Citoszkeleton Sejtmozgás

Átírás

1 Citoszkeleton Sejtmozgás

2 Citoszkeleton funkciói Sejtalak meghatározása Organellumok kihorgonyzása Organellumok mozgatása Húzószilárdság Kromoszóma mozgatás Sejtpolaritás Motilitás

3 Citoszkeleton Mikrofilamentumok (aktin) Mikrotubulusok (tubulin) Intermedier filamentumok Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok) pl.: Motor proteinek

4 Mikrofilamentum Mikrotubulus Intermedier filamentum

5 SLIDING = elcsúszás Globuláris fehérjék Ca2+ Ca ATP Fibrilláris fehérjék

6 Mikrofilamentumok

7 Aktin -polimerizációja ATP ADP + Depolimerizáció ADP ATP - cytochalasin - gátol phalloidin - stabilizál P i Polimerizáció - lassú

8 Már a prokaryotákban is! Aktin (Ent et al. Nature 2001,413, 39)

9 Ciklózis Mozgó citoplazma Álló kérgi (cortikális) citoplazma Plazmamembrán Sejtfal Aktin filamentumok Színtestek Az aktin és miozin közötti átmeneti kapcsolat Elcsúszás - sliding Ca 2+, hőmérséklet és ph-függő (Lodish,, H. et al. Mol. Cell Biol , 767)

10 Szökőkút mechanizmus Ca 2+ -függő ATP igényes Álláb-képzés stressz-fibrillumok Mono- Poli- Lobo- podiális Filo- Retikulo- integrinek

11 Aktinhoz kapcsolódó proteinek kontraktilis köteg α aktinin - stressz fibr. gél-szerű hálózat filamin - cortex tight parallel köteg fimbrin - filopódium

12 Migráló keratinocita 15 µm/sec Lobopódium képzés aktin hálózat mikrotubulusok

13 Aktin polimerizációt szabályozó fehérjék Tropomodulin - + Cofilin Severin Gelsolin γcap39 Severin Gelsolin Villin CapZ

14 Aktin polimerizáció acrosoma- reakció Acrosoma Actomera Periacrosomális régió Profillin-aktin komplex Sejtmag Acrosomális reakció Polimerizált Aktin filamentumok Fascin keresztkötések Nyugvó Aktivált (Lodish,, H. et al. Mol. Cell Biol , 767)

15 Listeria monocytogenes aktin lokális aktin polimerizáció 10 µm/ perc sebesség nagy áthatoló képesség Fred Soo & Julie Theriot Laboratory

16 1. Extracelluláris stimulus Aktin nukleációs modell 5. A növekvő filamentumok a membránra erőt fejt ki 2. WASP aktiválódás 3. WASP aktiválja az Arp2/3 komplexet új filamentum képzésre 7. Lánc- öregedés Aktin-ATP ATP kötődése profilinhez 4. Elongáció 8. Cofilin depolimerizál 6. Capping Capping prot. elongációt fékezi 9. Profilin > ADP/ATP WASP = Wiscott-Aldrich szindroma prot.

17 Kérgi régió szerkezete (Svitkina,, TM, Borisy GG J. Cell Biol. 1999, 145, 1009)

18 Aktin Membrán kapcsolat membrán F-Aktin Arp2/3 Miozin I. Profilin - G-aktin Filamin Integrin

19 Profilin-mechanizmus Tβ 4 = timozin β4 Prolin-gazdag protein (Lodish,, H. et al. Mol. Cell Biol , 767)

20 Filamin Membrán kapcsolat filamin aktin

21 A fokális kontaktus szerkezete aktin filamentum α actinin talin paxillin vinculin integrin fibronectin

22 A plazmamembrán cortex kapcsolat Thrombocyta Spectrin tetramer Glycophorin Ankyrin Izom Hámsejt (Lux SE, 1979 Nature 281:426)

23 E Az elektromágneses tér hatása a citoszkeleton átrendeződésére és az állábképződésre Adhéziós plakk

24 fej Miozin A Ca 2+ -függő foszforiláció hatása a miozin szerkezetére könnyű lánc miozin I. 150 kd nehéz lánc α-helix ATP - ADP P i miozin II. 260 kd Fej: - ATP-áz - motor

25 Miozinok megoszlása migráló és osztódó sejtekben miozin I. (zöld) miozin II. (piros) (Fukui, Y. Mol. Cell Biol 2000, 785)

26 - + membrán A citoszkeleton globuláris és fibrilláris elemeinek egymásrahatása és ennek fő funkciói

27 kezeletlen gátolt F-aktin gátolt MT

28 Mikrotubulusok

29 Már a prokaryotákban is! Tubulin FtsZ Tubulin (Margolin Laboratory, University of Texas)

30 Tubulin - polimerizációja GTP Taxol stabilizál Colchicin - destabilizál GTP GTP GTP Polimerizáció - gyors Protofilamentum (egyenes) GDP GDP GDP Protofilamentum (görbült) GDP Depolimerizáció

31 Mikrotubulusok felépülésének dinamikája Nukleáció Elongáció + - tubulin beépülés egyensúlyi állapot tubulin leválás

32 Tubulin nukleáció és γ-tubulin (Wiease et al. Curr.Opin.Struct.Biol. 1999, 9, 250)

33 Mikrotubuláris rendszerek a sejtekben Interfázisos sejt centrosoma Csilló - Centroszóma - Csilló / ostor bazális test Osztódó sejt magorsó - Mitotikus apparátus - Vezikuláris transzport Idegsejt centrosoma axon

34 MTOC = Mikrotubulus organizáló centrum γ-tubulin speciális kérgi régió (Brinkley, B.R. Encyclop. Neurosci. 1987, 665)

35 Mikrotubulusok hálózata 24 nm αβ dimer Protofilamentumok α tubulin β tubulin Fibroblaszt

36 Csilló csilló Paramecium ostor

37 tubulin (13 ill. 11 protofilamentum) B A dynein-karok nexin

38 A dynein-karok felépítése ATP-független kötődés ATP hidrolízis - A pólus felé mozdul el a kar

39 A dynein-karok szerepe a csillócsapás kialakulásában Hajlás Teleszkóp hatás Proteolízis

40 A csillót felépítő molekulák több mint 250 féle molekula 70% α és β tubulin dynein karok külső - 9 polipeptid - ATP-áz belső - változó összetétel küllők - 17 polipeptid

41 Magorsó és kinetochor mikrotubulusai

42 Aktin sejtosztódástól függő elrendeződése

43 Intermedier filamentumok

44 A citoszkeleton komponenseinek mechanikai jellemzői alakváltozás mikrotubulus intermedier filamentum pl. vimentin = szakadás aktin filamentum erő

45 Intermedier filamentumok szerepe A sejtet érő mechanikai hatások elleni puffer szerep Jelentős szövetspecifitás Hám keratin Kötőszövet Izom Neuroglia } vimentin Sejtmag laminok (lamina fibrosa) Neuronok - neurofilamentumok

46 (Lodish,, H. et al. Mol. Cell Biol , 767) Intermedier filamentumok szerkezete

47 Az intermedier filamentumok domén szerkezete H 2 N- α helikális domén -COOH keratinok vimentin neurofilam. prot. nukleáris prot

48 ! NEM kopolimerizálnak egymással! Intermedier filamentumok Keratin filamentumok Vimentin-szerű filamentumok

49 Mikroboholy aktin miozin I. villin terminal web aktin mol.-ból álló rigid köteg aktin + a csúcsi részen villin összekötő molekula terminal web = intermed.fil.. + spectrin miozin I. és calmodulin a felszíni membránhoz kötődés

50 (Hirokawa, N) Mikroboholy EM szerkezete aktin köteg kapcsoló molekulák terminal web

51 Intermedier filamentumok Neuro-filamentumok sok keresztkötés Gliális filamentumok kevés keresztkötés A filamentumokat összekötő protein keresztkötések száma az intermedier filamentum típusától függően eltérő.

52 Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok)

53 MAP-ok csoportosítása Strukturális MAP-ok - MT-összeépülése - kapcsolódás MF-hoz és IF-hoz Sejt alak, polaritás Motor proteinek - elcsúszás MT-n Membrán transzport Enzimek, szignál molekulák - glikolítikus enzimek - kinázok Molekulák összeépülése egyes helyeken

54 Motor proteinek

55 Motor-proteinek szerkezete asszoc. polipeptidek motor domén motor domén nyél asszoc. polipeptidek nyél asszoc. polipeptidek Kinezin Miozin Dynein

56 Motor proteinek mikrotubulus kinezin dynein nehéz lánc könnyű láncok kinezin dynein

57 kinezin - + camp dynein camp pigment sejtek

58 Kinezin ADP ATP ADP ATP ATP ADP ADP ADP-Pi Pi

59 MT-motor proteinek és transzportált elemek Membrán vezikulum Golgi Mitoch. ER MTOC Lizoszóma Lizoszóma Cytosol dyneinek Cytosol kinezinek Magorsó kinezinek (Hirokawa, N. Science 1998, 279:519)

60 Dynein membrán kapcsolat Dynein Nehéz lánc p150 Összekötő láncok Könnyű láncok Capping protein Dynamantin p62 Spectrin Membrán Arp1 (Hirokawa, N. Science 1998, 279:519)

61 Van más mechanizmus is

62 Spazmonémás mozgás - Vorticella

63 Spazmonéma helix Kontrakció: 40% ms alatt Sebesség: 8 cm/s Negative töltések Semlegesítés Ca 2+ -vel

64 Aktin-tű tű mechanizmus Limulus polyphemus spermiumban acrosoma! aktinköteg A megnyúlás sem myosin-motort motort,, sem aktin polimerizációt nem igényel A köteg kristályszerkezete változik