Sejtváz Mikrofilamentum (aktin)

Átírás

1

2 Hermann H., Aebi U. 2000, Curr Op. Cell Biol., 12: Sejtváz 7-9 nm Mikrofilamentum (aktin) 25 nm 10 nm Mikrotubulus Intermedier filamentum

3 Sejtváz

4 - IF: egyes Metazoákban, pl. gerincesekben, fonálférgekben puhatestűekben 2011-ig: rovarokban csak laminok vannak 2011: találtak egy isomin nevű IF szerű proteint itt is Intermedier filamentumok - nem minden sejttípusban van IF - legősibbek: laminok - könnyen hajlanak - nehezen törnek - mechanikus stabilitás

5 Kreplak L. globuláris fej NH2 Intermedier filamentumok helikális központi domén globuláris farok COOH Parallel coiled-coil dimer (vimentin) vimentin neurofilament glial filament

6 Intermedier filamentumok frog NF, 11 nm neurofilamentum Herbert E. Lowndes PPT Leapman 1997

7 Intermedier filamentumok Parallel Anti parrallel Protofilamentum (unit) a: IF unit-ok b: immature IFs c: mature IFs 8 parallel protofilaments Chang, Goldman 2004

8 GFAP gén és transzkriptumai 1969, Eric Shooter és mtsai közölték először az AA szekvenciáját 1984, Lewis, Cowan és mtsaik klónozták meg a gént (mouse) majd 1989, Reeves és mtsai a humán változatot A GFAP gén. 9 exons + 2 alternatív exon (7a: 7. intron eleje). - kódoló régióban fajok közt nagy homológia - humán génben 9 exon és 8 intron (+4 alternatív exon és intron) - 76 különböző mutációt írtak le: mind az Alexander disease-zel kapcsolatos Middeldorp 2011

9 Alternatív splicing a humán GFAP génben: szürke-exon; piros-exon, aminek egy része kihasítódott (spliced out). Általában alternatív splicing csak kevés IF-re jellemző: LaminA, perpherin, GFAP. Middeldorp 2011

10 GFAPa: a leggyakoribb mrns izoforma GFAPb: emberben nem kimutatható GFAPg: emberben nem írták le részletesen csontvelőből, lépből izolálták először CNS-ben nagyon kis mennyiségben van jelen GFAPd: exon7+ (7.intronban 8.9. exonokban folytatódik) rat GFAPe: exon7a (8-9.exon hiányzik), rat Middeldorp (2011) szerint GFAPd/e lényegében ugyanaz GFAPd nevet használják GFAP 164: out of frame splice variáns GFAP exon6: out of frame splice variáns u.a. fehérje: GFAP 1+ GFP 135: in frame splice variáns Alzheimer, Down kór HC neuronokban expresszálódó izoformák GFAPk: exon7b (8-9.exon hiányzik) 2011: GFAP alternatív splicing regulációról eddig csak 1 cikk szól Middeldorp 2011

11 GFAP isoform proteins - HEAD domén intaktsága feltétele az összeszerelődésnek - összeszerelődést foszforiláció szabályozza (főleg vimentinben vizsgált!) - GFAP: 6 foszforilációs hely (5-head, 1-tail), nagyon konzervatív helyek, - foszforiláció fontos sejtciklus során a redisztribúcióban - GFAPd-ban van még egy foszforilációs hely - poszt-transzl mod. még: glycosilation, citrullination - TAIL domén: type III IF-ban főleg a protofilamentum kapcsolatok stabilizálása, filament-szélesség szabályozása, IF network kialakulás szabályozása - GFAP esetén TAIL funkció nem teljesen tisztázott: talán IF és más fehérjék kapcsolódási pontja is Middeldorp 2011

12 GFAP network Asztro: Vimentin+ GFAP+ Nestin+ Kopolimerizáció! Vimentin/GFAP Michalczyk, Ziman

13 GFAP network - vimentin -/- egérben (egér OK!) csak GFAP tartalmú IF: kompaktabb filamentumok - GFAP-/- egérben IF mennyiség kisebb in vitro, in vivo pedig az összes vizsgált agyterületen az asztrocitákból teljesen hiányzik (egér OK!)!! Control Vim -/- - úgy tűnik, vimentinnek kell a GFAP a polimerizációhoz (nestin is jó...) - GFAP overexpresszió: Rosenthal-fiber akkumuláció asztrocitákban Control Vim -/- Eng 1998 Eliasson 1999 Middeldorp 2011

14 GFAP network - csak a GFAPa variáns képes homomer ön-összeszerelődésre - az összes többi splice-variánsnak kell egy már meglevő (vimentin) network - vimentin-synemin: kopolimerizáció; GFAP-synemin: synemin mint IFAP GFAP expresszió - eredetileg asztrocita-specifikusnak gondolták (Eng, 1971) - később leírták több glia típusban és nem gliális/nem-cns sejtekben is Pl.: chondrocytes, fibroblasts, lymphocytes, liver stellate cells, kidney podocyte GFAP expresszió szabályozása - GFAP promoter klb. szakaszai más-más TF kötő-hely (ripoter egér nem mindegy, melyik régióról van meghajtva!!) - pl. gfa2 promoter (humán GFAP gene -2163/+47, A,B,C,D régióra osztva) - B régió: kell a CNTF indukálta asztrocita differenciációhoz /-35 element: NFI TF kötő-hely: hiányában nem tud hosszabb nyúlványokat növeszteni az asztro Middeldorp 2011

15 GFAP expresszió az idegrendszerben - humán agyban GFAP expresszió kb héten kezdődik radiális gliában (agyterülettől függően) Főemlős!! - SVZ őssejtekben felnőttkorban is megmarad - vimentin+ vimentin+/gfap+ GFAP+ - de bizonyos területeken végig vimentin+/gfap+, pl. Bergmann-glia, corpus callosum és HC asztrociták - életkorral GFAP expresszió (és asztrociták volumene) nő (nem a gliaszám nő) (~reaktív gliózis) Majom corpus callosum, GFAP western, évek - GFAP a CSF-ben is nő (neurológilag egészséges emberekben) vérben nem kimutatható de itt pl. szérumban megjelenik - GFAP 1+ fejlődő humán agyban nincs jelen, felnőttben Alzheimeres betegek HC neuronjaiban illetve kis asztro populáióban, melyre extra hosszú nyúlványok jellemzőek - többi izoformáról inkább mrns szintű adatok vannak Middeldorp 2011 Sloane 2000

16 GFAPd - GFAPd asztrociták az SVZ-ben őssejtek lehetnek (legalább egy szubpopulációjuk) GFAPd in adult human brain A: Subpial G: SVZ Roelofs 2005 SVZ astrocyte ribbon Sanai fejlődés során GFAPd VZ radiális gliában megjelenik GFAPa-val együtt (13-15.hét, humán) és megmarad SVZ sejtekben, és RMS-ben - humán SVZ-ben, NS sejtvonalakban GFAPd expresszió magas - GFAPd expresszió még: central canal környékén, glia limitans-ban, gliomákban, gliotikus sejtekben (tehát ahol magas GFAP tartalom kell) - GFAPd nem tud ön-összeszerelődni, csak ha GFAPa is jelen van, jóval nagyobb arányban (1:10, kémcsőben) tehát GFAPd jelen lehet normál GFAP-ban is, valószínűleg más kötési lehetőségeket teremtve Middeldorp 2011

17 funkciói - mechanikai stabilitás, sejtalak fenntartása, bár...: - GFAP -/- egér: normális, fertilis, vagyis GFAP nem esszenciális DE azért van mégiscsak egy csomó defekt! - valamennyi vimentin azért maradhat GFAP-/- sejtekben is (ha nem is struktúrált)... - GFAP-/-/vimentin -/- egér: (egér OK!) teljesen IF mentes asztrociták: köszönik, megvannak... - vim-/- egér: kompaktabb GFAP a: jellegzetes IF rostok (*) vad típusú asztrocitában b: GFAP-/- asztroban ritkás IF rostok (nyilak) c: vimentin-/- asztroban kompakt GFAP rostok d: GFAP-/-/vimentin-/- asztroban egyáltalán nincsenek IF rostok Mi, mitochondrion; thick arrows, endoplasmic reticulum and/or cluster of ribosomes; arrowheads, microtubules Eliasson 1999 kontroll vim-/- GFAP-/- GFAP-/-/ vim-/-

18 Nestinről , Lendahl, Zimmermann, McKay nestin IF leírása először CNS őssejtekben! - nestin-/- egér: embrionálisan letális, sokkal kevesebb NSC és magasabb mértékű apoptózis a velőcsőben DE citoszkeleton mégis OK (vimentin) - vimentin -/- NS sejtekben: nestin nem tud filamentumokba polimerizálódni, de nem nagyobb az apoptózis nestin kell az NSC túléléshez és differenciációhoz, de ez a funkciója nem a citoszkeletális szerepével kapcsolatos!! NSC tenyészet

19 GFAP funkciói vezikula trafficking és asztrocita/neuron interakció - GFAP -/- egérből szinaptoszóma prepi: csökkent Glu uptake, csökkent glutamaterg vezikula transzport - GFAP hiányában gliális GLAST és érdekes módon a neuronális EAAC1 glutamát transzporter szintje is csökken - GFAP hiányában gliális GLT-1 glu transzporter kipakolódása nem történik meg szinaptoszóma

20 GFAP funkciói asztrocita/neuron interakció - GFAP szabályozza GLAST kipakolódását a plazma-membránba GFAP -ko-immunprecipitáció: GFAP, GLAST, NHERF1 (PDZbinding protein), ezrin (aktinhoz köt) -GFAP stabilizálja az asztro-nyúlványt és a GLAST membránban tartását klb. linkerek (ezrin, NHERF1) révén - hypoxiás területeken GLAST eltűnik asztro membránból itt GFAP is visszahúzódik sejttestbe (K) GLAST - membánban GFAP/GLAST GFAP/GLAST hypoxia control

21 GFAP funkciói asztrocita/neuron interakció - GFAP -/- egérben kisagyi Purkinje szinapszisok LTD deficiensek : GFAP valószínűleg fontos a Bergmann glia/purkinje sejt kommunikációban LTD indukciója és fenntartása során A: kisagy, Purkinje sejtek dendritjeit Bergmann glia (sötét vonalak, nyílhegyek) veszik körül. A két B betű Bergmann glia sejttestét jelenti a Purkinje sejttesthez közel. Csillag: kapilláris B: S100+ Bergmann glia Purkinje mellett - GFAP -/- hippocampusban LTP normális/ más cikkek szerint enhanced LTP (pl. spike amplitúdó nő, stb.) Hatton, Parpura 2004

22 GFAP funkciói sérülés, hegképződés - reaktív gliózis: GFAP upreguláció: gliális hegszövet Sofroniew, Vinters 2010 Cerebral microinfarcts. - GFAP-/-/vimentin-/- egér: hibás hegképzés - csak GFAP-/- vagy vimentin -/- egér: hegképzés kb egyforma - csak GFAP-/-: traumás és ischemiás állapotra is érzékenyebbek, ekkor neuronvesztés is nagyobb (HC piramis-sejt pusztulás nagyobb)

23 Glia- patofiziológia Alexander s disease, AxD 1949, Stewart Alexander astroglial disease!! gyerekeket, fiatalokat érintő ritka, de fatális neurodegeneratív megbetegedés; ha félévesen jelentkezik 2-4 év túlélés, ha 9 évesen jelentkezik 8 év túlélés; van felnőtt változat is - igen ritkán - a fej fokozatos megnagyobbodása (megalencephália) - retardáció, szpaszticitás, konvulziók izom-merevség, görcsök - CT: a fehérállomány ritkulása - demyelináció, frontális lebenyek dominálása és kitágult laterális agykamrák - Rosenthal rostok asztrocitákban: GFAP overexpresszió és GFAP + stressz fehérjék (a,b-crystallin, hsp27) asszociáció - ok: GFAP mis-sense mutációja, többnyire de novo mutáció, nem öröklött (jelenleg 76 féle hgfap mutációt ismernek) (egér modell hasonló, de nem olyan súlyos tünetek) v.ö.: GFAP KO egér jól van!! - főleg demyelináció és talán BBB károsodása a fő probléma (Rosenthal rostok a perivaszkuláris asztro-végtalpakban) Read it!

24 GFAP funkciói BBB, myelináció GFAP-/- vad GFAP-/- vad - GFAP-/- egér: 14-ből 7 öreg (18 hónaposnál idősebb) egérnél hydrocephalus!! - abnormális myelináció - gyengén vaszkulariált fehérállomány vad GFAP-/- GFAP-/- -BBB hibás, rövidebb asztro nyúlványok, megnövekedett extracell tér - late onset CNS dysmyelination v.ö: GFAP tartalom életkorral nő, lásd pár diával korábban! 18 hónaposnál idősebb egerek a,b: hydrocephalus f,g : reduced cc thickness Liedtke 1996