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Neurofilamentos: qué son, componentes y características

Los neurofilamentos son un tipo de filamentos intermedios de 7 nanómetros de espesor presentes en el citoplasma de las neuronas. Intervienen en el mantenimiento de la estructura neuronal y en el transporte axónico.

A veces, las estructuras biológicas guardan muchos más secretos de los que en un principio creemos. En el mundo de la naturaleza, el conocimiento es prácticamente infinito, pues abarca capas y capas morfológicas hasta llegar a los compuestos más básicos de cualquier ser vivo, los aminoácidos y los elementos químicos que los conforman. ¿Hasta qué nivel queremos llegar en esta búsqueda de conocimiento?

Por una parte, tenemos a las neuronas con sus secciones delimitadas (axón, dendritas y soma), la comunicación entre ellas mediante las sinapsis, los neurotransmisores y sus efectos sobre el cerebro. Todos estos temas ya han sido ampliamente cubiertos, pero aún podemos hilar más fino. En esta oportunidad, aprovechamos para mostrarte todo lo que debes saber acerca de los neurofilamentos.

Neurofilamentos: el esqueleto neuronal

Resulta increíble conocer que el esqueleto de los seres vivos está formado por células, pero que estas también necesitan su propia “estructura esquelética” para mantener su forma y funcionalidad. Es decir, encontramos organización compleja hasta en la unidad funcional más básica que nos otorga la vida.

Como no podemos abordar el papel de los neurofilamentos sin antes comprender la organización estructural de una célula, vamos a detenernos unos instantes en el citoesqueleto y su función.

Sobre el citoesqueleto

El citoesqueleto se define como un entramado tridimensional de proteínas que provee soporte interno en las células, pero que además interviene en el transporte de compuestos, organización y división celular. Realizando un análogo con el mundo macroscópico observable, esta compleja red actuaría como las vigas de un edificio, pero también como el ascensor y las escaleras. Increíble, ¿verdad?

El citoesqueleto está compuesto por tres compuestos principales:

  • Microfilamentos: compuestos por dos cadenas de actina, una proteína globular. Mantienen la forma de la célula.
  • Filamentos intermedios: compuestos por una familia más heterogénea de proteínas, otorgan estabilidad a los orgánulos celulares por sus fuertes enlaces.
  • Microtúbulos: formados por alba y beta tubulina, se encargan del movimiento de sustancias dentro de la célula y su división.

Cabe destacar que la estructura y la dinámica del citoesqueleto dependen de la forma en la que la célula se relaciona con el exterior (es decir, la matriz extracelular) y los esfuerzos de tensión, rigidez y compresión que esta experimente a lo largo de su desarrollo. Estamos ante un entramado dinámico y para nada rígido, que se adapta de forma exquisita al proceso que la célula esté sufriendo en cualquier momento dado. Ahora bien, ¿cómo se relacionan los neurofilamentos con todo lo expuesto con anterioridad?

Navegando en el citoplasma

La respuesta a la anterior pregunta es sencilla, pues estas estructuras que hoy nos atañen no son más que filamentos intermedios del citoesqueleto específicos de las neuronas.

Al igual que el resto de células, las neuronas presentan un esqueleto de función tanto estructural como transportadora. Este entramado proteico está compuesto por tres componentes, muy similares a los que te hemos descrito con anterioridad, pues son los microtúbulos (o neurotúbulos), neurofilamentos (filamentos intermedios) y microfilamentos. Antes de perdernos en la morfología de estas estructuras, definamos las funciones de el citoesqueleto neuronal:

  • Mediar el movimiento de los orgánulos entre las distintas áreas del cuerpo neuronal.
  • Fijar la ubicación de determinados componentes (como receptores químicos de membrana) en los lugares adecuados para que puedan funcionar.
  • Determinar la forma tridimensional de la neurona.

Como podemos ver, sin este entramado proteico las neuronas (y por lo tanto el pensamiento humano) no podrían existir tal y como las conocemos a día de hoy. Para entender la estructura de un neurofilamento tenemos que diseccionar ampliamente su morfología hasta un nivel basal. Vamos a ello.

Primero debemos de conocer el “ladrillo” más basal de la estructura, la citoqueratina. Estamos ante una proteína fibrosa esencial en los filamentos intermedios de las células epiteliales, así como de las uñas, pelo y plumas de los animales. La asociación de un conjunto de estas proteínas en forma lineal da lugar a un monómero, y dos de estas cadenas enrolladas una con la otra, a un dímero.

A su vez, dos dímeros enrollados dan lugar a una estructura más gruesa, el complejo tetramérico (tetra-cuatro, pues está formado por un total de cuatro monómeros). La unión de varios complejos tetraméricos forma un protofilamento, y dos protofilamentos unidos, a una protofibrilla. Finalmente, tres protofibrillas enrolladas dan lugar al neurofilamento buscado.

Así pues, para entender la estructura de este filamento intermedio tenemos que imaginar una serie de cadenas enrollándose sobre sí mismas para dar una estructura “análoga” (salvando las increíbles distancias) a la doble hélice de ADN por todos conocida. Cada vez se agregan más y más cadenas interconectadas entre ellas, aumentando la complejidad de la estructura y el grosor de la misma. Tal y como sucede con los cableados eléctricos, cuantas más cadenas y más enrollamientos, mayor resistencia mecánica presentará el entramado final.

Estos neurofilamentos, con una complejidad estructural de vértigo, se encuentran distribuidos en el citoplasma de la neurona y generan puentes de unión con los neurotúbulos y conectan la membrana celular, las mitocondrias y los polirribosomas. Cabe señalar que son los componentes del citoesqueleto más abundantes, pues representan el soporte estructural interno de la neurona.

Casos prácticos

No todo se reduce a un mundo microscópico, pues la composición del citoesqueleto, por sorprendente que pueda parecer, condiciona las respuestas de los seres vivos frente al medio y la eficacia de sus transmisiones nerviosas.

Por ejemplo, estudios han investigado la abundancia de filamentos intermedios neuronales en mamíferos roedores tras lesiones cerebrales y una posterior exposición a terapias láser de baja intensidad y ultrasonidos con finalidad terapéutica. El daño nervioso está correlacionado con una disminución de neurofilamentos dentro de cada neurona, pues este tipo de estreses mecánicos disminuyen el calibre del axón y la “salud” (a falta de un término más complejo) de la célula sometida al traumatismo.

Los resultados son reveladores, pues los ratones que fueron sometidos a las terapias descritas aumentaron el número de estos filamentos a nivel celular. Este tipo de experimentos ponen en evidencia que las terapias láser de baja intensidad (LBI) pueden jugar un papel esencial en la regeneración de nervios lesionados tras traumatismos.

Más allá del mundo microscópico: filamentos y Alzheimer

Vamos más lejos, pues más allá de los estudios experimentales con roedores de laboratorio, se ha investigado el efecto de la composición y el número de filamentos componentes del citoesqueleto en enfermedades tales como el alzheimer.

Por ejemplo, la concentración sérica de neurofilamento liviano (Nfl) está aumentada en personas con Alzheimer familiar antes de que incluso comiencen a aparecer los síntomas de la enfermedad. Por lo tanto, estos podrían actuar como bioindicadores no invasivos de la patología para controlarla desde los estadios más tempranos. Desde luego, aún se requiere más información y estudio para cimentar este conocimiento, pero las bases ya han sido planteadas.

Resumen

Como hemos podido observar, el mundo de los neurofilamentos no solo se reduce a un entramado proteico estructural. Nos movemos a escalas nanoscópicas, pero claramente los efectos de la abundancia de estos componentes esenciales del citoesqueleto neuronal se expresan a nivel comportamental y fisiológico en los seres vivos.

Esto pone en evidencia la importancia de cada uno de los elementos que conforman nuestras células. ¿Quíen iba a decirnos que una mayor abundancia de un filamento concreto podría ser un indicador de los primeros estadios de una enfermedad como el Alzheimer?

Al final, cada pequeño componente es una pieza más del puzzle que da lugar a la sofisticada máquina que es el cuerpo humano. Si uno de ellos falla, el efecto puede alcanzar cotas mucho más amplias que los pocos micrómetros o nanómetros que esta estructura pueda ocupar en un espacio físico.

Referencias bibliográficas:

  • Chesta, C.A.A. (2006). Aislamiento y análisis del grado de fosforilación de los neurofilamentos de líquido cefalorraquídeo de pacientes con paraparesia espástica tropical (Doctoral dissertation, Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas, Universidad de Chile).
  • Matamala, F., Cornejo, R., Paredes, M., Farfán, E., Garrido, O., & Alves, N. (2014). Análisis Comparativo del Número de Neurofilamentos en Nervios Isquiáticos de Rata Sometidos a Neuropraxia Tratadas con Láser de Baja Intensidad y Ultrasonido Terapéutico. International Journal of Morphology, 32(1), 369-374.
  • Neurofilamento, Clínica Universidad de Navarra. Recogido a 30 de agosto en https://www.cun.es/diccionario-medico/terminos/neurofilamento
  • Neurofilamento, Fleni (Neurología, neurocirugía y rehabilitación). Recogido a 30 de agosto en https://www.fleni.org.ar/patologias-tratamientos/neurofilamento/
  • Weston, P. S. Neurofilamento liviano sérico en la enfermedad de Alzheimer familiar.