Mellomliggende filamentstruktur, typer, funksjoner

3820
Egbert Haynes

De mellomfilamenter, også kjent i litteraturen som “IFs” (fra engelsk Mellomliggende filamenter), er en familie av uoppløselige cytosoliske fibrøse proteiner som er tilstede i alle celler av flercellede eukaryoter.

De er en del av cytoskelettet, som er et intracellulært trådnettverk som hovedsakelig er ansvarlig for å støtte cellestrukturen og for ulike metabolske og fysiologiske prosesser som vesikeltransport, cellebevegelse og forskyvning etc..

Immunfluorescensmikroskopi av to proteiner fra de mellomliggende filamentene til astrocytter (Vimentin og GFAP) (Kilde: GerryShaw [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] via Wikimedia Commons)

Sammen med mikrorør og mikrofilamenter, deltar mellomstore filamenter i den romlige organisasjonen av intracellulære organeller, i prosessene med endocytose og exocytose, og også i prosessene med celledeling og intercellulær kommunikasjon..

De første mellomfilamentene som ble studert og beskrevet var keratiner, en av de første proteintypene hvis struktur ble analysert ved røntgendiffraksjon på 1930-tallet..

Konseptet med mellomfilamenter ble imidlertid introdusert på 1980-tallet av Lazarides, som beskrev dem som komplekse "mekaniske integratorer av celleområdet", preget av deres uoppløselighet og evne til å montere på nytt. in vitro etter denaturering.

De anses av mange forfattere å være stress "buffer" -elementer for dyreceller, siden de er mer fleksible filamenter enn mikrorør og mikrofilamenter. De finnes ikke bare i cytoskjelettet, men de er også en del av nukleoskjelettet.

I motsetning til de andre fibrøse komponentene i cytoskelettet, deltar ikke mellomfilamentene direkte i prosessene med cellemobilitet, men fungerer heller i cellers strukturelle vedlikehold og mekaniske motstand..

Artikkelindeks

  • 1 Struktur
  • 2 Montering
  • 3 funksjoner
  • 4 Typer mellomfilamenter
    • 4.1 Klasse I og II mellomfilamenter: sure og basiske keratiner
    • 4.2 Klasse III av mellomfilamenter: Desmin / vimentin-proteiner
    • 4.3 Klasse IV mellomfilamenter: nevrofilamentproteiner
    • 4.4 Klasse V mellomfilamenter: kjernefysiske laminerte filamenter
    • 4.5 Klasse VI av mellomfilamenter: Nestinas
  • 5 Relaterte patologier
  • 6 Referanser

Struktur

Kilde: http://rsb.info.nih.gov/ij/images/ [Public domain]

De mellomliggende filamentene har en omtrentlig diameter på 10 nm, en strukturell karakteristikk som de ble kalt for, siden størrelsen er mellom størrelsene som tilsvarer myosin og aktinfilamenter, som er mellom henholdsvis 25 og 7 nm..

De skiller seg strukturelt fra de to andre typene av skjelettfilamenter, som er kuleformede proteinpolymerer, ved at deres bestanddeler er forskjellige langlengde α-spiralformede fibrøse proteiner som klynges sammen for å danne taulignende strukturer..

Alle proteinene som utgjør de mellomliggende filamentene, har en lignende molekylær organisasjon, bestående av et α-spiralformet eller "tau" domene som har forskjellige mengder "spoleformende" segmenter av samme størrelse..

Dette spiralformede domenet flankeres av et N-terminal ikke-spiralformet "hode" og en ikke-spiralformet "hale" ved den C-terminale enden, som begge varierer i både størrelse og aminosyresekvens..

Innenfor sekvensen av disse to endene er konsensusmotivene som er vanlige for de 6 typene mellomfilamenter som er kjent.

Hos virveldyr er "akkord" -domenet til cytosoliske mellomstore filamentproteiner omtrent 310 aminosyrerester, mens virvelløse og kjernefysiske lamellproteiner er ca. 350 aminosyrer lange..

montering

Mellomliggende filamenter er "selvmonterende" strukturer som ikke har enzymatisk aktivitet, som også skiller dem fra deres cytoskeletale motstykker (mikrorør og mikrofilamenter)..

Disse strukturene ble opprinnelig samlet som tetramerer av de trådformede proteinene som bare utgjør dem under påvirkning av monovalente kationer..

Disse tetramerer er 62 nm lange, og deres monomerer forbinder seg lateralt for å danne ”lengdenheter” (UFL). enhetslengde filamenter), som er kjent som fase 1 av forsamlingen, som skjer veldig raskt.

UFL er forløperne til lange filamenter, og siden dimerer som utgjør dem er sammenføyd på en antiparallell og forskjøvet måte, har disse enhetene et sentralt domene med to flankerende domener gjennom hvilke fase 2 av forlengelse forekommer., Hvor den langsgående foreningen av andre UFL oppstår.

I løpet av det som har blitt kalt fase 3 av forsamlingen, skjer radial komprimering av diameteren på filamentene, som produserer modne mellomfilamenter med mer eller mindre 10 nm i diameter..

Funksjoner

Funksjonene til de mellomliggende filamentene avhenger betydelig av hvilken type celle som vurderes, og når det gjelder dyr (inkludert mennesker), er deres ekspresjon regulert på en vevsspesifikk måte, derfor avhenger det også av vevstypen. Som i studien.

Epithelia, muskler, mesenkymale og gliaceller og nevroner har forskjellige typer filamenter, spesialisert i henhold til funksjonen til cellene de tilhører..

Blant disse funksjonene er det viktigste det strukturelle vedlikeholdet av cellene og motstanden mot forskjellige mekaniske påkjenninger, siden disse strukturene har en viss elastisitet som gjør at de kan dempe forskjellige typer krefter påført cellene..

Typer mellomfilamenter

Proteinene som utgjør de mellomliggende filamentene tilhører en stor og heterogen familie av trådformede proteiner som er kjemisk forskjellige, men som skiller seg ut i seks klasser i henhold til deres sekvenshomologi (I, II, III, IV, V og VI).

Selv om det ikke er veldig vanlig, kan forskjellige typer celler under veldig spesielle forhold (utvikling, celletransformasjon, vekst, etc.) samuttrykke mer enn en klasse med mellomliggende filamentdannende proteiner.

Klasse I og II mellomfilamenter: sure og basiske keratiner

Keratiner utgjør de fleste proteinene i de mellomliggende filamentene, og hos mennesker utgjør de mer enn tre fjerdedeler av de mellomliggende filamentene.

De har molekylvekter som varierer mellom 40 og 70 kDa og skiller seg fra andre mellomstore filamentproteiner på grunn av deres høye innhold av glycin- og serinrester..

De er kjent som sure og basiske keratiner på grunn av deres isoelektriske punkter, som er mellom 4,9 og 5,4 for sure keratiner og mellom 6,1 og 7,8 for basiske..

I disse to klassene er rundt 30 proteiner beskrevet og er spesielt tilstede i epitelceller, hvor begge typer proteiner "sampolymeriserer" og danner sammensatte filamenter..

Mange av de mellomliggende glødetrådene i keratiner finnes i strukturer som hår, negler, horn, fjær og klør, mens de i klasse II er de mest vanlige i cytosolen..

Klasse III mellomfilamenter: Desmin / vimentin-type proteiner

Desmin er et surt protein på 53 kDa som, avhengig av graden av fosforylering, har forskjellige varianter.

Noen forfattere har også kalt desmin-filamenter for "mellomliggende muskelfilamenter", siden deres tilstedeværelse er ganske begrenset, men i små mengder, til alle typer muskelceller..

I myofibriller finnes desmin i Z-linjen, og det er derfor det antas at dette proteinet bidrar til de kontraktile funksjonene til muskelfibre ved å fungere i krysset mellom myofibriller og plasmamembranen..

Foto av fargingen av proteinet Vimentin, et protein fra mellomfilamentene i epitelceller og embryonale celler (Kilde: Viktoriia Kosach [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

I sin tur er vimentin et protein som er tilstede i mesenkymale celler. Mellomfilamentene dannet av dette proteinet er fleksible og har vist seg å motstå mange av konformasjonsendringene som oppstår i løpet av cellesyklusen..

Det finnes i fibroblaster, glatte muskelceller, hvite blodlegemer og andre celler i sirkulasjonssystemet hos dyr..

Mellomfilamentklasse IV: nevrofilamentproteiner

Også kjent som "nevrofilamenter", omfatter denne klassen av mellomliggende filamenter et av de grunnleggende strukturelle elementene i nevronale aksoner og dendritter; er ofte assosiert med mikrotubuli som også utgjør disse strukturene.

Nevrofilamentene hos virveldyr har blitt isolert, og bestemmer at det er en triplett av proteiner på 200, 150 og 68 kDa som deltar i forsamlingen in vitro.

De skiller seg fra andre mellomfilamenter ved at de har laterale armer som "vedheng" som stikker ut fra periferien av den samme, og som fungerer i samspillet mellom nærliggende filamenter og andre strukturer..

Gliaceller produserer en spesiell type mellomstore filamenter kjent som gliale mellomstore filamenter, som skiller seg strukturelt fra nevrofilamenter ved at de består av et enkelt 51 kDa protein og har forskjellige fysisk-kjemiske egenskaper..

Mellomliggende filamentklasse V: kjernefysiske laminerte filamenter

Alle lamellene som er en del av nukleoskjelettet er faktisk mellomstore filamentproteiner. Disse har mellom 60 og 75 kDa molekylvekt og finnes i kjernene til alle eukaryote celler.

De er essensielle for den interne organisasjonen av atomområdene og for mange av funksjonene til denne organellen som er avgjørende for eksistensen av eukaryoter..

Mellomliggende filamentklasse VI: Nestinas

Denne typen mellomfilament veier omtrent 200 kDa og finnes hovedsakelig i stamceller i sentralnervesystemet. De uttrykkes under nevral utvikling.

Relaterte patologier

Det er flere sykdommer hos mennesker som er relatert til mellomfilamenter.

I noen typer kreft, for eksempel maligne melanomer eller brystkarsinomer, fører for eksempel samuttrykket av mellomfilamenter av vimentin og keratin til differensiering eller interkonvertering av epitel- og mesenkymceller..

Dette fenomenet har eksperimentelt vist seg å øke den vandrende og invasive aktiviteten til kreftceller, noe som har viktige implikasjoner i de metastatiske prosessene som er karakteristiske for denne tilstanden..

Eriksson et al. (2009) gjennomgår de forskjellige typer sykdommer og deres forhold til spesifikke mutasjoner i genene som er involvert i dannelsen av de seks typene mellomfilamenter..

Sykdommer relatert til mutasjoner i gener som koder for de to typene keratin er epidermolyse bullosa, epidermolytisk hyperkeratose, hornhinnedystrofi, keratodermi og mange andre..

Type III mellomfilamenter er involvert i mange kardiomyopatier og i forskjellige muskelsykdommer, hovedsakelig relatert til dystrofier. I tillegg er de også ansvarlige for dominerende grå stær og noen typer sklerose.

Mange nevrologiske syndromer og lidelser er assosiert med type IV-filamenter, som Parkinsons. Tilsvarende er genetiske defekter i type V og VI-filamenter ansvarlige for utviklingen av forskjellige autosomale sykdommer og relatert til funksjonen til cellekjernen..

Eksempler på disse er blant annet Hutchinson-Gilford progeria syndrom, Emery-Dreifuss muskeldystrofi..

Referanser

  1. Anderton, B. H. (1981). Mellomliggende filamenter: en familie av homologe strukturer. Journal of Muscle Research and Cell Motility, to(2), 141-166.
  2. Eriksson, J. E., Pallari, H., Robert, D., Eriksson, J. E., Dechat, T., Grin, B., ... Goldman, R. D. (2009). Vi introduserer mellomfilamenter: fra oppdagelse til sykdom. Journal of Clinical Investigation, 119(7), 1763-1771.
  3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Mellomliggende filamenter: Struktur, dynamikk, funksjon og sykdom. Annu. Pastor Biochem., 63, 345-382.
  4. Hendrix, M. J. C., Seftor, E. A., Chu, Y. W., Trevor, K. T., og Seftor, R. E. B. (1996). Rollen til mellomfilamenter i migrasjon, invasjon og metastase. Kreft- og metastaseomtaler, femten(4), 507-525.
  5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Mellomliggende filamenter: Molekylær struktur, monteringsmekanisme og integrering i funksjonelt distinkte intracellulære stillas. Årlig gjennomgang av biokjemi, 73(1), 749-789.
  6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Mellomliggende filamenter: Struktur og montering. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8, 1-22.
  7. McLean, I., & Lane, B. (1995). Mellomliggende filamenter i sykdom. Nåværende mening i cellebiologi, 7(1), 118-125.
  8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Molekylær og cellulær biologi av mellomfilamenter. Årlig gjennomgang av biokjemi, 57(1), 593-625.
  9. Steinert, P., Jones, J., og Goldman, R. (1984). Mellomliggende filamenter. The Journal of Cell Biology, 99(1), 1-6.

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.