Στοιχεία και λειτουργίες του κυτταροσκελετού

Στοιχεία και λειτουργίες του κυτταροσκελετού

ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΙΝΙΔΙΩΝ ΑΚΤΙΝΗΣ Ακτίνη: Η μονάδα πολυμερισμού

Δομή μονομερούς G- (globular) ακτίνης

ATP και ADP μονομερή G-ακτίνης

Πολυμερισμός της G-(globular) ακτίνης σε ελικοειδή ινίδια F(filamentous) ακτίνης

Αντιστρεπτός πολυμερισμός των μονομερών ακτίνης. Ο πολυμερισμός της ακτίνης είναι μια αντιστρεπτή διαδικασία κατά την οποία μονομερή συνδέονται και αποσυνδέονται από τα άκρα των ινιδίων ακτίνης. Ο ρυθμός αποσύνδεσης των υπομονάδων (koff) είναι ανεξάρτητος από τη συγκέντρωση των μονομερών, ο ρυθμός προσθήκης των υπομονάδων είναι ευθέως ανάλογος με τη συγκέντρωση των ελεύθερων μονομερών και ισούται με C kon (C = συγκέντρωση των ελεύθερων μονομερών). Το σύστημα φτάνει σε ισορροπία όταν η συγκέντρωση των μονομερών πάρει μια κρίσιμη τιμή (Cc), για την οποία Cc), για την οποία ), για την οποία koff = Cc), για την οποία kon. 6

Οι κριτικες τιμές του - και του + ακρου ειναι διαφορετικες Cc+ (0.1μΜ) < CμΜ) < C) < CC- (0.6μΜ) < C) -

Κατάσταση σταθεροποίησης (steady state)steady state) Cc+ (0.1μΜ)μΜ)) < C G-ακτινης < CC- (0.6μΜ))

Τρια στάδια συναρμολόγησης των ινιδίων ακτίνης in vitro από G-ακτινη

Η κίνηση με ανασχηματισμό (treadmilling) και ο ρόλος του ATP στον πολυμερισμό των μικροϊνιδίων Συμβαίνει όταν Cc+< C G-ακτινης <Cc-

Πυρήνωση - Επιμήκυνση - Σταθεροποίηση ινιδίου ακτίνης QuickTime and a Animation decompressor are needed to see this picture.

Φαρμακολογικοί παράγοντες που επηρεάζουν τον πολυμερισμό ινιδίων ακτίνης C. LATRUNCULIN

Είδη πρωτεινών που συνδέονται με την ακτίνη Σύνδεση με μονομερή ακτίνης Ρυθμιστικές πολυμερισμού/αποπολυμερισμού Πρωτείνες-πυρήνες πολυμερισμού Σύνδεση με ινίδια ακτίνης Caping (κάλυψη άκρων ινιδίων) Διασύνδεση ινιδίων Κατακερματισμός ινιδίων Διασύνδεση με άλλες πρωτείνες και κυτταρικές δομές

Ρύθμιση της οργάνωσης των ινιδίων ακτίνης από πρωτεΐνες δέσμευσης ακτίνης

Έναρξη σχηματισμού των ινιδίων ακτίνης από τη φορμίνη

Έναρξη σχηματισμού των διακλαδώσεων των ινιδίων ακτίνη ς Arp2/3

Η επίδραση της ADF/ κοφιλίνης και της Προφιλίνης στα ινίδια ακτίνης.

ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΩΝ ΙΝΙΔΙΩΝ ΑΚΤΙΝΗΣ

Η αρχιτεκτονική των ινιδίων της ακτίνης στο κύτταρο παρουσιάζει διαφορές

Δεμάτια και δικτυα ακτίνης

Πρωτεΐνες διασύνδεσης δεματίου ακτίνης. Τα ινίδια ακτίνης μπορούν να σχηματίσουν δύο τύπους δεματίων, που χρησιμοποιούν διαφορετικές πρωτεΐνες δέσμευσης ακτίνης

Δίκτυα ακτίνης και φιλαμίνης. Η φιλαμίνη είναι ένα διμερές που αποτελείται από δύο μεγάλες υπομονάδες (των 280 kda) και σχηματίζει ένα ευέλικτο μόριο σχήματος V που διασυνδέει τα ινίδια ακτίνης σε ορθογώνια δίκτυα. Το μεσοδιάστημα μεταξύ της καρβοξυτελικής επικράτειας διμερισμού και της αμινοτελικής επικράτειας δέσμευσης ακτίνης περιέχει επαναλαμβανόμενες επικράτειες β-φύλλου.

Πηκτολυματίνη (steady state)gelsolin)

ΣΥΝΔΕΣΗ ΙΝΙΔΙΩΝ ΑΚΤΙΝΗΣ ΜΕ ΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

Μορφολογία των ερυθροκυττάρων Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης που δείχνει το αμφίκοιλο σχήμα των ερυθροκυττάρων. (Omikron/Photo Researchers, Inc.)

Δομή της σπεκτρίνης. Η σπεκτρίνη είναι ένα τετραμερές που αποτελείται από δύο αλυσίδες α και δύο αλυσίδες β. Κάθε αλυσίδα β έχει μια επικράτεια δέσμευσης ακτίνης (ABD) στο αμινοτελικό της άκρο. Οι αλυσίδες α και β περιέχουν πολλαπλές επαναλήψεις επικρατειών α-έλικας στα μεσοδιαστήματα μεταξύ των δύο επικρατειών δέσμευσης ακτίνης του τετραμερούς. Η αλυσίδα α δεν έχει επικράτεια δέσμευσης ακτίνης, αλλά περιέχει δύο επικράτειες δέσμευσης Ca2+ στο καρβοξυτελικό της άκρο. 28

Οικογένεια calponin: Πρωτείνες διασύνδεσης ακτίνης

Σύνδεση του κυτταροσκελετού του φλοιού των ερυθροκυττάρων με την κυτταροπλασματική μεμβράνη Η κυτταροπλασματική μεμβράνη συνδέεται με ένα δίκτυο τετραμερών σπεκτρίνης που είναι διασυνδεδεμένα μέσω ινιδίων ακτίνης μικρού μήκους σε συνδυασμό με την πρωτεΐνη ζώνης 4.1. Το δίκτυο σπεκτρίνηςακτίνης συνδέεται με τη μεμβράνη μέσω της αγκυρίνης, η οποία προσδένεται τόσο στη σπεκτρίνη όσο και στην πρωτεΐνη ζώνης 3, μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη που αφθονεί στα ερυθροκύτταρα. Ένας επιπλέον σύνδεσμος δημιουργείται μέσω της πρόσδεσης της πρωτεΐνης ζώνης 4.1 στη γλυκοφορίνη.

Δυστροφίνη Wt (Φυσιολογική αγρίου τύπου) Μυική Δυστροφία Duchenne

ΠΡΟΕΚΒΟΛΕΣ ΤΗΣ ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ

Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου που δείχνει μικρολάχνες. Οι μικρολάχνες των επιθηλιακών κυττάρων του εντέρου είναι δακτυλοειδείς προεκβολές της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Υποστηρίζονται από δεμάτια ακτίνης που είναι αγκυροβολημένα σε μια πυκνή περιοχή του κυτταρικού φλοιού, η οποία ονομάζεται τερματικός ιστός. 33

Οργάνωση των μικρολαχνών Τα κεντρικά ινίδια ακτίνης των μικρολαχνών διασυνδέονται σε δεμάτια πυκνής διάταξης μέσω της φιμπρίνης και της βιλλίνης. Σε όλο το μήκος τους, τα ινίδια ακτίνης είναι προσδεδεμένα στην κυτταροπλασματική μεμβράνη μέσω πλευρικών βραχιόνων, οι οποίοι αποτελούνται από μυοσίνη Ι και καλμοδουλίνη. Τα άκρα (+) των ινιδίων ακτίνης βρίσκονται στο ανώτατο άκρο της μικρολάχνης, ενσωματωμένα σε ένα κάλυμμα πρωτεϊνών που δεν έχουν ταυτοποιηθεί έως σήμερα. 34

Παραδείγματα προεκβολών της κυτταρικής επιφάνειας που συμμετέχουν στη φαγοκυττάρωση και στην κίνηση. (Α) Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης που δείχνει ένα μακροφάγο να περιβάλλει με ψευδοπόδια ένα καρκινικό κύτταρο κατά τη φαγοκυττάρωση. (Β) Τα προτεταμένα ψευδοπόδια μιας αμοιβάδας. (Γ) Ένα κύτταρο σε ιστοκαλλιέργεια το οποίο εμφανίζει 35 ελασματοπόδια (L) και νηματοπόδια (βέλος).) και νηματοπόδια (βέλος).archers, Inc.)

ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗ Μεταναστευτικές κινήσεις κατά την εμβρυογένεση Κυτταρική μετανάστευση οργανώνει την μορφογένεση κατά την εμφύτευση (implantation) Μ) < Cαζική μετανάστευση ομάδων κυττάρων για την δημιουργία των τριών εμβρυϊκών στρωμάτων Στον αναπτυγμένο οργανισμό: Ανανέωση επιδερμικών και εντερικών κυττάρων από κύτταρα της βασικής στοιβάδας και κρύπτης Επούλωση τραύματος, απόκριση ανοσοποιητικού συστήματος Ελαττωματική μετανάστευση κυττάρου εμπλέκεται σε παθολογικές καταστάσεις όπως αγγειακές παθήσεις, οστεοπόρωση, χρόνιες φλεγμονές όπως ρευματική αρθρίτιδα, καρκίνος, πνευματική καθυστέρηση

Χημειοτακτισμός ουδετερόφιλων λευκοκυττάρων QuickTime and a Sorenson Video 3 decompressor are needed to see this picture.

Επούλωση τραύματος ινοβλαστών QuickTime and a Sorenson Video 3 decompressor are needed to see this picture.

Κυτταρική μετακίνηση. Η κίνηση των κυττάρων σε μια επιφάνεια μπορεί να θεωρηθεί ότι περιλαμβάνει τρία διαδοχικά στάδια συντονισμένων κινήσεων: (1μΜ) < C)προέκταση της προπορευόμενης παρυφής, (2) προσκόλληση της προπορευόμενης παρυφής στο υπόστρωμα και (3) απόσυρση του οπίσθιου μέρους του κυττάρου στο κυτταρικό σώμα.

Παραδείγματα προεκβολών της κυτταρικής επιφάνειας που συμμετέχουν στη φαγοκυττάρωση και στην κίνηση. (Α) Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης που δείχνει ένα μακροφάγο να περιβάλλει με ψευδοπόδια ένα καρκινικό κύτταρο κατά τη φαγοκυττάρωση. (Β) Τα προτεταμένα ψευδοπόδια μιας αμοιβάδας. (Γ) Ένα κύτταρο σε ιστοκαλλιέργεια το οποίο εμφανίζει 40 ελασματοπόδια (L) και νηματοπόδια (βέλος).) και νηματοπόδια (βέλος).archers, Inc.)

Το ελασματοπόδιο και το φιλοπόδιο είναι μεμβρανικές προεκτάσεις που δημιουργούνται από πολ/μό ινιδίων ακτίνης

Ρύθμιση των πρωτεϊνών Ras Οι πρωτεΐνες Ras μετατρέπονται από την ανενεργή μορφή τους, που είναι συνδεδεμένη με GDP, στην ενεργή μορφή τους, που είναι συνδεδεμένη με GTP με αντιστρεπτό τρόπο.

Ρύθμιση της αναδιαμόρφωσης της ακτίνης από πρωτεΐνες της οικογένειας Rho. Πρωτεΐνες της οικογένειας Rho ρυθμίζουν τον πολυμερισμό της ακτίνης για τον σχηματισμό νηματοποδίων (Cc), για την οποία Cdc), για την οποία 44), ελασματοποδίων (Cc), για την οποία Rac), για την οποία ) και ινιδίων απόκρισης σε μηχανικό στρες (Cc), για την οποία Rho). Στις φωτογραφίες φωτονικού μικροσκοπίου φθορισμού φαίνεται η κατανομή της ακτίνης μετά από χορήγηση με μικροένεση πρωτεΐνών Cdc42, Rac και Rho σε ινοβλάστες. 43

Επαγωγή του πολυμερισμού της ακτίνης από πρωτεΐνες της οικογένειας Rho. (Α) Η Rac και η Cdc42 διεγείρουν πρωτεΐνες της οικογένειας WASP, οι οποίες ενεργοποιούν το σύμπλοκο Arp2/3, που ξεκινά τον σχηματισμό διακλαδιζόμενων ινιδίων ακτίνης. (Β) Η Rho ενεργοποιεί φορμίνες, οι οποίες επάγουν την ανάπτυξη μη διακλαδιζόμενων ινιδίων ακτίνης. 44

Μηχανισμός ενεργοποίησης του Arp2/3 μέσω της WASP

Σχηματισμός διακλαδώσεων των ινιδίων ακτίνης στην προπορευόμενη παρυφή

WASP (steady state)wiskott-aldrich Disease Protein) Φυλοσύνδετο κληρονομικό νόσημα - συχνότητα 1μΜ):250000 Βρεθηκαν πάνω από 1μΜ)00 μεταλλάξεις στην πρωτεϊνη WASP Χαμηλά επίπεδα αιμοπεταλίων στο αίμα (θρομβοκυτταροπενία) Ανοσοανεπάρκεια, έκζεμα, επανεμφανιζόμενες λοιμώξεις Αύξηση εμφάνισης λευχαιμίας και καρκίνου των λεμφαδένων

Οι παρακάτω διαφάνειες θα αναφερθούν και σε επόμενα κεφάλαια

Ινίδια απόκρισης σε μηχανικό στρες και εστιακές προσφύσεις. Μικροσκοπία φθορισμού ενός ανθρώπινου ινοβλάστη, στον οποίο τα ινίδια ακτίνης έχουν σημανθεί με φθορίζουσα χρωστική. Τα ινίδια απόκρισης σε μηχανικό στρες είναι δεμάτια ινιδίων ακτίνης αγκυροβολημένα σε θέσεις πρόσφυσης του κυττάρου στην επιφάνεια του τρυβλίου καλλιέργειας (εστιακές προσφύσεις).

Πρόσδεση των ινιδίων απόκρισης σε μηχανικό στρες στις εστιακές προσφύσεις. Εστιακές προσφύσεις σχηματίζονται μέσω της πρόσδεσης ιντεγκρινών σε πρωτεΐνες του εξωκυτταρικού στρώματος. Ινίδια απόκρισης σε μηχανικό στρες προσδένονται στη συνέχεια στην κυτταροπλασματική επικράτεια των ιντεγκρινών. Στην εικόνα φαίνονται δύο από τις συνδέσεις που μπορεί να γίνουν: (1) πρόσδεση της ταλίνης τόσο στην ιντεγκρίνη όσο και στη βινκουλίνη και πρόσδεση του συμπλόκου ταλίνης και βινκουλίνης στην ακτίνη και (2) πρόσδεση της ιντεγκρίνης στην α-ακτινίνη.

Πρόσδεση των ινιδίων ακτίνης στους συνδέσμους πρόσφυσης/προσκόλλησης