Kυτταρική Bιολογία ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΣ ΔIAΛEΞΕΙΣ 11 & 12 (28 & 30/3/2016) Δρ. Xρήστος Παναγιωτίδης, Τμήμα Φαρμακευτικής Α.Π.Θ.

Transcript

1 Kυτταρική Bιολογία ΔIAΛEΞΕΙΣ 11 & 12 (28 & 30/3/2016) ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΣ

2 Τα κύρια σημεία της σημερινής διάλεξης είναι τα παρακάτω: Κυτταροσκελετός και ο ρόλος του Eνδιάμεσα ινίδια και η σημασία τους στη δομή και διαίρεση του κυττάρου Mικροσωληνίσκοι (Δομή, τοπολογία και βιολογικοί ρόλοι. Βιολογική σημασία της δυναμικής αστάθειας των μικροσωληνίσκων. Επίδραση φαρμάκων στη δομή και λειτουργίες τους) Οι μικροσωληνίσκοι ως οδοί μεταφοράς συστατικών του κυττάρου και κυστιδίων. Ρόλοι στην οργάνωση του ΕΔ και της συσκευής Golgi. Κινητήριες πρωτεΐνες των μικροσωληνίσκων και η σημασία τους Aκτίνη (Δομή, τοπολογία & λειτουργίες). Πρωτεΐνες που συνδέονται με ακτίνη (δομές και βιολογικοί ρόλοι). Κινητήριες πρωτεΐνες που συνδέονται στην ακτίνη (μυοσίνη και οι βιολογικοί της ρόλοι)

3 KAI TA KYTTAPA ΘEΛOYN TO ΣKEΛETO TOYΣ

4 Οι λειτουργίες του κυτταροσκελετού Δυναμικό ικρίωμα για το κύτταρο Εσωτερικό δίκτυο Δίκτυο οδών μεταφοράς Συσκευή παροχής ενέργειας και άλλων δυνάμεων που μπορούν να επηρεάσουν το σχήμα του κυττάρου - κυτταρική κίνηση Αγκυροβόλιο Κυτταρική διαίρεση

5 Ο κυτταροσκελετός αποτελείται από δίκτυα διασυνδεδεμένων ινωδών πρωτεϊνών

6 Ο κυτταροσκελετός συμμετέχει στη κίνηση και στις δομικές αλλαγές του κυττάρου

7 Tα ινίδια του κυτταροσκελετού ENΔIAMEΣA INIΔIA INIΔIA AKTINHΣ (ΜΙΚΡΟΙΝΙΔΙΑ) MIKPOΣΩΛHNIΣKOI 25 nm 25 nm 25 nm Οι συνδέσεις μεταξύ των διαφόρων ινιδίων του κυτταροσκελετού λαμβάνουν χώρα με τη βοήθεια μιάς πλειάδας συνδετικών και κινητήριων πρωτεϊνών

8 Kατηγορίες Eνδιάμεσων Iνιδίων ENΔIAMEΣA INIΔIA KYTTAPOΠΛAΣMATIKA ΠYPHNIKA Kερατίνες Bιμεντίνη Nευροϊνίδια Πυρηνικές Λαμίνες Σε επιθήλια Σε συνδετικό ιστό, μυικά κύτταρα & κύτταρα νευρογλοίας Σε Nευρικά Kύτταρα Σε όλα τα εμπύρηνα κύτταρα Απαντώνται μόνο σε ζωικά κύτταρα Ετερογενής ομάδα 6 κύριες οικογένειες - κωδικοποιούνται από περίπου 50 διαφορετικά γονίδια Διασυνδέονται μεταξύ τους με αλυσίδες πλεκτίνης

9 Tα ενδιάμεσα ινίδια σχηματίζουν δίκτυα Eνδιάµεσα Iνίδια Δεσµοσωµάτιο που διασυνδέει δύο κύτταρα

10 Πλεκτίνες και κυτταροσκελετικά δίκτυα Ø Η πλεκτίνη ειναι μιά μεγάλη σε μέγεθος πρωτεΐνη που διασυνδέει μεταξύ τους όλες τις ομάδες των κυτταροσκελετικών πρωτεϊνών. Ø Η ανθρώπινη πλεκτίνη έχει τουλάχιστον 8 ισομορφές προϊόντα διαφορετικής ωρίμανσης mrna προέρχονται από ένα γονίδιο Ø Θέσεις πρόσδεσης ακτίνης υπάρχουν στο Ν-τελικό άκρο της πλεκτίνης ενώ θέσεις σύνδεσης σε ενδιάμεσα ινίδια στο C- τελικό της άκρο. Επίσης, η πλεκτίνη συνδέεται με μικροσωληνίσκους αλλά και με διάφορες κινητήριες πρωτεΐνες. Ø Το ένα άκρο των πλεκτινών δεσμεύεται πάντα σε ένα ενδιάμεσο ινίδιο ενώ το άλλο μπορεί να συνδέεται σε άλλο ενδιάμεσο ινίδιο, μικροσωληνίσκο ή μικροϊνίδιο (ινίδιο ακτίνης). Η πλεκτίνη διασυνδέει τις πρωτεΐνες του κυτταροσκελετού. Πλεκτίνη = πράσινο ή κίτρινο Ενδιάμεσα ινίδια = μπλέ Μικροσωληνίσκοι= κόκκινο Δεν δείχνεται η ακτίνη Η πλεκτίνη διασυνδέει τις πρωτεΐνες του κυτταροσκελετού με πρωτεΐνες της κυτταρικής μεμβράνης στα ημιδεσμοσωμάτια Επιθήλιο Βασικός υμένας Ημιδεσμοσωμάτιο Πλεκτίνη κυτταρόπλασμα Κερατίνες

11 Σχηματισμός των ενδιάμεσων ινιδίων

12 Tα ενδιάμεσα ινίδια ενισχύουν τις συνδέσεις μεταξύ ζωικών κυττάρων Tέντωμα Στιβάδας Kυττάρων με Eνδιάμεσα Iνίδια Tέντωμα Στιβάδας Kυττάρων Xωρίς Eνδιάμεσα Iνίδια TA KYTTAPA ΠAPAMENOYN AΘIKTA & ENΩMENA TA KYTTAPA ΣΠANOYN

13 Tα ενδιάμεσα ινίδια της πυρηνικής μεμβράνης αποτελούνται απο λαμίνες Kυτταρόπλασμα Πυρηνικός φάκελλος Πυρηνικός πόρος Πυρηνικές Λαμίνες Πυρήνας Xρωματίνη

14 H φωσφορυλίωση των λαμινών πυροδοτεί την αποσυναρμολόγηση του πυρηνικού υμένα Σύντηξη των κυστιδίων του πυρηνικού φακέλου Πυρηνικός πόρος λαμίνες εσωτερική πυρηνική μεμβράνη εξωτερική πυρηνική μεμβράνη Πυρηνικός φάκελλος Φωσφορυλίωση των λαμινών ΜΕΣΟΦΑΣΙΚΟΣ ΠΥΡΗΝΑΣ χρωματίδη χρωμόσωμα κυστίδιο πυρηνικού φακέλου ΤΕΛΟΦΑΣΗ Αποφωσφορυλίωση των λαμινών φωσφορυλιωμένες λαμίνες ΠΡΟΦΑΣΗ

15 Δομή των μικροσωληνίσκων Mόρια Tουμπουλίνης Aυλός Πρωτοϊνίδιο + άκρο - άκρο Mικροσωληνίσκος

16 Η τοπολογία των μικροσωληνίσκων KPOΣΣΩTO KYTTAPO MEΣOΦAΣIKO KYTTAPO ΔIAIPOYMENO KYTTAPO Kροσσός Kεντρόσωµα Πόλοι της Mιτωτικής Aτράκτου Kροσσός

17 Πολυμερισμός & αποπολυμερισμός των μικροσωληνίσκων Mεγάλη συγκέντρωση τουμπουλίνης προσδεδεμένης με GTP υδρόλυση Xαμηλή συγκέντρωση τουμπουλίνης προσδεδεμένης με GTP υδρόλυση

18 Η δυναμική αστάθεια των μικροσωληνίσκων

19 Ανάλυση του βιολογικού ρόλου των μικροσωληνίσκων με χρήση φαρμακολογικών παραγόντων Ø Ø Ø Οι προσπάθειες εύρεσης αντικαρκινικών ουσιών οδήγησαν στη ταυτοποίηση μιάς σειράς από φυσικών ή συνθετικών προϊόντων που επηρεάζουν τη δομή ή/και τις λειτουργίες των μικροσωληνίσκων Πολλά φάρμακα προκαλούν αποπολυμερισμό των μικροσωληνίσκων Ø Παραδείγματα με θεραπευτική σημασία: Ø Βινβλαστίνη/βινκριστίνη - φυτικής προέλευσης-θεραπεία διαφόρων μορφών λευκαιμίας και λεμφώματος Ø Ποδοφυλλοτοξίνη-φυτικής προέλευσης- θεραπεία κονδυλωμάτων Ø Γκριζεοφουλβίνη από ασκομύκητες- αντιμυκητισιακό Άλλα φάρμακα προκαλούν σταθεροποίηση των μικροσωληνίσκων Ø Ταξόλη -φυτικής προέλευσης (από το φλοιό του κωνοφόρου δένδρου Taxus brevifoliaαντικαρκινικό

20 Η ταξόλη αναστέλλει τη κυτταρική διαίρεση σταθεροποιώντας τους μικροσωληνίσκους φυσιολογικό + ταξόλη

21 Tα κεντροσωμάτια αποτελούν κέντρα πολυμερισμού τουμπουλίνης MEΣOΦAΣIKO KYTTAPO Θέσεις πυρήνωσης (δακτύλιοι γ τουμπουλίνης) MITΩTIKO KYTTAPO Kεντροσωμάτιο Zεύγος κεντριδίων Mικροσωληνίσκοι αναπτυσσόμενοι απο τις θέσεις εμπυρήνωσης του κεντροσωματίου Xρωμοσώματα Kεντροσωμάτιο

22 Ο ρόλος των μικροσωληνίσκων στη μίτωση

23 Η επιλεκτική σταθεροποίηση μικροσωληνίσκων πολώνει το κύτταρο Πυρήνας Kεντροσωμάτιο Mικροσωληνίσκος Kαλυπτήρια Πρωτεΐνη Aσταθείς Mικροσωληνίσκοι Σταθεροί Mικροσωληνίσκοι

24 Ο ρόλος των μικροσωληνίσκων στη δομή & λειτουργία της συσκευής Golgi & στη κυστιδιακή μεταφορά

25 Οι μικροσωληνίσκοι δημιουργούν ικρίωμα για την οργάνωση του ΕΔ και της συσκευής Golgi ΕΔ Μικροσωληνίσκοι Golgi κεντροσωμάτιο Πράσινο= µικροσωληνίσκοι Κόκκινο = ΕΔ Κίτρινο = επικάλυψη Πράσινο= µικροσωληνίσκοι Κόκκινο = Golgi Κίτρινο = επικάλυψη

26 Ο αποπολυμερισμός των μικροσωληνίσκων προκαλεί κατακερματισμό του ΕΔ και της συσκευής Golgi Κόκκινο=Μικροσωληνίσκοι Πράσινο= Golgi φυσιολογικό νοκοδαζόλη Νοκοδαζόλη νοκοδαζόλη Η νοκοδαζόλη είναι αντινεοπλασματικός παράγοντας που αναστέλλει τον πολυμερισμό των μικροσωληνίσκων

27 Οι μικροσωληνίσκοι ως οδοί αξονικής μεταφοράς Κυτταρικό σώμα Νευράξονας Νευρική απόληξη (Σύναψη) Μεταφορά προς περιφέρεια Πυρήνας * - - * * Ανάστροφη Μεταφορά * * Μικροσωληνίσκοι + +

28 Kινητήριες πρωτεΐνες χρησιμοποιούν τους μικροσωληνίσκους ως οδούς για την μεταφορά με κυστίδια Κυστίδιο που μεταφέρεται από κινησίνη Κυστίδιο που μεταφέρεται από δυνεΐνη πυρήνας Kεντροσωμάτιο

29 Kινητήριες πρωτεΐνες των μικροσωληνίσκων δυνεΐνη κινησίνη δυνεΐνη ελαφρές αλυσίδες βαριιές αλυσίδες κινησίνη Σύνδεση ATP - άκρο + άκρο Yδρόλυση ATP φορτίο ουρά Κινητήρια κεφαλή - ΑΚΡΟ κινησίνες + ΑΚΡΟ Aπελευθέρωση µικροσωληνίσκος κεφαλή ουρά φορτίο δυνεΐνες

30 Οι Kινησίνες Μεταφορικό κυστίδιο κινησίνη 2 ελαφριές αλυσίδες δεσµεύουν το «φορτίο» 2 βαριές αλυσίδες - ΑΚΡΟ N-τελικά κινητήρια άκρα + ΑΚΡΟ Η κινησίνη χρησιμοποιεί ενέργεια που προέρχεται από υδρόλυση ATP για να «περπατήσει» προς το + άκρο των μικροσωληνίσκων

31 Δυνεΐνες: Πρωτεϊνικές μηχανές που μεταφέρουν κυστίδια προς το (-) άκρο Μεταφορικό κυστίδιο - ΑΚΡΟ Σύμπλοκο δυνακτίνης δυνεΐνη 2 βαριές αλυσίδες Πολλαπλές ελαφρές & ενδιάμεσες αλυσίδες + ΑΚΡΟ Ø Η δυνεΐνη χρησιμοποιεί την υδρόλυση ATP για να «περπατήσει» προς το άκρο Ø Η δυνεΐνη, μαζί με τη δυνακτίνη και άλλες πρωτεΐνες, συνδέουν τα μεταφορικά κυστίδια στους μικροσωληνίσκους

32 Η κίνηση της δυνεΐνης προκαλεί κάμψη των μικροσωληνίσκων Η δυνεΐνη προκαλεί ολίσθηση των µικροσωληνίσκων Στα µαστίγια η δυνεΐνη προκαλεί κάµψη των µικροσωληνίσκων

33 Η κάμψη των μικροσωληνίσκων οδηγεί σε κινήσεις των μαστιγίων ή/και των βλεφαρίδων των κυττάρων δυνεΐνη Θετικό (+) άκρο κάµψη των µικροσωληνίσκων Αρνητικό (-) άκρο Σύνδεσµος νεξίνης

34 Δομή των νηματίων της ακτίνης µόριο ακτίνης - άκρο - άκρο + άκρο + άκρο

35 H υδρόλυση του ATP κατά τον πολυμερισμό της ακτίνης ακτίνη µε δεσµευµένο ADP ακτίνη µε δεσµευµένο ATP

36 Ο πολυμερισμός των μονομερών της ακτίνης είναι απαραίτητος για των σχηματισμό των νηματίων της

37 Πρωτεΐνη συνδεόµενη πλευρικά H ακτίνη προσδένεται με πολλές κατηγορίες πρωτεϊνών Πρωτεΐνη εµπυρήνωσης Μονοµερή ακτίνης Πρωτεΐνες που συνδέονται σε µονοµερή ακτίνης (θυµοσίνη, προνηµατίνη) αποκόπτουσα πρωτεΐνη Νηµάτια ακτίνης Πρωτεΐνη δεσµίδας στα ελασµαπόδια Πρωτεΐνη διασύνδεσης µε κυτταρικό φλοιό κινητήρια πρωτεΐνη Πρωτεΐνη καλλύµατος των άκρων

38 Τα νημάτια της ακτίνης σχηματίζουν δέσμες Mικρολάχνες Συσταλτικές δέσµες στο κυτταρόπλασµα Ελασµαπόδια και νηµατοπόδια Συσταλτικός δακτύλιος

39 H ακτίνη αποτελεί απαραίτητο συστατικό του κυτταρικού φλοιού Γλυκοφορίνη Ζώνη 3 Ακτίνη Ανκυρίνη Πρωτεΐνη 4.1 Σπεκτρίνη

40 Ο ρόλος του κυτταρικού φλοιού στη κίνηση των κυττάρων Φλοιός ακτίνης Ελασµαπόδιο υπόστρωµα Φλοιός ακτίνης υπό πίεση Ο πολυµερισµός της ακτίνης προεκτείνει το ελασµαπόδιο Μετακίνηση της µη πολυµερισµένης ακτίνης απόσυρση Σηµεία αγκυροβόλησης

41 Τα νημάτια ακτίνης αποτελούν σημεία πρόσδεσης άλλων πρωτεϊνών

42 Ο αποπολυμερισμός των νηματίων ακτίνης επιταχύνεται με πρωτεολυτική πέψη

43 Mυοσίνες Μυοσίνη-Ι Μυοσίνη-ΙΙ Ινίδιο Μυοσίνης-ΙΙ

44 Tο «βάδισμα» της μυοσίνης Άς θυμηθούμε τι είχαμε πει γιά τις κινητήριες πρωτεΐνες - άκρο ΣΥΝΔΕΣΗ Ινίδιο ακτίνης κεφαλή μυοσίνης + άκρο H οργανωμένη μετάβαση ανάμεσα σε τρεις διαμορφώσεις τροφοδοτείται απο την υδρόλυση ενός συνδεδεμένου μορίου ATP (ή GTP). H αντίδραση είναι μονοσήμαντη, δηλαδή προς μία και μόνο κατεύθυνση, λόγω του ότι μία μόνο από τις μεταβάσεις είναι συζευγμένη με την υδρόλυση του ATP. H πρωτεΐνη μπορεί να κινείται συνεχώς προς μία κατεύθυνση με επαναλήψεις των κύκλων σύνδεσης, υδρόλυσης και απελευθέρωσης. ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ «ΟΠΛΙΣΜΟΣ» ΠΡΟΩΘΗΣΗ Παχύ ινίδιο μυοσίνης Υδρολυση ATP ΣΥΝΔΕΣΗ

45 Λειτουργίες της μυοσίνης Μυοσίνη-Ι κυστίδιο Μυοσίνη-ΙΙ Μυοσίνη-Ι κυτταρική μεμβράνη

46 Tο μοντέλο του ολισθαίνοντος νηματίου της μυικής συστολής σαρκομερίδιο Παχύ Ινίδιο (μυοσίνη-ιι) Λεπτό Ινίδιο (ακτίνη) Ζ-δίσκος ΧΑΛΑΡΩΣΗ ΣΥΣΤΟΛΗ Ζ-δίσκος

47 Σας Ευχαριστώ για την Προσοχή σας