Starpfilamenti 9. tēma

1. Starpfilamenti 9. tēma

2. Starpfilamenti http://www.cytochemistry.net/Cell-biology/filam.htm

3. Starpfilamenti ir atrodami visos eikariotisko šūnu tipos. Tie ir ļoti daudzveidīgi pēc garuma un ķīmiskā sastāva. • Pašreizējais nosaukums radies tāpēc, ka to diametrs ir mazāks kā mikrocaurulītēm, bet lielāks kā mikrofilamentiem, un tas ir apmēram 10 nm. • No mikrofilamentiem un mikrocaurulītēm tie atšķiras arī ar to, ka šo elementu polimerizācijai nav nepieciešama GTF vai ATF hidrolīze.

4. Starpfilamenti, atšķirībā no mikrofilamentiem un mikrocaurulītēm, ir stabilāki. Tieši tie šūnās pilda skeleta funkciju, saista savā starpā dažādus citoskeleta elementus, plazmatisko membrānu un lielāko daļu no šūnu organoīdiem. • Starpfilamentus, veido fibrillāras molekulas. Izmantojot lāzera konfokālo mikroskopiju, ir aprakstīti daudzi starpfilamentu veidi. • Augu šūnās mikroskopijas metodes arī palīdz konstatēt pavedienus, kuru diametrs atbilstu starpfilamentiem. Tomēr bioķīmiskās metodes par starpfilamentiem ļauj uzskatīt tikai piecu radniecīgu grupu filamentus.

5. Starpfilamentu veidi Mugurkaulnieku šūnās var izšķirt piecas starpfilamentu grupas: 1) laminas; 2) vimentīns un tam līdzīgās olbaltumvielas; 3) bāziskie keratīni; 4) skābie keratīni; 5) neirofilamenti.

7. Starpfilamentu uzbūve Visām pētītajām starpfilamentu grupām ir kopīgas molekulas uzbūves īpatnības: • Olbaltumvielas molekula sastāv noaminoterminālās galvas daļas, • centrālās daļas un • karboksilterminālās astes daļas. Centrālo daļu veido četras -ķēdes, abi molekulas gali dažādiem starpfilamentiem ir ļoti atšķirīgi pēc savas struktūras, lieluma un aminoskābju sastāva.

8. Molekulas uzbūve

9. Centrālo daļu veido četras -ķēdes,abi molekulas gali dažādiem starpfilamentiem ir ļoti atšķirīgi pēc savas struktūras, lieluma un aminoskābju sastāva.

10. Molekulas gali veido globulāras struktūras. Molekulas centrālo daļu veido gari, dažādu aminoskābju tandēmu atkārtojumi, kuri ir spirālveidīgi savīti. • Visām starpfilamentu grupām centrālajā daļā ir apmēram 300 aminoskābes garš, līdzīgs domēns, kas saista starpfilamentu molekulas. • Tomēr eksperimenti, kuros izmantoja starpfilamentu molekulas ar atdalītu aminoterminālo un karboksilterminālo molekulas daļu, parādīja, ka šādas molekulas parasti nevar apvienoties. • Vienīgais izņēmums ir keratīni.

11. Spirālveidā sagrieztās molekulas daļas palīdz apvienoties starpfilamentu molekulām, veidojot dimērus. Dimēra vienā galā atrodas abu molekulu karboksilterminālās daļas, bet otrā - aminoterminālās daļas. • Dimēri var apvienoties tetramēros, kuriem ir pretēji vērsta polaritāte. Tetramēru garums ir apmēram 70 nm. • Starpfilamentu pagarināšanās notiek, tetramēriem apvienojoties. • Starpfilamentu spirālveida centrālās daļas reģioni nosaka to laterālo apvienošanos.

13. Kodolos starpfilamenti ir apvienoti plākšņu veidā, bet citoplazmā atrodas cauruļveida un tīklveida starpfilamenti. • Atšķirībā no mikrofilamentiem un mikrocaurulītēm, citoplazmā starpfilamentu molekulu monomēri praktiski nav sastopami. • Lielākā daļa no tiem veido filamentus, bet pārējie atrodas tetramēru formā. • Starpfilamenti šūnā neveido pilnībā stacionāras un nekustīgas struktūras. Izmantojot tetramērus, kuri ir iezīmēti ar fluorescentu krāsvielu, konstatēja, ka tetramēri dažu stundu laikā var iekļauties iepriekš eksistējošos starpfilamentos.

14. Līdzīgi kā mikrofilamenti un mikrocaurulītes, starpfilamenti mitozes laikā depolimerizējas. Depolimerizācija notiek tādēļ, ka specifiskas kināzes fosforilē starpfilamentu molekulas un tādējādi izmaina to telpisko struktūru. Fosforilētās molekulas atdalās viena no otras. Pēc mitozes starpfilamentu molekulas tiek defosforilētas, kas ļauj tām apvienoties.

15. Ar starpfilamentiem saistītās olbaltumvielas Šīs olbaltumvielas savieno starpfilamentus un palielina to stabilitāti. Citas pievieno starpfilamentus citiem šūnas elementiem. • Plektīns - savieno ar mikrocaurulītēm. • Laminu receptors B - laminas B pievieno kodola iekšējai membrānai. • Ankirīns - savieno starpfilamentus ar mikrofilamentiem pie plazmatiskās membrānas. • Desmoplakīns - pievieno starpfilamentus pie desmosomas.

16. Keratīna starpfilamenti • Epitēlija šūnās keratīna starpfilamenti pievienojas pie desmosomām un tādējādi savieno blakus novietotās šūnas.

17. Keratīna starpfilamentu novietojums • Keratīna starpfilamenti ir sastopami visos dzīvnieku šūnu tipos. • Visvairāk keratīna starpfilamenti ir sastopami epitēlija šūnās. • Daudzos gadījumos keratīns modificējoties veido matus, nagus vai ragus. • To molekulmasa ir 40 - 70 kD. Keratīns satur daudz sēra. • Šūnās ir sastopama liela keratīna filamentu daudzveidība.

18. Pēc ķīmiskās uzbūves izdala divas keratīna filamentu grupas: • Skābie; • neitrāli/bāziskie. Abu šo grupu filamenti veido heterodimērus. Keratīna starpfilamentu uzbūve dažādās šūnās ir atšķirīga. Ļoti bieži šūnās ir novērojami keratīna starpfilamenti, kuru pamatsastāvdaļa ir savīti dimēri. Šādi dimēri apvienojas protofibrilās un kūlīšos.

19. Keratīna starpfilamentu kūlīši apvienojas, veidojot pavedienu tīklu,kas ietver kodolu un ir saistīts ar plazmatisko membrānu. • Pie plazmatiskās membrānas tos piesaista hemidesmosomas vai desmosomas.

20. Keratīna starpfilamenti pie desmosomām http://hykim.chungbuk.ac.kr/lectures/cell-biol/7/Fig7-18.jpg

21. Keratīns sarkans, kadherīns - zaļš. http://www.curie.fr/sr/cdrom/equipes/thie7e.htm

22. Keratīna filamentu novietojuma izmaiņas ontoģenēzē Keratīna starpfilamentu sadalījums un veidotās struktūras ir mainīgas šūnu attīstības laikā. Apskatīsim tā izmaiņas vardes, Xenopus sp., oocītos.

23. Oogonijās pirms un pēc mitozes nav novērojami citokeratīni (zaļi krāsoti). • Citokeratīni (CK) ir redzami blakus novietotajās folikulārajās šūnās. http://froglab.biology.utah.edu/Cytoskeleton/Keratins/body_keratins.html

24. Citokeratīni parādās I stadijā. Tie ietver kodolu un kodola tuvumā novietotos mitohondrijus. • Vēlāk tie saista ietvertās organellas ar šūnas perifēriju un plazmatisko membrānu. http://froglab.biology.utah.edu/Cytoskeleton/Keratins/body_keratins.html

25. No II - III stadijai citokeratīni izveido citoplazmā augsti organizētu tīklojumu. Palielinās radiālo pavedienu skaits. • No IV -V stadijai veidojas starpfilamentu sadalījuma polaritāte, bet šūnas perifērijā parādas pigmenti. • Oocītu nobriešanas gaitā starpfilamenti sadalās oligomēros un to organizācija tiek pārveidota. http://froglab.biology.utah.edu/Cytoskeleton/Keratins/body_keratins.html

26. Kodola laminas • Laminu molekulmasa ir 65 - 75 kD. Laminu molekulām ir garāka centrālā daļa kā citiem starpfilamentiem. Kodola laminas ir savienotas savā starpā, līdzīgi kā tas tika apskatīts iepriekš. • Kodola laminas plākšņveidā izklāj kodola iekšējo membrānu. Pārtraukumi rodas tikai poru vietās.

27. Kodola laminu veidi • Kodolos izdala trīs laminu veidus - A, B, C, kas savā starpā atšķiras pēc molekulas centrālās daļas uzbūves un sava novietojuma. Tās piesaistās pie kodola iekšējās membrānas olbaltumvielām un hromatīna. • Piestiprināšanos pie iekšējās membrānas nodrošina B laminas.

28. http://www.cmb.uab.edu/courses/Lectures/johnsonl2p3.pdf B. Alberts et. al Molecular Biology of the Cell

29. Laminu B pievienošanās kodola iekšējai membrānai • Laminu B monomēriem karboksilterminālajā daļā pie cisteīna SH grupas pievienojas izoprenilfosfāts. • Pēc tam no molekulas karboksilterminālās daļas atdalās trīs aminoskābes, un šādi monomēri apvienojas dimēros.

30. Laminu B hidrofobā izoprenilgrupa savukārt izveido saites ar kodola iekšējās membrānas lipīdu dubultslāni. Tā kā laminu B molekulas ir saistītas ar membrānu lipīdiem, tās mitozes laikā paliek savienotas ar izirušās kodola membrānas vezikulām. Laminu B dimēru karboksilterminālā daļa var pievienoties arī pie membrānā novietotā laminu B receptora.

31. Kodola laminas mitozē

33. Vimentīns, desmīns un periferīns • Desmīns ir sastopams muskuļu šūnās. Tas palīdz apvienot miofibrillas kūlīšos. Visraksturīgākais tas ir šķērssvītrotajos muskuļos. Tas savieno miofibrillu Z-diska reģionus vai piesaista tos plazmatiskajai membrānai. Attēlā redzams imūnhistoķīmiski Iekrāsotsdesmīns cilvēka tievajās zarnās.

34. Desmīns Ar koloīdo zeltu iezīmēts desmīns sirds muskuļu šūnās. http://www.aurion.nl/se-pre.html http://trc.ucdavis.edu/mjguinan/apc100/ modules/Circulatory/heart/cardiac2/cardiac1.html

35. Vimentīns • Vimentīns ir sastopams gandrīz visās dzīvnieku šūnu grupās. Par tā atrašanos augu šūnās ir pretrunīgas ziņas. Vimentīna daudzums ontoģenēzes laikā var mainīties. • Neironos vimentīnam ir piesaistīts periferīns, muskuļu šūnās desmīns, kur desmīns nodrošina miofibrillu savienošanu.

37. Vimentīns var saistīties arī ar ankirīnu un plektīnu. • Ankirīns ļauj vimentīna filamentus piestiprināt plazmatiskajai membrānai. • Plektīns ļauj to pievienot laminām B, spektrīnam vai MAP olbaltumvielām. • Tādējādi vimentīns noenkuro kodolu un savieno šūnas citoskeleta sistēmu.

38. http://medlab1.unm.edu/biomedcom/Photography/vimentin-large-jpg.htmhttp://medlab1.unm.edu/biomedcom/Photography/vimentin-large-jpg.htm

39. Vimentīnu var novērot kodolos interfāzes laikā, kur tas nosaka hromatīna telpisko organizāciju un piedalās transkribētās RNS transportā. Vienības garums:500nm J. M. Bridger, H. Herrmann, C. Münkel, P. Lichter (1998) Identification of an interchromosomal compartment by polymerization of nuclear-targeted vimentin. Journal of Cell Science 111, 1241-1253.

40. Periferīns • Periferīns ir konstatēts mugurkaulnieku perifērās nervu sistēmas šūnās, fotoreceptoros u.c. šūnu tipos. Taču tā funkcijas ir nepilnīgi noskaidrotas. http://rgp.ufl.edu/pdf/otl/marketing/1743.pdf Periferīns peles acī http://www.vectorlabs.com/infopage.asp?dpID=33&locID=1238

42. Periferīna novietojums http://www.biochem.ubc.ca/Faculty/ Molday.html

43. Periferīns

44. Neirofilamenti • Neirofilamenti visbiežāk ir sastopami nervu šūnu aksonos. Tomēr mazāk izpētītais nestīns ir novērojams arī mugurkaulnieku ontoģenēzes sākumā nervu un muskuļu šūnās. • Mikrocaurulītes nodrošina aksonu augšanu garumā, bet neirofilamenti nodrošina aksonu diametra palielināšanu. Tāpēc no neirofilamentu daudzuma aksonā ir atkarīgs impulsa izplatīšanās ātrums. • Neirofilamenti šūnās bieži apvienojas ar vimentīna filamentiem.

45. Neirofilamenti parasti ir veidoti kā heteropolimēri. • Neirofilamentus veido triju veidu polipeptīdi, kas atšķiras pēc garuma un molekulmasas: • NF-L, • NF-M • NF-H. http://www.biozentrum.unibas.ch/~izmb/atlas/htm/p36.htm

46. Šūnu kultūra ar žurkas hipotalāma neironu šūnām. Neirofilamenti (NF-L) zaļi. http://www.mbi.ufl.edu/Dept/Faculty/Shaw.html

47. Peles redzes nerva aksoni. Neirofilamentu bojājumi. http://www.seas.upenn.edu/be/labs/meaney_lab/InVivo.htm

48. Aksonos un dendrītos neirofilamenti var būt pievienoti mikrocaurulītēm un transportējamajām organelām. Neirofilamenti starp mikrocaurulītēm. B. Alberts et. al Molecular Biology of the Cell

49. Ar bultiņu norādīt neirofilamenti aksonā. Trusis, smadzeņu garoza. Vienības garums: 400 nm http://synapses.bu.edu/atlas/1_1_8_4.stm

50. Neirofilamenti pie vezikulām. B. Alberts et. al Molecular Biology of the Cell.