Transcript Diapositive sui microfilamenti di actina
09/05/2014
Citoscheletro
‐
Microfilamenti
BUSB
PROPRIETA’ DEI MICROTUBULI, FILAMENTI INTERMEDI E FILAMENTI DI ACTINA
Da G.
Karp, BIOLOGIA CELLULARE E MOLECOLARE, 3a ed, CORRETTA 1
09/05/2014
Microfilamenti
I
filamenti di actina
(
microfilamenti
) consistono di subunità della proteina actina collegate in polimeri formati da filamenti doppi attorcigliati come una corda.
‐‐‐‐
LEGAMI NON ‐ COVALENTI
Hanno un diametro di circa 5 ‐ 10 nm, sono dotati di
grande flessibilità
e formano una grande diversità di
reti bi ‐ o tri ‐ dimensionali
.
Anche se i filamenti a base di actina si possono trovare quasi dappertutto nella cellula, essi spesso
si concentrano
nelle zone spigolose della cellula, appena
sotto la membrana plasmatica
.
In questa sede possono irrigidire i contenuti liquidi del citoplasma, formando la
corteccia cellulare
, spesso dando alla membrana plasmatica delle cellule animali la loro forma caratteristica: Estensioni sottili, appuntite:
MICROSPINE
Lamelle:
LAMELLIPODI
Pieghe o infossature della membrana plasmatica, simili a quelle che si formano durante la divisione cellulare (
citochinesi
) 2
http://www.basic.northwestern.edu/g ‐ buehler/glossary.htm
Corteccia
cellulare
09/05/2014
Monomero
di
α‐
actina
(g
‐
actina)
‐
1
La molecola di actina è ripiegata in
due domini
che sono stabilizzati dal
legame con un nucleotide adeninico (ATP o ADP)
che si inserisce fra di essi.
Il polipeptide di 375 residui si incrocia due volte fra i due domini, con i N ‐ e C ‐ terminali localizzati vicino uno all’altro.
I due domini sono ripiegati in modo simile, suggerendo che il gene dell’actina è sorto per duplicazionedi un gene ancestrale.
http://www.med.upenn.edu/dominguez/Gallery.html
3
Monomero
di
α‐
actina
(g
‐
actina)
‐
2
L’actina si lega all’adenosina trifosfato (
ATP
) o all’adenosina difosfato (
ADP
) ed a un catione divalente,
Ca 2+
o
Mg 2+
, con affinità nanomolare.
L’affinità dell’actina per l’ATP è maggiore che per l’ADP, e così, data la maggiore concentrazione di ATP nelle cellule,
l’actina non polimerizzata è satura di ATP
.
Il nucleotide legato viene scambiato molto lentamente con il nucleotide del mezzo
.
Proteine che legano i monomeri di actina possono
inibire
oppure
accelerare lo scambio di nucleotidi
.
Il nucleotide legato stabilizza la molecola ma non è necessario per la polimerizzazione in vitro.
L’ATP ‐ actina e la ADP ‐ actina polimerizzano con velocità diverse.
La
struttura dei filamenti di
actina
09/05/2014 4
L’intrappolamento
dell’ADP
in
un
filamento
di
actina
Una molecola di actina ha una struttura che è simile a quella dell’enzima ubiquitario esochinasi, con domini che sono imperniati attorno al sito di legame con l’ATP.
L’ATP legato viene idrolizzato ad ADP immediatamente dopo che la molecola viene incorporata nel filamento di actina
.
Affinchè l’ADP sia sostituito con ATP, il cardine dovrebbe aprirsi.
Ma nel filamento di actina
i due domini di ogni molecola di actina sono trattenuti da interazioni con le subunità vicine, che quindi mantengono il cardine chiuso e intrappolano l’ADP nel filamento di actina finchè il filamento non depolimerizza
.
Assemblaggio
e
disassemblaggio
dei
microfilamenti
(1)
Prima di potere essere incorporata in un filamento,
una molecola di actina globulare lega una molecola di ATP
.
La molecola di actina è una ATPasi
(come la tubulina è una GTPasi ).
L’ATP associata al monomero di actina viene idrolizzata ad ADP
in un momento successivo alla sua incroporazione nel filamento in crescita.
Perciò
la maggior parte del filamento di actina consiste di subunità di actina ‐ ADP
.
09/05/2014 5
La
F
‐
actina
ha
una
polarità
strutturale
e
funzionale
Tutte le subunità di G ‐ actina che si inseriscono in un filamento sono
orientate nello stesso senso
.
Quindi il filamento avrà una «
polarità
»:
un’estremità del filamento è diversa dall’altra estremità
.
Una delle estremità
favorisce l’aggiunta di subunità di actina
: detta
estremità (+).
Nell’altra è
favorita la dissociazione di subunità
:
estremità ( ‐ )
.
Nell’estremità (+) la fenditura che lega l’ATP della subunità terminale di actina è in contatto con l’unità adiacente.
Nell’estremità ( ‐ ) la tasca è esposta alla soluzione circonstante.
Lodish, 7° ed.
Assemblaggio
e
disassemblaggio
dei
microfilamenti
(2)
La fase iniziale della polimerizzazione avviene lentamente perchè ha bisogno che si formino piccoli aggregati di subunità che fungono da innesco per la polimerizzazione –
fase di nucleazione
.
La
fase
seguente di
allungamento
avviene molto rapidamente.
Una delle estremità del filamento
ha maggiore affinità per le subunità
e le incorpora ad una velocità 5 ‐ 10 volte superiore (
estremità «più»
) rispetto all’altra subunità (
estremità «meno»
).
Mediante «
decorazione
»
con teste della proteina motore miosina
(frammento S1) si vede che
l’estremità sfrangiata
(a barbigli; «più») è l’estremità a crescita più rapida, mentre
l’estremità «appuntita
» è quella a crescita lenta).
09/05/2014 6
La
decorazione
dei
filamenti
di
actina
con
teste
(S1)
di
miosina
permette
di
individuare
l’estremità
appuntita
(
‐
)
e
l’estremità
a
barbigli/sfrangiate
(+)
Un filamento di
actina
“ decorato” con teste di
miosina
.
(
Sinistra
): Fotografia al microscopio elettronico.
(
Destra
) I frammenti di testa di miosina producono il pattern a testa di freccia visibili nella fotografia al microscopio o estremità sfrangiata Mathews et al: Biochemistry, 3rd Ed., Addison ‐ Wesley Publishing Co 09/05/2014 7
09/05/2014
La sequenza teporale della polimerizzazione dell’actina in provetta.
(A)La polimerizzazione inizia quando si aumenta la concentrazione salina in una soluzione di subunità di actina pura.
(B)In questo caso la polimerizzazione inizia nello stesso modo, ma invece di monomeri di actina si aggiungono frammenti preformati che agiscono come nuclei di polimerizzazione per la crescita dei filamenti.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26862/figure/A2965 /
Schema dell’assemblaggio dell’actina in vitro
.
Tutte le subunità aranciona appartengono al filamento preformato originario, mentre le rosse erano presenti in soluzione all’inizio dell’incubazione.
Quando la concentrazione di monomeri ha raggiunto uno stato stazionario le unità vengono aggiunte all’estremità «più» alla stessa velocità con cui vengono rilasciate dall’estremità «meno».
Perciò le subunità «filano» («treadmilling») attraverso il filamento in vitro.
(N.B.
Nella figura a sinistra non sono distinte le subunità che legano ATP da quelle che legano ADP).
8
Estremità ‐ Estremità
+
09/05/2014
“Treadmilling”
Processo mediante il quale
un
monomero
incorporato
in una estremità di filamenti di F ‐ actina per polimerizzazione
si muove lungo il filamento finchè non viene perso dall’altra estremità per depolimerizzazione
.
Esiste un equilibrio fra la polimerizzazione ad un’estremità (dipendente dalla concentrazione di monomeri liberi) e la depolimerizzazione dall’altra estremità.
Questo cambiamento di posizione delle estremità in crescita e in accorciamento dei filamenti di actina permette un certo grado di
flessibilità nella forma e posizione delle reti di filamenti di actina
all’interno di una cellula) .
9
Actina
Proteine
associate (incluso
proteine
motore) PROTEINE
CHE
LEGANO
L’ACTINA
09/05/2014 10
09/05/2014 http://jcs.biologists.org/content/suppl/2012/05/15/125.5.1073.DC1/JCS093799Panel2.jpg
Proteine
che
inducono
la
formazione
di
fasci
di
actina
I filamenti di actina possono formare due tipi di fasci mediante l’azione di proteine diverse: La
fimbrina
ha due domini adiacenti di legame con l’actina (ABD; “actin ‐ binding domains”) e induce la formazione di legami crociati nell’actina producendo
fasci paralleli impacchettati molto strettamente
in cui i filamenti sono distanziati di circa 14 nm.
Vice versa, i due domini separati di legame con l’actina dei dimeri dell’
α‐ actinina
formano legami incrociati nei filamenti di actina tali da produrre
fasci contrattili distanziati in modo più lasso
in cui i filamenti sono separati da circa 40 nm.
Sia la fimbrina che l’
α
‐ actinina contengono due
domini di legame con il Ca 2+ correlati,
e l’
α
‐ actinina contiene quattro domini distanziatori (“spacer”) ad
α
‐ elica.
11
09/05/2014 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3023 / http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3024 / 12
09/05/2014 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3026 / Frammentazione e incappucciamento http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3031 / 26 13
Actina
Formazione
di
fasci
e
gel
09/05/2014 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3022 / 14
09/05/2014
Microfilamenti
Nucleazione
Microfilamenti
_
Nucleazione
La
posizione
dei
filamenti
di
actina
nella
corteccia
e
la
loro
direzione
è
controllata
di
piccoli
“
siti
di
nucleazione
”
sulla
membrana
stessa.
Siti
diversi
e
zone
differenti
della
membrana
organizzano
i
filamenti
di
actina
in
modi
diversi
e
la
corteccia
complessivamente
è
molto
sensibile
a
segnali
esterni
che
arrivano
sulla
superficie
esterna
della
membrana
plasmatica.
15
Nucleazione
dei
microfilamenti
‐
1
Mentre la
nucleazione
dei microtubuli avviene nella profondità del citoplasma, quella dell’actina ha luogo
frequentemente sulla o vicino alla membrana plasmatica
: La maggiore concentrazione di actina nella maggior parte delle cellule si trova alla periferia cellulare:
CORTECCIA CELLULARE
.
Qui i filamenti di actina determinano la forma e i movimenti della superficie cellulare: Microvilli Filopodi Lamellipodi, ecc.
Nucleazione
dei
filamenti
di
actina
‐
2
La nucleazione spontane di nuovi filamenti a partire dai monomeri di actina è intrinsecamente sfavorevole e ulteriormente
inibita
dalla
profilina
, quindi le cellule usano
fattori di nucleazione per specificare dove e quando si formano i nuovi filamenti
: Formine Complesso Arp2/3 Spire 09/05/2014 16
Nucleazione
– 3
(Pollard et al., 2° ed)
Segnali esterni
frequentemente regolano la nucleazione dei filamenti di actina sulla membrana plasmatica, permettendo alla cellula di
cambiare la sua forma e rigidità rapidamente in risposta a cambiamenti dell’ambiente esterno
.
La nucleazione può essere catalizzata da diversi tipi di fattori di regolazione:
Complesso ARP Formine
09/05/2014
Complesso
di
nucleazione
ARP
‐
(Alberts, 5° ed.)
1
Complesso proteico che include due “
Actin ‐ Related Proteins
” (ARPs) ciascuna delle quali ha un’omologia di circa 45% con l’actina.
Il complesso ARP
(o complesso ARP 2/3)
nuclea la crescita dei filamenti a partire dall’estremità ( ‐ ), permettendo un rapido allungamento dell’estremità (+)
.
Il complesso
può
inoltre
collegarsi lateralmente ad un altro filamento di actin
a così costruendo una sorta di ragnatela di filamenti di actina.
17
Complesso
di
nucleazione
ARP
‐
(Alberts, 5° ed.)
2
Negli animali, il
complesso ARP
è associato a
strutture sul fronte di avanzamento delle cellule migratorie
.
E’ localizzato in regioni dove ha luogo una rapida crescita dei filamenti di actina (es.
lamellipodi).
Molecola di segnalamento intracellulare
e componenti della faccia citosolica della membrana plasmatica regolano la sua attività di nucleazione.
L’attivazione regolata del complesso ARP nelle cellule animali tende a portare alla formazione di reti ramificate di actina, formando una
struttura gelificata
.
09/05/2014 18
Formine
Grande famiglia di proteine dimeriche (circa 15 formine distinte nel genoma del topo).
Ogni subunità delle formine ha un sito di legame per il monomero di actina
e il
dimero di formina
sembra
nucleare la polimerizzazione
catturando due monomeri.
Man mano che i filamenti nucleati crescono il dimero di formina rimane
associato all’estremità (+)
in rapida crescita, ma sempre permettendo il legame di nuove subunità a quella estremità per allungare il filamento.
09/05/2014 19
Seminario Modelli di nucleazione dell’actina Firat ‐ Karalar EN, Welch MD.
New mechanisms and functions of actin nucleation.
Curr Opin Cell Biol.
2011 Feb;23(1):4 ‐ 13 .
Seminario
I nucleatori dell’actina
sono
coinvolti:
• Traffico di membrane (internalizzazione della membrana nell’endocitosi, trasporto di vescicole nell’endocitosi, trasporto tra reticolo endoplasmatico e Golgi) con cambiamenti di forma dinamici e rimodellamento delle membrane.
• Protrusione del fronte di avanzamento delle cellule migranti • Divisione cellulare Firat ‐ Karalar EN, Welch MD.
New mechanisms and functions of actin nucleation.
Curr Opin Cell Biol.
2011 Feb;23(1):4 ‐ 13 .
09/05/2014 20
09/05/2014 Seminario Firat ‐ Karalar EN, Welch MD.
New mechanisms and functions of actin nucleation.
Curr Opin Cell Biol.
2011 Feb;23(1):4 ‐ 13 .
Seminario
Protrusione
del
fronte
di
avanzamento
• Nelle cellule migranti, la polimerizzazione dell’actina nelle protrusion piatte della membrane chiamate lamellipodi e nelle protrusion a forma di dita, dette filipodi fornisce la forza di guida per la protrusion del fronte di avanzamento.
• I modelli più noti hanno proposto che i lamellipodi sono composti da reti di filament a forma di Y nucleate dal complesso Arp2/3 mentre i filopodi sono nucleate dale formine.
• Studi recenti stanno mettendo in discussion queste ipotesi in quanto i meccanismi molecolari della nucleazione dell’actina dovrebbero essere complicati e coinvolgere la partecipazione di diversi nucleatori.
Firat ‐ Karalar EN, Welch MD.
New mechanisms and functions of actin nucleation.
Curr Opin Cell Biol.
2011 Feb;23(1):4 ‐ 13 .
21
09/05/2014 Seminario Firat ‐ Karalar EN, Welch MD.
New mechanisms and functions of actin nucleation.
Curr Opin Cell Biol.
2011 Feb;23(1):4 ‐ 13 .
http://jcs.biologists.org/content/suppl/2012/05/15/125.5.1073.DC1/JCS093799Panel4.jpg
Seminario
Divisione
cellulare
• La nucleazione dell’actina gioca anche ruoli cruciali e diversificati nei diversi stadi della divisione cellulare.
• I meglio studiati sono l’assemblaggio dell’
anello contrattile
, essenziale per la
citocinesi
.
• Ricerche recenti hanno evidenziato ruoli inaspettati per l’actina in altri aspetti della divisione cellulare, che includono la separazione dei centrosomi, e il posizionamento asimmetrico del fuso e dei cromosomi negli oociti, nonchè la segregazione di aggregati proteici nei lieviti.
Firat ‐ Karalar EN, Welch MD.
New mechanisms and functions of actin nucleation.
Curr Opin Cell Biol.
2011 Feb;23(1):4 ‐ 13 .
22
Seminario Firat ‐ Karalar EN, Welch MD.
New mechanisms and functions of actin nucleation.
Curr Opin Cell Biol.
2011 Feb;23(1):4 ‐ 13 .
09/05/2014 Microfilamenti
MICROVILLI
23
09/05/2014 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3025 /
Organization of microvilli
The core actin filaments of microvilli are crosslinked into closely packed bundles by fimbrin and villin.
They are attached to the plasma membrane along their length by lateral arms, consisting of myosin I and calmodulin .
The plus ends of the actin filaments are embedded in a cap of unidentified proteins at the tip of the microvillus .
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9908/figure/A1776/ 24
Seminario Stevenson 2012: http://jcs.biologists.org/content/suppl/2012/05/15/125.5.1073.DC1/JCS093799Panel8.jpg
09/05/2014 http://jcs.biologists.org/content/suppl/2012/05/15/125.5.1073.DC1/JCS093799Panel1.jpg
25
Proteine
associate
all’actina
Proteine
motore
09/05/2014 26
09/05/2014
Le
tre
più
comuni
classi
di
miosine
Lodish et al., 7° ed.
27
09/05/2014 http://jcs.biologists.org/content/115/21/3983/F1.large.jpg
28
09/05/2014
Miosine
‐
a
attorno 29
Miosine
‐
b
09/05/2014
Miosine,
c
30
Struttura
della
miosina
II
(1)
La
miosina II
è il motore molecolare che genera la forza nei vari tipi di
tessuti muscolari
ed anche in una varietà di processi non muscolari quali la
citocinesi
.
Tutte le molecole di miosina II contengono una
coda
lunga, a forma di bastoncello, con attaccate ad una estremità
due teste globulari
.
Struttura
della
miosina
II
(2)
Le
teste
sono il
sito di legame con i filamenti di actina, idrolizzano l’ATP
e
subiscono i cambiamenti conformazionali richiesti per la generazione di forza
.
Il
collo
probabilmente agisce come il braccio di una leva che amplifica i cambiamenti conformazionali della testa.
Le
code
fibrose
mediano l’assemblaggio della miosina in filamenti bipolari
.
La maggior parte delle
miosine non convenzionali
ha
una sola testa e domini di coda variabile
ed è impegnata nella
motilità cellulare
e nel
trasporto di organelli
.
09/05/2014 31
09/05/2014
Actina
Contrazione
muscolare
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26853/figure/A4167 / 32
Struttura
generale
del
muscolo
scheletrico
Il
tessuto muscolare scheletrico
è composto da fasci di cellule muscolari multinucleate, o
miofibre
.
Ogni cellula muscolare ha un citoplasma infarcito di fasci di filamenti di actina e di miosina organizzate in
miofibrille
che si estendono per tutta la lunghezza della cellula.
Organizzati sequenzialmente si trovano catene di
sarcomeri
, le
unità funzionali della contrazione
.
L’organizzazione interna dei filamenti dà alle cellule muscolari la tipica morfologia striata.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21670/figure/A5200/?report=objectonly
Ogni
filamento
spesso
contiene centinaia
di
molecole
di
miosina
09/05/2014 Le singole molecole di miosina sono raggruppate mediante legami di idrogeno e interazioni idrofobiche Univ Arapaho 33
09/05/2014
Muscolo scheletrico
E’ composto da una disposizione ordinata di actina e miosina I
filamenti spess
i sono di
miosina II
I
filamenti sottili
sono di
actina
filamentosa Il
sarcomero
è una unità funzionale che si ripete: Bande A e zona H zone (miosina) Bande I e disco Z (actina) 34
Sarcomero
(dal Greco sárx = “carne", méros = "parte") I sarcomeri danno ai muscoli cardiaco e scheletrico la loro apparenza striata tipica.
Un sarcomero è definito come il segmento fra due
linee Z
vicine (
dischi Z
; dal Tedesco "
Z
wischenscheibe",
il disco fra
le bande I
)
.
In microscopia elettronica pappare come una serie di bande scure.
Attorno alla
linea Z
vi è la
banda I
(da
i
sotropica
).
Dopo la
banda I
c’è la
banda A
(da
a
nisotropica
).
Così designata dalla sue proprietà al microscopio polarizzatore.
All’interno della
banda A
vi è una zonas più chiara, la
banda H
Tedesco “
h
eller”,
più chiara
).
(dal Finalmente, all’interno della zona H vi è una sottile
linea M
(dal Tedesco "
M
ittelscheibe", il disco in
mezzo
al sarcomero) formato da elementi che intercollegano gli elementi del citoscheletro.
I filamenti spessi di miosina e di actina sull’altro i filamenti sottili scivolano uno
Contrazione
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21670/figure/A5208/?report=objectonly 09/05/2014 35
09/05/2014 Uni Texas http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26888/figure/A3070/?report=objectonly 36
09/05/2014 I filamenti spessi di miosina II sono trattenuti fra i filamenti sottili dalla
titina
, una proteina gigantesca che funziona come una molla con diversi siti per altre molecole incluso l’actina.
http://www.bms.ed.ac.uk/research/others/smaciver/Myosin%20II.htm
The titin ‐ nebulin filament system stabilizes the alignment of thick and thin filaments in skeletal muscle
(a) A titin filament attaches at one end to the Z disk and spans the distance to the middle of the thick filament.
Thick filaments are thus connected at both ends to Z disks through titin.
Nebulin is associated with a thin filament from its (+) end at the Z disk to its ( − ) end.
The large titin and nebulin filaments remain connected to thick and thin filaments during muscle contraction and generate a passive tension when muscle is stretched.
(b) To visualize the titin filaments in a sarcomere, muscle is treated with the actin ‐ severing protein gelsolin, which removes the thin filaments.
Without a supporting thin filament, nebulin condenses at the Z disk, leaving titin still attached to the Z disk and thick filament.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21670/figure/A5210/?report=objectonly 37
Ruolo del
Calcio
La contrazione muscolare è scatenata da un aumento del Ca 2+ citosolico (proveniente dai depositi intracellulari di Ca 2+ all’interno del reticolo sarcoplasmatico) 09/05/2014 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26888/figure/A3072/?report=objectonly 38
Controllo
della
contrazione
del
muscolo
scheletrico
da
parte
della
troponina
(
A
) Un filamento sottile di una cellula di muscolo scheletrico, mostrando le posizioni della
tropomiosina
e della
troponina
lungo il filamento di actina.
Ogni molecola di tropomiosina ha sette regioni regolarmente distanziate con sequenze simili di aminoacidi; si ritiene che ciascuna di queste si leghi ad una subunità di actina nel filamento.
(B) Un filamento sottile illustrato trasversalmente, che illustra il modo come si pensa che il Ca 2+ (legato alla troponina) rilasci il blocco della troponina dall’interazione fra actina e testa della miosina.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26888/figure/A3013/?report=objectonly 09/05/2014 http://www.proprofs.com/flashcards/upload/a7091936.jpg
39
09/05/2014 40
09/05/2014 http://www.colorado.edu/intphys/Class/IPHY3430 ‐ 200/image/12 ‐ 3f.jpg
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21670/figure/A5212/?report=objectonly 41
Muscolo cardiaco Seminario 09/05/2014 Seminario 42
Seminario Seminario Contrazione del muscolo liscio 09/05/2014 43
09/05/2014
Actina
Citocinesi,
citodieresi
Citocinesi
Dopo il completamento della
mitosi
(divisione nucleare) un
anello contrattile
, che consiste in filamenti di
actina
e
miosina II
divide la cellula in due.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9961/figure/A1802/?report=objectonly 44
http://www.nature.com/nature/journal/v422/n6933/fig_tab/nature01599_F1.html#figure ‐ title Seminario Actina
STEREOCILIA
Seminario 09/05/2014 45
Seminario Stereocilia, cellule capellute dell’orecchio interno 09/05/2014 Seminario Actina
LISTERIA
:
UN
BATTERE
CHE
SFRUTTA
LA
POLIMERIZZAZIONE
DELL’ACTINA
PER
INVADERE
LA
CELLULA
EUCARIOTICA
46
09/05/2014 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26833/figure/A4663 /
Didascalia
della
figura
precedente
Il movimento basato sull’actina della
Listeria monocytogenes
all’interno e fra cellule dell’ospite
(A) Questi batteri inducono l’assemblaggio di code ricche di actina nel citoplasma della cellula dell’ospite, che permettono ad essi di muoversi rapidamente.
I batteri mobile si propagono da cellula a cellula formando protrusioni racchiuse da membrane che vengono incorporate dalla cellule vicine.
(B) Fotografia in microscopia di fluorescenza dei batteri che si muovono in una cellula che è stata marcata per evidenziare sia i batteri che i filament di actina.
Notare la coda tipo cometta dei filamenti di actina
(verde)
dietro ogni batterio in movimento (rosso).
Le regioni di sovrapposizione fra fluorescenza verede e rossa appaiono gialle.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26833/figure/A4663 / 47
09/05/2014 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28296/figure/A4294/ 48
09/05/2014 Mouse Macrophage infected with
Listeria monocytogenes
http://www.google.com/imgres?q=Listeria+mono&hl=en&biw=1366&bih=556&gbv=2&tbm=isch&tbnid=38p h=813&ei=zpqWT 05&ty=81 ‐ ‐ Y92PucHE5M:&imgrefurl=http://www.csbc.vcu.edu/Fawcett&docid=uE2331MeQbAcPM&imgurl=http://www.vcu.edu/csbc/Fawcett/images/Listeria.png&w=805& KcOozN4QTvrelG&zoom=1&iact=rc&dur=601&sig=110960502338450089650&page=4&tbnh=163&tbnw=160&start=47&ndsp=18&ved=1t:429,r:8,s:47,i:198&tx=1 Seminario
La Listeria monocytogenes
esprime proteine della superficie cellulare e secrete che permettono
l’adesione alla cellula ospite
, la
fuga dal vacuole fagocitico
e
locomozione nel citosol della cellula invasa.
Le internaline A (InlA) e InlB mediano il collagmento della L.
monocytogenes alla superficie delle cellule ospite, e la listeriolysin O (LLO) lisa la membrane dei fagosomi.
La proteina “actin ‐ assembly ‐ inducing” (ActA) è espresso in modo polarizzato e catalizza la polimerizzazione dell’actina, che propusiona i batteri attraverso la cellula e verso le cellule vicine.
Per sfuggire al vacuole secondario nella cellula invasa, la L.
monocytogenes esprime la fosfolipasi specifica per la PlcB, una zinco ‐ metalloproteinase secreta e la LLO.
http://www.nature.com/nri/journal/v4/n10/fig_tab/nri1461_F1.html
49
Uni Texas Seminario
Actina
Strisciamento
cellulare (“Cell
crawling”)
Seminario 09/05/2014 50
Filamenti
di
actina
e
movimento
cellulare
09/05/2014 Seminario
Strisciamento
cellulare
http://www.biophysik.uni
‐ bremen.de/radmacher/research/cellmigration.html
Il movimento di striscimento di una cellula lungo una superficie può essere visto come tre stadi di movimenti coordinati: (1) estensione del fronte di avanzamanto, (2) legame del fronte di avanzamento al substrato, e (3) retrazione dell’estremità posteriore verso il corpo cellulare.
(Cooper) 51
http://www.nsf.gov/news/mmg/media/images/actin_macrophage_h.jpg
09/05/2014 52
Seminario 09/05/2014 53
09/05/2014 Actina
ATTIVAZIONE
PIASTRINICA
Seminario Seminario http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/figure/A3032/ 54
09/05/2014
Actina
Giunzioni
aderenti
Adherens junctions of hepatocytes.
Hepatocyte cells plated on collagen and stained the next day to image newly formed cell ‐ cell contacts.
F ‐ actin (green), β‐ catenin (red), cadherin (dark blue), nuclei (cyan).
The overlap of β‐ catenin and cadherin seen as magenta represents adherens junctions that have formed between apposing cells.
These cells were imaged using a Nikon A1Rsi confocal microscope at 100x magnification.
[Image captured by Jeffrey Robens, Mechanobiology Institute, Singapore].
http://static.mechanobio.info/Home/list ‐ of ‐ figures/image ‐ cabinet/cell_junction_staining.jpg
55
09/05/2014
Adherens junctions link actin filaments between cells.
This diagram specifically depicts adherens junctions (red rectangles) connecting actin filaments (red lines) across polarized epithelial cells.
In these cells, this results in the formation of contractile bundles of actin and myosin filaments near the apical surface ‐ this forms a structure called the adhesion belt (arrows).
Other junctions termed desmosomes (large blue rectangles) and hemi ‐ desmosomes (small blue rectangles) link intermediate filaments (blue lines) between cells.
http://www.mechanobio.info/Home/glossary ‐ of ‐ terms/General/adherens ‐ junction
Formazione
strutture
tubulari durante
lo
sviluppo
embrionale
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26857/figure/A3487/?report=objectonly 56
Stereocilia, cellule capellute dell’orecchio interno 09/05/2014 Actina ‐ veleno
FALLOIDINA
57
Falloidina
(alcaloide estratto dal fungo velenoso Amanita phalloides) Si lega nel senso della lunghezza dei microfilamenti ed
inibisce la depolimerizzazione
.
I filamenti di actina si stabilizzano con effetti tossici dramatici per le cellule.
Legata a marcatori fluorescenti viene usata in istochimica per mettere in evidenza i microfilamenti.
09/05/2014 http://www.cytoskeleton.com/actin ‐ staining ‐ techniques 58
Actina/Falloidina
‐
Alexa 488
(ecc blu)
09/05/2014 Microfilamenti
TENSEGRITA’
http://jcs.biologists.org/content/116/7.cover
‐ expansion Seminario 59
TENSEGRITA’
Seminario Donald E.
Ingber.
The architecture of life.
Sci Am.
278: 48 ‐ 57, 1998.
• www.childrenshospital.org/research/ ingber/PDF/1998/SciAmer ‐ Ingber .pdf
•
A universal set of building rules seems to guide the design of organic structures—from simple carbon compounds to complex cells and tissues
La
TENSEGRITA’
‐ un sistema architteturale nelle strutture che
le stabilizza mediante bilanciamento fra forze di compressione e di tensione
– fornisce la forma e irrobustice sia le forme naturali che artificiali.
Il citoscheletro di una cellula viva é un’impalcatura composta da filamenti e microtubuli intercollegati.
La relazione dinamica di questi elementi strutturali ricorda una scultura di Kenneth Snelson, in cui lunghe barre di sostegno sono collegate da cavi.
09/05/2014 Dr.
Ingber's ideas about tensegrity were first inspired by a sculpture by Kenneth Snelson.
Above is Snelson's work "Easy Landing." 60
Sculture
di
tensegrità
di
Kenneth
Snelson
‐
1
Needle Tower Kröller ‐ Müller Museum nel Nationaal Park De Hoge Veluwe.
90 x 18 x 18 feet, 30 x 6 x 6m.
The Netherlands.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Kenneth_Snelson_Needle_Tower.JPG
http://kennethsnelson.net/category/sculptures/outdoor ‐ works/
Sculture
di
tensegrità
di
Kenneth
Snelson
‐
2
09/05/2014 http://kennethsnelson.net/sculpture/outdoor/images/dragon_new.jpg
61
Su una superficie flessibile – aggrotata il nucleo è tondo Su una superficie rigida il nucleo è appiattito http://www.scienceforums.net/topic/37584 ‐ art ‐ is ‐ life ‐ cell ‐ tensegrity ‐ artefact ‐ of ‐ fact/ 09/05/2014 http://web1.tch.harvard.edu/research/ingber/Tensegrity.html
62
09/05/2014 63