar células somáticas em células pluripotentes (células-tronco que podem se diferenciar em qualquer tipo de célula) sem a necessidade de modificações genéticas.
História O conceito de citoplastos surgiu dos primeiros estudos sobre divisão celular e interações núcleo-citoplasmáticas. O termo ganhou popularidade nas décadas de 1970 e 1980 com avanços nas técnicas de fusão celular e experimentos de transferência nuclear.
O conceito de citoplasto pode ser rastreado até os primeiros estudos de biogênese de organelas em células eucarióticas. A compreensão dos compartimentos celulares e suas funções cresceu significativamente com o desenvolvimento da microscopia eletrônica e das técnicas de fracionamento subcelular. Esses avanços permitiram aos cientistas isolar e estudar componentes citoplasmáticos separadamente do núcleo.
Na década de 1980, Porter e McNiven introduziram a ideia de que o citoplasma, mesmo na ausência de um núcleo, funciona como um "citoplasto" organizado, estruturado e integrado por um citoesqueleto. Os citoplastos mais tarde se tornaram essenciais para a reprogramação nuclear quando foi descoberto que os citoplastos dos ovócitos podiam reprogramar núcleos somáticos, levando à clonagem bem-sucedida no famoso experimento da ovelha Dolly em 1996. Este experimento provou que fatores citoplasmáticos em oócitos enucleados desempenharam um papel fundamental na alteração da função nuclear e na redefinição da identidade celular.
Os avanços na pesquisa com células-tronco mostraram ainda mais a importância dos citoplastos. Foi demonstrado que os citoplastos de hESCs parados na metáfase contêm fatores de pluripotência essenciais, permitindo a reprogramação de células somáticas. A pesquisa sobre a herança de organelas ampliou a compreensão dos citoplastos, mostrando que estruturas delimitadas por membranas, como o complexo de Golgi, o retículo endoplasmático e as mitocôndrias, poderiam funcionar e se reorganizar dentro de células enucleadas.
E em estudos recentes indicam que os citoplastos mantêm a rigidez mecânica mesmo após a enucleação, sugerindo que o citoesqueleto de Actomiosina desempenha um papel mais dominante na mecânica celular do que se pensava anteriormente.
Estrutura O citoplasto consiste em um interior fluídico contendo organelas essenciais para o metabolismo celular, denominada citoplasma; uma bicamada lipídica externa que mantém a integridade celular, denominada membrana plasmática; e em uma rede de microtúbulos (MTs), filamentos de actina e filamentos intermediários que fornece suporte mecânico e auxilia na sinalização celular, denominada citoesqueleto.
Citoplasma O citoplasma é a porção de espaço intracelular entre a membrana plasmática e o invólucro nuclear em células eucariotas, e em células procariotas compreende a célula menos o núcleo e a membrana plasmática. É preenchida por uma matéria coloidal e semifluida denominada citosol, no qual estão suspensos as organelas celulares.
Membrana plasmática A membrana plasmática é a bicamada que delimita todas as células vivas, sendo as células procariotas e eucariotas, estabelecendo a fronteira entre o meio intracelular, o citoplasma, e o ambiente extracelular. A membrana celular também é a forma seletiva que a célula utiliza para captar os elementos do meio exterior, que são necessários para o seu metabolismo, e para liberar as substâncias que a célula produz e que devem ser enviadas para o exterior.
Citoesqueleto O citoesqueleto é a parte complexa e dinâmica de filamentos proteicos interligados presentes no citoplasma de todas as células, que se estende nas células eucariotas do núcleo da célula até a membrana celular. E é composto por proteínas semelhantes em vários organismos, contendo três componentes principais: microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos, com capacidade de crescer ou desmontar rapidamente dependendo das necessidades da célula.
Tipos de citoplastos Os tipos de citoplastos são citoplastos de Oócitos, utilizados em experimentos de clonagem e transferência nuclear; citoplastos somáticos, fibroplastos enucleados ou outros tipos de células usados em experimentos de fusão; e citoplastos de células-tronco, derivados de hESCs na metáfase, contendo fatores de reprogramação.
Função Reprogramação celular Na reprogramação celular foi demonstrado que os citoplastos de Oócitos humanos ou hESCs reprogramam núcleos somáticos para um estado pluripotente, evitando a necessidade de modificação genética. Os citoplastos da fase M das hESCs contêm Oct-4, Nanog e SOX2 dispersos, que desempenham um papel na reprogramação nuclear.
Papel na divisão celular e citocinese No papel da divisão nuclear e citocinese, as células animais, tem o aparelho do fuso durante a mitose define dois novos citoplastos, que mais tarde se tornam células-filhas. E as células vegetais, tem as faixas de pré-prófase (PPBs) e os fragmoplastos predefinem os citoplastos, garantindo a divisão celular adequada.
Mecânica celular e integridade estrutural Estudos recentes indicam que os citoplastos podem reter ou mesmo aumentar a rigidez após a enucleação, apesar da remoção do núcleo, que tradicionalmente era considerado a parte mais rígida da célula.
O citoesqueleto de actina-miosina domina a mecânica celular, sugerindo que a rede de actina desempenha um papel maior na rigidez do que o próprio núcleo. As propriedades viscoelásticas dos citoplastos mostram que eles têm maior resistência à deformação e maior comportamento dissipativo em comparação com as células intactas.
Os citoplastos são capazes de migração celular, apoiando descobertas anteriores de que células enucleadas ainda podem realizar algumas funções celulares normais. A remoção do núcleo não amolece o citoplasto, indicando que a tensão do citoesqueleto é redistribuida pelas estruturas celulares restantes.
Os nucleoplastos e núcleos isolados são significativamente mais macios do que as células intactas, reforçando a ideia de que a rede de actina proporciona maior estabilidade mecânica.
Aplicação em clonagem e reprodução assistida Os citoplastos são usados na transferência nuclear de células somáticas, onde um núcleo doador é fundido com um citoplasto enucleado para gerar um embrião clonado. A reprogramação baseada em citoplastos oferece uma alternativa potencial às células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), evitando os riscos de tumorigenicidade.
Mecanismos de função do citoplasto Interações nucleares-citoplasmáticas O citoplasto serve como um domínio regulador, interagindo com o núcleo, se estiver presente, por meio de vias de sinalização. Modificações epigenéticas ocorrem no núcleo transferido, o que permite a reprogramação.
Modelo de tensegridade e organização citoesquelética O citoplasto é estruturado por um sistema Tensegrity, onde os filamentos de actina interagem com os microtúbulos. Essa organização citoesquelética regula a forma da célula, a detecção do estresse mecânico e o transporte intracelular.
Reprogramação de células somáticas mediada por citoplastos Estudos demonstraram que os citoplastos de células-tronco embrionárias humanas (hESC) na metáfase contêm fatores de reprogramação, que se dispersam no citoplasma e reprogramam as células somáticas fundidas em um estado pluripotente. A centrifugação de gradiente é normalmente usada para isolar esses citoplastos para aplicações de reprogramação.
Citoplastos e mecânica celular Os citoplastos têm um módulo de Young e uma viscosidade mais elevados do que uma célula tipicamente enucleada, o que indica maior resistência mecânica e rigidez estrutural. A enucleação não perturba o citoesqueleto de actina devido à rede de citoplastosina de actina.
As fibras de estresse de actina permanecem intactas nos citoplastos, mantendo a forma e a rigidez celular. A capacidade dos citoplastos de manter a integridade mecânica sugere seu papel potencial na mecanotransdução e no comportamento estrutural das células.
Notas
Categoria:Biologia celular