Cnidocito - Cnidocyte

"Nematocyst" vuelve a dirigir aquí. Para conocer la estructura subcelular de los dinoflagelados, consulte nematocisto (dinoflagelados) . Para la estructura flotante formada por algas, ver neumatocisto .
Micrografía de Nomarski de un nematocisto teñido de rojo rutenio de Aiptasia pallida , la anémona pálida. El tinte rojo tiñe las proteínas del veneno polianiónico que se encuentran dentro de la cápsula de este nematocisto parcialmente descargado.

Un cnidocito (también conocido como cnidoblasto o nematocito ) es una célula explosiva que contiene un orgánulo secretor gigante llamado cnidoquiste (también conocido como cnida (plural cnidae ) o nematocisto ) que puede provocar una picadura a otros organismos. La presencia de esta célula define el filo Cnidaria ( corales , anémonas de mar , hidra , medusas , etc.). Los cnidos se utilizan para capturar presas y como defensa contra los depredadores. Un cnidocito dispara una estructura que contiene una toxina dentro del cnidocito; esto es responsable de las picaduras de un cnidario.

Estructura y función

Cada cnidocito contiene un orgánulo llamado cnida, cnidocyst, nematocyst, ptychocyst o spirocyst. Este orgánulo consiste en una cápsula en forma de bulbo que contiene una estructura de túbulo hueco enrollado adherida a él. Un cnidocito inmaduro se conoce como cnidoblasto o nematoblasto. El lado de la célula orientado hacia el exterior tiene un disparador similar a un cabello llamado cnidocil, que es un mecanorreceptor y un quimiorreceptor. Cuando se activa el gatillo, el eje del túbulo del cnidoquiste es expulsado y, en el caso del nematocisto penetrante, el túbulo expulsado con fuerza penetra en el organismo objetivo. Esta descarga tarda unos microsegundos y es capaz de alcanzar aceleraciones de unos 40.000 g . Investigaciones recientes sugieren que el proceso ocurre en tan solo 700 nanosegundos, alcanzando así una aceleración de hasta 5.410.000 g . Después de la penetración, el contenido tóxico del nematocisto se inyecta en el organismo objetivo, lo que permite al cnidario sésil capturar la presa inmovilizada. Recientemente, en dos especies de anémona de mar ( Nematostella vectensis y Anthopleura elegantissima ), se demostró que la proteína Nv1 de la neurotoxina de tipo I se localizaba en las células de las glándulas ectodérmicas de los tentáculos, junto a los nematocitos, pero no en ellos. Al encontrarse con una presa de crustáceos, los nematocitos descargan y perforan a la presa, y las células de las glándulas cercanas secretan masivamente Nv1 al medio extracelular, lo que sugiere otro modo de entrada de toxinas.

Composición de la cápsula de cnidocitos

La cápsula de cnidocitos está hecha de nuevos genes específicos de Cnidaria que combinan dominios proteicos conocidos. Los genes del minicolágeno son uno de los principales componentes estructurales de la cápsula. Son genes muy cortos que contienen la secuencia característica de triple hélice de colágeno, así como dominios de poliprolina y dominios ricos en cisteína. Los trímeros de las proteínas de minicolágeno se ensamblan a través de su dominio terminal rico en cisteína, formando supraestructuras rígidas y altamente organizadas. Los polímeros de minicolágeno 1 Ncol-1 se ensamblan en la cubierta interna, mientras que la cápsula externa está compuesta de proteínas NOWA (antígeno de la pared externa de nematocistos) polimerizadas. La nematogalectina, el minicolágeno Ncol-15 y la condroitina son proteínas nuevas que se utilizan para construir el eje del túbulo. En la perforación de cnidocitos, la nueva proteína espinalina se usa para hacer que las espinas estén presentes en la base del eje.

Mecanismo de descarga

Mecanismo de descarga de un nematocisto

La cápsula del cnidocito almacena una gran concentración de iones de calcio , que se liberan de la cápsula al citoplasma del cnidocito cuando se activa el disparador. Esto provoca un gran gradiente de concentración de calcio a través de la membrana plasmática de los cnidocitos. La presión osmótica resultante provoca un rápido influjo de agua en la célula. Este aumento en el volumen de agua en el citoplasma obliga al túbulo enrollado de los cnidos a eyectarse rápidamente. Antes de la descarga, el túbulo de cnidae enrollado existe dentro de la celda en una condición "de adentro hacia afuera". La contrapresión resultante de la entrada de agua en el cnidocito junto con la apertura de la estructura de la punta de la cápsula o el opérculo, desencadena la eversión enérgica del túbulo del cnido, lo que hace que se enderece a medida que sale de la célula con la fuerza suficiente para empalar. un organismo de presa.

Detección de presas

Los cnidos son células de "un solo uso" y esto cuesta mucha energía. En los hidrozoos , para regular la descarga, los cnidocitos están conectados como "baterías", que contienen varios tipos de cnidocitos conectados a células y neuronas de soporte. Las células de soporte contienen quimiosensores que, junto con el mecanorreceptor en el cnidocito (cnidocil), permiten que solo la combinación correcta de estímulos provoque la descarga, como la natación de la presa, y los productos químicos que se encuentran en la cutícula de la presa o en el tejido lindo. Esto evita que el cnidario se pique a sí mismo, aunque los cnidos desprendidos pueden ser inducidos a disparar de forma independiente.

Tipos de cnidae

Más de 30 tipos de cnidae se encuentran en diferentes cnidarios. Se pueden dividir en los siguientes grupos:

  1. Penetrante: El penetrante o estenotele es el nematocisto más grande y complejo. Cuando se descarga, perfora la piel o el exoesqueleto quitinoso de la presa e inyecta el líquido venenoso, la hipnotoxina , que paraliza a la víctima o la mata.
  2. Glutinante: una superficie pegajosa que se usa para pegarse a la presa, conocida como pticoquistes y que se encuentra en las anémonas excavadoras (tubo), que ayudan a crear el tubo en el que vive el animal.
  3. Volvent: El volvent o desmonema es un nematocisto pequeño y con forma de pera. Contiene un tubo de hilo corto, grueso, sin espinas, liso y elástico que forma un solo bucle y se cierra en el extremo más alejado. Cuando se descarga, se enrolla firmemente alrededor de la presa. Son los nematocistos más pequeños. Se dispara una cuerda en forma de lazo a la presa y se envuelve alrededor de una proyección celular en la presa, que se conoce como espiroquistes.

Los subtipos de cnidocitos pueden localizarse diferencialmente en el animal. En la anémona de mar Nematostella vectensis , la mayoría de sus cnidocitos pegajosos no penetrantes, los espirocitos, se encuentran en los tentáculos y se cree que ayudan con la captura de la presa al pegarse a la presa. Por el contrario, los dos tipos penetrantes de cnidocitos presentes en esta especie muestran una localización mucho más amplia, en la capa epitelial externa de los tentáculos y la columna del cuerpo, así como en el epitelio de la faringe y dentro de los mesenterios .

La diversidad de tipos de cnidocitos se correlaciona con la expansión y diversificación de genes de cnidocistos estructurales como los genes de minicolágeno. Los genes de minicolágeno forman grupos de genes compactos en los genomas cnidarios , lo que sugiere una diversificación a través de la duplicación y subfuncionalización de genes. Los antozoos muestran menos diversidad de cápsulas y un número reducido de genes de minicolágeno, y los medusozoos tienen más diversidad de cápsulas (alrededor de 25 tipos) y un repertorio de genes de minicolágeno enormemente ampliado. En la anémona de mar Nematostella vectensis , algunos minicolagens muestran un patrón de expresión diferencial en diferentes subtipos de cnidocitos.

Desarrollo de cnidocitos

Los cnidocitos son células de un solo uso que necesitan ser reemplazadas continuamente a lo largo de la vida del animal con diferentes modos de renovación entre especies.

Modos de renovación

En los pólipos de Hydra , los cnidocitos se diferencian de una población específica de células madre , las células intersticiales (células I) ubicadas dentro de la columna del cuerpo. Los nematocitos en desarrollo primero se someten a múltiples rondas de mitosis sin citocinesis , dando lugar a nidos de nematoblastos con 8, 16, 32 o 64 células. Después de esta fase de expansión, los nematoblastos desarrollan sus cápsulas. Los nidos se separan en nematocitos individuales cuando se completa la formación de la cápsula. La mayoría de ellos migran a los tentáculos donde se incorporan a las celdas de la batería, que contienen varios nematocitos y neuronas . Las celdas de la batería coordinan el disparo de nematocitos.

En el hydrozoan medusas Clytia hemisphaerica , nematogenesis tiene lugar en la base de los tentáculos, así como en el manubrio . En la base de los tentáculos, los nematoblastos proliferan y luego se diferencian a lo largo de un gradiente proximal-distal , dando lugar a nematocitos maduros en los tentáculos a través de un sistema de cinta transportadora.

En la anémona de mar antozoica Nematostella vectensis , se cree que los nematocitos se desarrollan en todo el animal a partir de progenitores epiteliales.

Maduración de cnidocistos

El nematocisto se forma a través de un proceso de ensamblaje de varios pasos a partir de una vacuola gigante post-Golgi. Las vesículas del aparato de Golgi se fusionan primero en una vesícula primaria: la cápsula primordio. La posterior fusión de la vesícula permite la formación de un túbulo fuera de la cápsula, que luego se invagina en la cápsula. Luego, una fase de maduración temprana permite la formación de largas matrices de espinas con púas en el túbulo invaginado a través de la condensación de proteínas espinalina . Finalmente, una etapa de maduración tardía da lugar a cápsulas no descargadas bajo alta presión osmótica a través de la síntesis de poli-γ-glutamato en la matriz de la cápsula. Esta presión osmótica atrapada permite una rápida descarga del hilo al activarse a través de un choque osmótico masivo.

Toxicidad por nematocistos

Nematocistos de Chironex fleckeri (aumento de 400x)

Los nematocistos son armas muy eficaces. Se ha demostrado que un solo nematocisto es suficiente para paralizar un pequeño artrópodo ( larva de Drosophila ). Los cnidocitos más letales (al menos para los humanos) se encuentran en el cuerpo de una medusa de caja . Un miembro de esta familia, la avispa marina, Chironex fleckeri , "se dice que es el animal marino más venenoso conocido", según el Instituto Australiano de Ciencias Marinas . Puede causar un dolor insoportable a los humanos, a veces seguido de la muerte. Otros cnidarios, como la medusa Cyanea capillata (la " Melena de león " que hizo famosa Sherlock Holmes ) o el sifonóforo Physalia physalis ( buque de guerra portugués , "Bluebottle") pueden causar picaduras extremadamente dolorosas y, a veces, fatales. Por otro lado, las anémonas de mar agregadas pueden tener la menor intensidad de picadura, quizás debido a la incapacidad de los nematocistos para penetrar la piel, creando una sensación similar a tocar caramelos pegajosos. Además de alimentarse y defenderse, las anémona de mar y las colonias de coral usan cnidocitos para picarse entre sí con el fin de defenderse o ganar espacio.

El veneno de animales como cnidarios, escorpiones y arañas puede ser específico de la especie. Una sustancia que es débilmente tóxica para los humanos u otros mamíferos puede ser muy tóxica para la presa natural o los depredadores del animal venenoso. Esta especificidad se ha utilizado para crear nuevos medicamentos y bioinsecticidas y bioplaguicidas .

Los animales del filo Ctenophora ("grosellas de mar" o "jaleas de peine") son transparentes y gelatinosos, pero no tienen nematocistos y son inofensivos para los humanos.

Se sabe que ciertos tipos de babosas marinas, como los eólidos nudibranquios, se someten a cleptocnidia (además de la cleptoplastia ), por lo que los organismos almacenan nematocistos de presas digeridas en las puntas de sus ceratas.

Ver también

  • Cnidosac , el saco en el que un nudibranquio sólido almacena los cnidocitos de su especie de presa.

Referencias

enlaces externos