Transcript 1. dia - SotePedia

Az eukarióta sejtváz II.
Az aktin filamentumok és az
intermedier filamentumok
Darvas Zsuzsanna Ph.D.
egyetemi docens
GSI SE
Aktin filamentumok=mikrofilamentumok
mikrotubulusok: zöld
aktin: piros
migration.wordpress.com/.../
Baktérium: aktin homológ fehérje
www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/SS/Lowe_J/
www2.mrclmb.cam.ac.uk/groups/jyl/frame_MreB.html
Aktin a baktériumsejtben
www.pnas.org/.../102/51/18602/F5.expansion.html
www.stanford.edu/group/sm_cell_imaging/
A baktérium sejt membránja alatt
feladat: sejt alakja, sejt osztódása
aktin filamentumok szerveződése
www.answers.com/topic/cytoskeleton
www.colorado.edu/MCDB/MCDB1150/ohd/overhead.
html
www.borisylab.northwestern.edu/.../lemfig5.html
Polymerizáció /depolimerizáció: polarizált struktúra
www.cytochemistry.net/Cell-biology/actin_fila...
polimerizáció
depolimerizáció
+
F aktin: 2 csavart szál
G aktin
poláris - és + vég
homodimerek
ATP/ADP kötés
Aktin típusok: G aktin és F aktin
F aktin és G aktin ciklusos kapcsolata és a taposómalom jelenség
Filamentous (F)-actin is, however, asymmetric and the two extremities retain different kinetic characteristics.
Actin monomers assemble much more rapidly at the 'barbed end' compared to the 'pointed end' (these names
correspond to the arrowhead appearance of myosin heads bound to actin filaments). The critical concentration
of the pointed end is higher than that of the barbed end. When F-actin and G-actin are at equilibrium, the global
critical concentration is intermediate between those of the two ends separately. So, at this stage, there is a net
loss of molecules at the pointed end and a net addition at the barbed end. The two rates balance, which leads
to treadmilling — a net flow of actin subunits through the filament.
Aktin filamentum keletkezése in vitro
Növekvő aktin filamentumok
Actin binding proteins (ABPs)
– aktin kötő fehérjék
3 csoport
- polymerizáció/depolymerizáció, nukleáció
- kötegelő és keresztkötő fehérjék
-
motor fehérjék: miozin
ABPs
Aktin monomer: ATP és ADP kötött formája
ATP kötött: beépül -profilin
ADP kötött: leválik-cofilin
ADP/ATP csere-CAP
Nukleáció (aktin polimerizáció) fehérjéi:
ARP komplex: polimerizáció és elágazás
Formin: aktin polimerizáció és kontollált
növekedés
Spire: 4 aktin monomer összekapcsolása-új
aktin filamentum indítása
Keresztkötő és kötegelő fehérjék
Laza és szoros kötegek –-aktinin, fimbrin
Két és háromdimenziós hálózatok – filamin,
spektrin
Sapkaképző fehérjék
+ végen sapka, amely gátolja a polimerizációt:
capZ
Gelsolin: sapka és rövid filamentum képzés
Reguláció:
Foszforiláció/defoszforiláció
RHo, Rac. Cdc42 kis G fehérjék
gomba metabolitok
cytochalasin – gátolja az aktin
polymerizációt
www.goutpal.com/colchicine
-side-effects.html
phalloidin – stabilizálja
az F aktin filamentumokat
Cytochalasin B
Gomba: Helminthosporium dermatioideum
commons.wikimedia.org/wiki/Image:Cy
tochalasin...
Gomba: Amanita phalloides
phalloidin
Motor fehérjék: miozinok
Szerkezet:
nehéz lánc és könnyű láncok
globuláris fej és spirális farok
fej: motor domén ATP-áz aktivitás
Mozás iránya: általában - vég motor
A miozin motorfehérje családfája
www.mrc-lmb.cam.ac.uk/myosin/trees/trees.html
Aktin filamentumok szerveződése I.
ABPs
www.answers.com/topic/cytoskeleton
Aktin ( piros): kérgi aktin réteg a plazmamembrán alatt
Molekulák a kérgi aktin hálózat létrehozásában
Regulation of actin assembly by the
WAVE complex
Background
Regulation of the actin cytoskeleton is crucial
for cell morphology and motility during
development, health and disease. In motile
cells, actin assembly occurs largely by
nucleation of new actin filaments on the
sides of existing filaments to generate
branched filament networks that push and
deform the plasma membrane, causing
protrusion of the leading edge. The Arp2/3
complex is a key factor mediating
nucleation and branching of filaments,
and it is regulated by nucleation promoting
factors such as WASP, N-WASP and
WAVE proteins. Upstream signals, initiated
by ligands binding to growth factor or
chemoattractant receptors, recruit nucleation
promoting factors to the plasma membrane,
where they stimulate actin nucleation by the
Arp2/3 compex.
kirschner.med.harvard.edu/.../andres.shtml
kis G fehérjék (Rho, Rac, Cdc42) szerepe szignál
továbbítás az aktin filamentumok nukleációjához)
Aktin filamentumok szerveződése II.
1. lamellipódium:
1
2
2 ill. 3 dimenziós aktin hálózat
a membrán alatt
keresztkötő aktin fehérjék
pl. filamin
2. filopódium: párhuzamos aktin
kötegek - kötegelő fehérjék pl.
fimbrin
www.nature.com/.../n7001/fig_tab/430734a_
F1.html
www.nature.com/.../n7001/fig_tab/430734a_F1.html
Actin filaments polymerize at their fast-growing 'barbed' ends near the plasma membrane. They stop
growing when they are capped by capping protein. If barbed-end capping activity is high, filaments get
capped, stop growing and remain short. This favours an actin filament network that is most efficient for
lamellipodium expansion. Filopodia result when filaments of the lamellipodial actin network are recruited by
a filopodial tip complex that includes Ena/VASP proteins; filaments grow long because Ena/VASP proteins
also inhibit capping locally.
Aktin filamentumok szerveződése III.
Mikrobolyhok (villin, fimbrin- kötegelő
fehérjék miozin I. – motor fehérje)
anatomy.iupui.edu/.../cell.f04/cellf0
4.html
www.cytochemistry.net/.../actin_filaments.htm
Tövénél: (spektrin, miozin,
intermedier filamentumok)
terminal web (végháló)
Aktin filamentumok szerveződése IV.
scienceblogs.com
www.biomedcentral.com/.../archive/2006/01
Aktin filamentum kötegek a citoplazmában: stressz rostok
szerep az amőboid típusú mozgásban
Mozgás: sejtváz komponensek és motor
fehérjék segítségével
Két alaptípus:
Tubulin alapú mozgás: csilló, ostor
Aktin alapú mozgás : amőboid, izom
Amőboid mozgás
cellix.imba.oeaw.ac.at/.../
1. Álláb (vagy filopódium, lamellipódium) képződés a
vezető végen : aktin filamentumok képződése – aktin
polimerizáció, elágazás, amelyet kis G fehérjék
szabályoznak (Rac, Rho, cdc42)
2. Sejt-mátrix kölcsönhatás: fokális kontaktusok
képződése ebben:sejt-mátrix kapcsoló molekulák
integrinek és ECM molekulák szerepe
3. proteolízis: fokális kontaktus területén ECM
molekulák bontása MMP (matrix metallo proteináz)
enzimek szerepe
4. Aktomiozin kontrakció (transzlokáció) : a
fokális
kontaktushoz
kihorgonyzott
aktin
filamentumok (stressz rostok) közé miozin
filametumok
szerveződnek
és
az
aktin
filamentumok elcsúszva húzzák a sejtet a vezető
vég irányába (miozin foszforiláció: ATP-áz
aktivitás)
5.Leválás: a sejt hátsó végén
kontaktusok
megszüntetése,
és
filamentumok átrendeződése
a fokális
az
aktin
Fokális kontaktus szerkezete
Aktin filamentumok: stress rostok
Kötegelő fehérje + miozin
Kapcsoló fehérjék
integrinek
ECM
Striamoeba
Aktin filamentumok szerveződése: izomsejt
Izom
Izomrostok
Miofibrillumok
Miofilamentumok
szarkomer
Aktin - vékony filamentum
Miozin – vastag filamentum
Vázizom EM-os kép
homepage.smc.edu/.../anatomy1/1musphys.html
Vékony filamentum szerkezete
Aktin filamentumok és ABP -ek
Tropomyozin és troponin komplex
Tropomyozin:
dupla alfa hélix
fenntartja a filamentum helyzetét
aktin más fehérje kötődést gátolja
Troponin:
Tn-T tropomyozin kötés
Tn-C Ca2+(4 Ca2+/mol = calmodulin) kötés
Tn-I inhibitor
Vastag filamentum szerkezete I.
Filamentum kialakításában: Myosin binding proteins pl. MyBP C, és más
fehérjék pl. M protein, myomesin)
fej
Könnyű láncok MLC
„hinge”
Nehéz láncok MHC
134 nm
miozin fejek
Farki részek
Bipoláris filamentum
Vastag filamentum térbeli szerkezete II.
gilead.org.il/hcm/
Miozin kötő fehérje: MyBPC elhelyezkedése
Aktin filamentumok szerveződése: szarkomer
Actin (green), myosin (red). Rod-like tropomyosin
molecules (black lines). Thin filaments in muscle
sarcomeres are anchored at the Z-disk by the
cross-linking protein α -actinin (gold) and are
capped by CapZ (pink squares). The thin-filament
pointed ends terminate within the A band, are
capped by tropomodulin (bright red). Myosinbinding-protein C (MyBP-C; yellow transverse
lines), (Gregorio et al. 2000).
A haráncsíkolt izom és a
szívizom müködési
egysége a szarkomer
Az izommüködés mechanizmusa: „sliding”: elcsúszás
scienceblogs.com
vékony filamentumok a vastag
filamentumok közé csúsznak
szarkomer rövidül (~ 7 nm)
Az elcsúszási mechanizmus
Az elcsúszás menete:
Miozin fej ATP hiányában aktinhoz
kötődik
Miozin fej ATP-t köt és lazán vagy nem
kötődik az aktinhoz
Miozin ATP-t bont, és a fej konformációja
megváltozik
A foszfát csoport leválása közben a
miozin fej erősen kötődik az aktinhoz
ADP leválása közben a fej konformációja
megváltozik és elhúzza az aktin
filamentumot
accessexcellence.org/RC/VL/GG/ecb/myosin_.
..
www.sciencedaily.com/.../09/040901091750.htm
www.odec.ca/.../2007/knig7d2/Using_the_HGP.html
intro.bio.umb.edu/.../muscle/
actomyosin.html
Szarkoplazmás retikulum szerepe
citokinézis
www.lakemichigancollege.edu/.../division.html
Kontraktilis gyűrű az osztódó sejtekben
straightlab.stanford.edu/cytokinesis.
html
219.221.200.61/ywwy/zbsw(E)/edetail11.htm
www.med.upenn.edu/.../index.php/g20001040/p19626
Duschenne izomdisztrófia
Duschenne izomdisztrófia
www.netterimages.com/image/1267.htm
X-hez kötött recesszív öröklődés
Duschenne izomdisztrófia és Becker izomdisztrófia
Disztrofin fehérje kimutatása és a DMD/BDM öröklődése
X-hez kötött recesszív öröklődésmenet
www.blackwellpublishing.com/korfgenetics/figu...
Disztrofin: egyik kulcsmolekula
az ECM és a sejtváz között
Aktin kötőhely-piros
Β-dystroglycan kötőhely-zöld
Syntrophin kötőhely - sárga
jennyndesign.com/DMD/physiology5.html
Disztrofin gén
ghr.nlm.nih.gov/gene=dmd
Allél heterogénia
compbio.berkeley.edu/.../ed/rust/Dystrophin.html
in frame (Becker) - frame shift (Duschenne) mutáció
Duchenne és Becker izomdisztrófia
Duchenne muscular distrophy
Becker muscular distrophy
Disztrofin gén: 79 exonból áll – génen belül forró pontok – mutációs helyek
többféle klinikai betegség – eltérő mutációk miatt
A sejtváz komponensei: Intermedier filamentumok
Aktin filamentum
Fő feladatok
- sejt alakjának stabilizálása
-mechanikai támaszték
- szöveti integritás
(sejtek sejtváza a
sejtkapcsoló struktúrákkal
az ECM-hoz kapcsolódik és
így a sejtek egymással is
egységet alkotnak)
Intermedier filamentumok
Xenopus oligodendrocytes, immunostained with antibodies to
the intermediate filament protein GFAP (green). Nuclei
labelled with DAPI (blue). GFAP (glial fibrillary acidic protein)
is a commonly used marker protein for the identification of glial
cells.
web.uct.ac.za/.../research/neurosci2.htm
migration.wordpress.com/.../
Baktérium: intermedier filamentum homológ: Crescentin : creS
Citokeratin 19-el
lamin A-val
homológ
Feladat: sejt alak
Caulobacter
crescentus
thefutureofthings.c
om/articles.php?it
emId=31/57/
Eukarióta sejtekben 2 nagy IF rendszer
sejtmagban
citoplazmában
- laminokból
- eltérő fehérjékből
amelyek létrehozzák a
nukleáris laminát és az
intranukleáris
filamentumokat
amelyek kapcsolatot teremtenek
az ECM és a külső
magmembrán között
IF –t 65 gén kódolja emberben
nagy géncsalád
Intermedier Filamentum IF
TEM
www.nikonsmallworld.com/gallery.php?grouping=...
Dr. Alan R. Prescott
University of Dundee
CHIPs, School of Life Sciences
Dundee, UK
Cells showing small heat shock protein localized to
intermediate filaments (100x)
TEM MT és IF kapcsolat
Sejtvándorlás, sejtmozgás
a. Mechanikai támasz
Sejtszerkezet stabilizálása
Szignál továbbítás és modulálás
Intermedier filamentumok csoportosítása
5 osztályuk van (SHC=sequence homology classes)
cytokeratin
aminósav szekvencia homológia alapján
1. bázikus keratin (II típus)
(CK1, CK2, CK3, CK4, CK5, CK6, CK7, CK8 and CK9.)
2. savas keratin (I típus)
(CK10, CK12, CK 13, CK14, CK16, CK17, CK18, CK19,CK20)
webpathology.com/image.asp?n=7&Cas
e=38
desmin
3. vimentin, desmin, GFAP
(glial fibrillary acid protein)
4. neurofilamentum proteinek (NF M, NF H)
5. laminok
www.histopathology-india.net/AMF.htm
IF csoportjai és lokalizációja
Intermediate-filament proteins (IF in the figure) have been classified into five distinct types on the basis of their sequence identity and tissue distribution (see
figure)5. The type-I and -II sequence-homology groups are the keratins of epithelial cells. These form obligate heterodimers that consist of one of each type of
keratin (one acidic and one basic) and are categorized under assembly group-1. Type-III intermediate filaments include vimentin, desmin, glial fibrillary acidic
protein (GFAP), synemin and peripherin. The neurofilament (NF) triplet proteins — NF-L, NF-M and NF-H — -internexin, syncoilin and nestin comprise the
type-IV intermediate filaments. The type-III and type-IV intermediate filaments can form heterodimers with each other and are classified as assembly group-2.
Nuclear lamin A and its splice variant, lamin C, together with lamin B1 and B2 are type-V intermediate filaments. Because lamins do not seem to co-polymerize
with other types of intermediate filament, they have been assigned to assembly group-3. All intermediate-filament proteins have a characteristic tripartite
structure, consisting of a highly -helical central rod domain that is flanked by non- -helical head and tail domains. The rod domain consists of the heptad repeats
that are the signature of -helical proteins. The heptads are interrupted by short linker sequences (L1, L12 and L2), which results in four -helical segments: 1A
and 1B comprise 'coil 1', and 2A and 2B form 'coil 2'. The structure and length of the central rod domain is highly conserved in vertebrate intermediate-filament
proteins, with the exception of the nuclear lamins, which contain six extra heptads in the 1B segment. The longer 1B segment is thought to be responsible for the
inability of lamins to co-polymerize with other intermediate-filament proteins. A four-residue insertion in segment 2B that produces a discontinuity in the heptadrepeat pattern ('stutter') is a feature that is highly conserved in all intermediate-filament proteins. The variability of intermediate-filament proteins lies in the length
and sequence of the head and tail domains (for example, the long nestin tail or the immunoglobulin fold in the lamin tail domain) that are thought to be involved
in regulating the interactions between intermediate filaments and other proteins.
IF szerkezete
Közös motívum: 45 nm-es hosszúságú -helikális un. „rod domain”
+ nem -helikális N terminális fej (head) – és C terminális farok (tail) domén
Intermedier filamentum szerveződése
?
(Lodish, H. et al. Mol. Cell Biol. 2000, 767)
Mikrotubulusok szerepe az intermedier filamentumok kialakulásában
Particles move along microtubules (MT in the figure) bidirectionally in association with the molecular
motors kinesin and dynein/dynactin. b | Particles, which are aggregates of intermediate-filament (IF in
the figure) precursor structures/subunits, give rise to squiggles (short filaments). c | Squiggles, in
turn, fuse with other squiggles, end-to-end, to form longer filaments. d | Squiggles and long
intermediate filaments also move along microtubules in the same way as particles. e | Longer
intermediate filaments are formed, which can remain connected to microtubules by motors such as
dynein/dynactin.
A magváz és a sejtváz kapcsolata
www.mcb.ucdavis.edu/.../starr/publications.htm
A magváz, a sejtváz és az ECM kapcsolata – a sejtek egységes hálózatot alkotnak
Intermedier filamentumok kimutatása tumorokban
Intermedier filamentumok mutációihoz kötődő betegségek
www.surgicalroundsonline.com/.../2007-02_07.asp
IF összetétel jellemző a tumorokra – IF festés a tumorazonosítás lehetősége
biocare.net/clone/ks20-8/
www.utmem.edu/.../Case003.html
Cytokeratin 20 is a unique type I keratin that is expressed
in adenocarcinomas of the colon, stomach, pancreas and
bile system. It is also expressed in mucinous ovarian
tumors, transitional cell carcinomas of the urinary tract,
and Merkel cell carcinomas.
Tumor cells are positive for Vimentin.
Citokeratin mutáció okozta betegség
12 kromoszóma:KRT 5 gén
17 kromoszóma:KRT 14 gén
magas expresszió az epidermis alsóbb rétegeiben
Mutációk: epidermolysis bullosa simplex (több mint 60 ismert mutáció)
Epidermolysis bullosa simplex
A sejtek közötti hálózat megszakad, s sejtek felső rétegei kis mechanikai
stressz hatására vérzés kiséretében leválnak az alsóbb rétegekről
www.biology.iupui.edu/.../EBroberts.html
Epidermolysis Bullosa simplex AD