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. 2

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. 3

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 4 ελασματοπόδια (L) και νηματοπόδια (βέλος).archers, Inc.)

ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗ Μεταναστευτικές κινήσεις κατά την εμβρυογένεση Κυτταρική μετανάστευση οργανώνει την μορφογένεση κατά την εμφύτευση (implantation) Μαζική 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: (1)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 9 ελασματοπόδια (L) 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 (Cdc42), ελασματοποδίων (Rac) και ινιδίων απόκρισης σε μηχανικό στρες (Rho). Στις φωτογραφίες φωτονικού μικροσκοπίου φθορισμού φαίνεται η κατανομή της ακτίνης μετά από χορήγηση με μικροένεση πρωτεΐνών Cdc42, Rac και Rho σε ινοβλάστες. 12

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. 13

Μηχανισμός ενεργοποίησης του Arp2/3 μέσω της WASP

Σχηματισμός διακλαδώσεων των ινιδίων ακτίνης στην προπορευόμενη παρυφή

WASP (Wiskott-Aldrich Disease Protein) Φυλοσύνδετο κληρονομικό νόσημα - συχνότητα 1:250000 Βρεθηκαν πάνω από 100 μεταλλάξεις στην πρωτεϊνη WASP Χαμηλά επίπεδα αιμοπεταλίων στο αίμα (θρομβοκυτταροπενία) Ανοσοανεπάρκεια, έκζεμα, επανεμφανιζόμενες λοιμώξεις Αύξηση εμφάνισης λευχαιμίας και καρκίνου των λεμφαδένων

Δομή των μυϊκών κυττάρων. Οι μύες αποτελούνται από δεμάτια μεγάλων κυττάρων (που ονομάζονται μυϊκά κύτταρα ή μυϊκές ίνες). Κάθε μυϊκή ίνα περιέχει πολλά μυϊκά ινίδια, δηλαδή δεμάτια ινιδίων ακτίνης και μυοσίνης οργανωμένα σε μια αλυσίδα επαναλαμβανόμενων μονάδων οι οποίες ονομάζονται σαρκομερή.

Δομή του σαρκομερούς

Τιτίνη και νεμπουλίνη Τα μόρια τιτίνης εκτείνονται από τον δίσκο Ζ έως τη γραμμή Μ και λειτουργούν ως ελατήρια που συγκρατούν τα ινίδια μυοσίνης στο κέντρο του σαρκομερούς. Τα μόρια νεμπουλίνης εκτείνονται από τον δίσκο Ζ και θεωρείται ότι καθορίζουν το μήκος των ινιδίων ακτίνης με τα οποία είναι συνδεδεμένα.

Μοντέλο ολίσθησης των ινιδίων κατά τη μυϊκή σύσπαση. Τα ινίδια ακτίνης ολισθαίνουν έναντι των ινιδίων μυοσίνης με κατεύθυνση προς το μέσο του σαρκομερούς. Η ολίσθηση έχει ως αποτέλεσμα να συμπτύσσεται το σαρκομερές, χωρίς να αλλάζει το μήκος των ινιδίων.

Μυοσίνη ΙΙ Το μόριο της μυοσίνης ΙΙ αποτελείται από δύο βαριές αλυσίδες και δύο ζεύγη ελαφριών αλυσίδων (που ονομάζονται βασικές ελαφριές αλυσίδες και ρυθμιστικές ελαφριές αλυσίδες).

Οργάνωση των παχιών ινιδίων μυοσίνης Τα παχιά ινίδια σχηματίζονται μέσω της στοίχισης εκατοντάδων μορίων μυοσίνης ΙΙ σε κλιμακωτή διάταξη. Οι σφαιρικές κεφαλές της μυοσίνης προσδένονται στην ακτίνη, σχηματίζοντας γέφυρες διασύνδεσης μεταξύ των ινιδίων μυοσίνης και των ινιδίων ακτίνης.

Μοντέλο δράσης της μυοσίνης. Α) Η πρόσδεση του ATP αποσυνδέει τη μυοσίνη από την ακτίνη. Β) η υδρόλυση του ATP επάγει μια αλλαγή διαμόρφωσης που μετατοπίζει την κεφαλή της μυοσίνης. Γ) πρόσδεση της κεφαλής της μυοσίνης σε μια νέα θέση του ινιδίου ακτίνης. Η πρόσδεση αυτή απελευθερώνει το Pi, Δ) επαναφορά της κεφαλής της μυοσίνης στην αρχική της διαμόρφωση. Η επαναφορά στην αρχική διαμόρφωση, η οποία είναι συζευγμένη με την απελευθέρωση του ADP, προωθεί την ολίσθηση των ινιδίων ακτίνης.

Ο ρόλος των ιόντων Ca2+ στη μυική συστολή

Σύνδεση της τροπομυοσίνης και των τροπονινών με τα ινίδια ακτίνης. Η τροπομυοσίνη προσδένεται κατά μήκος των ινιδίων ακτίνης. Στους γραμμωτούς μυς, η τροπομυοσίνη συνδέεται με ένα σύμπλοκο τριών τροπονινών

ΣΥΣΠΑΣΗ ΧΑΛΑΡΩΣΗ

Συσταλτά συστήματα σε μη μυϊκά κύτταρα Διπολικά ινίδια μυοσίνης ΙΙ προκαλούν ολίσθηση των ινιδίων ακτίνης σε αντίθετες κατευθύνσεις, η οποία οδηγεί σε σύσπαση.

Κυτταροκίνηση 32

Ρύθμιση της μυοσίνης ΙΙ μέσω φωσφορυλίωσης. Ιόντα Ca2+ προσδένονται στην καλμοδουλίνη, η οποία με τη σειρά της προσδένεται στην κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της μυοσίνης (MLCK, Myosin Light-Chain Kinase). Στη συνέχεια, το ενεργό σύμπλοκο καλμοδουλίνης-mlck φωσφορυλιώνει τη ρυθμιστική ελαφριά αλυσίδα της μυοσίνης ΙΙ, μετατρέποντας τη μυοσίνη από ανενεργή σε ενεργή μορφή.

Ο μηχανισμός δράσης της καλμοδουλίνης. Η καλμοδουλίνη είναι μια πρωτεΐνη με σχήμα αλτήρα που διαθέτει τέσσερις θέσεις δέσμευσης ιόντων Ca2+. Το ενεργό σύμπλοκο Ca2+/καλμοδουλίνης προσδένεται σε διάφορες πρωτεΐνες-στόχους, όπως είναι οι εξαρτώμενες από Ca2+/καλμοδουλίνη πρωτεϊνικές κινάσες. Κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της Μυοσίνης CAM κινάσες

Ενεργοποίηση της μυοσίνης ΙΙ μέσω φωσφορυλίωσης

Η οικογένεια πρωτεϊνών μυοσίνης περιλαμβάνει διαφορετικούς τυπούς μορίων

Μυοσίνη Ι Η μυοσίνη Ι περιέχει μια κεφαλή παρόμοια με αυτή της μυοσίνης ΙΙ, αλλά έχει μια ουρά σχετικά μικρού μήκους και δεν μπορεί να σχηματίσει διμερή ή ινίδια. η μυοσίνη Ι κινείται κατά μήκος των ινιδίων ακτίνης, προς το άκρο (+), μεταφέροντας διάφορα φορτία (όπως μεμβρανικά κυστίδια) που προσδένονται στην περιοχή της ουράς της.

Η Μυοσίνη Ι συνδέει την ακτίνη και κυστίδια με τις Κυτταρικές μεμβράνες

Διαφορετικές λειτουργίες ισομορφών μυοσίνης

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. 41

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. 42

Μυοσίνη V Η μυοσίνη V είναι μια δικέφαλη μυοσίνη, όπως και η μυοσίνη ΙΙ. Μεταφέρει οργανίδια και άλλα φορτία (για παράδειγμα, ενδιάμεσα ινίδια) προς τα άκρα (+) των ινιδίων ακτίνης.