A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, 2010.11.30.) 1. Mi a citoszkeleton? 2. Polimerizá, polimerizás egyensúly 3. ilamentumok osztályozása 4. Motorfehérjék Citoszkeleton Eukariota sejtek dinamikus vázrendszere Három fő filamentum-osztály: A. Intermedier B. Mikrotubulus C. Mikrofilamentum Mozgás Szubcelluláris, celluláris szinten ATP-t (energiát) igényel Citoszkeletális mozgások ilamentumok kialakulása és lebomlása (mikrofilamentumok és mikrotubulusok) Motor fehérjék számára biztositanak pályát Az intermedier és mikrotubuláris rendszer hasonlóan lokalizálódik. Milyen folyamatokban van szerepe a citoszkeletonnak? Vándorló melanocita (Vic. SMALL). 1
Sejt vándorlás ilopodiumok növekedése A sejtmozgás lépései Motilitás aktin polimerizával Intracelluláris patogének mozgása aktin-dús kéreg álláb szubsztrát aktin polimerizá és álláb kitüremkedés retrak nem polimerizált aktin mozgása álláb további növekedése fokális kontaktusok Mikrofilamentum rendszer (aktin) Citoszkeletális filamentum rendszerek és jellemzőik 2
Az aktint magyar kutató, Straub. Brúnó, írta először le és nevezte el Az aktin filamentum és monomer: polimerizá Alegység: globuláris (G-) aktin MW: 43 kda, 375 aminosav, 1 molekula kötött adenozin nukleotid (ATP vagy ADP) Szubdomének (4) 4 Aktin monomer nukleotid 2 Polimerizá Alegységek összeállásának folyamata A polimerizá fázisai: 1. Lag fázis: nukleá 2. Növekedés fázis 3. Egyensúlyi fázis 3 1 Polimerizás egyensúly Aktin polimerizá 1. valódi egyensúly Aktin monomer Aktin filamentum Depolimerizáci 2. dinamikus instabilitás: folyamatos, lassú növekedést követő katasztrófikus depolimerizá Dimer Elongáci Nukleáci Trimer T. D. Pollard: Cell, 112, 453-465, 2003. 3
Polimerek mechanikai tulajdonságai Az aktin filamentumok jellemzői Erő iránya szerint: Hajlítómerevség: Longitudinális merevség: Torziós merevség: = erő 37 nm Rugalmassági mechanizmusok: -Belső (intrinsic) rugalmasság (rugalmassági modulus) -Termikus (entropikus) rugalmasság (perzisztencia hossz) ~7 nm vastag, hossza in vitro több 10 µm, in vivo 1-2 µm Jobbmenetes dupla helix Szemiflexibilis polimerlánc (perzisztenciahossz: ~10 µm) L c = kontúrhossz A = perzisztenciahossz Szerkezeti polarizá: miozin fejjel alkotott komplexe szögesdrót alakja alapján "barbed end", és "pointed end" ( barbed =+ vég: polimerizá gyors, pointed =- vég: polimerizá lassú) Z = vég-vég távolság ATP-sapka Mikrotubuláris rendszer Mikrotubulusok építőköve Alegység: tubulin MW: ~50 kd, α- és β-tubulin -> heterodimér 1 molekula kötött guanozin nukleotid (GTP vagy GDP); kicserélhető (β), ill. nem kicserélhető (α) α β A mikrotubulus ~25nm vastag, üreges 13 protofilamentum jobbmenetes rövidmenetû helix balmenetes hosszúmenetû helix Merev polimerlánc (perzisztenciahossz: néhány mm!) Szerkezeti polarizá: +vég: polimerizá gyors, -vég: polimerizá lassú GTP-sapka 4
Intermedier filamentális rendszer Nukleáris laminok Vimentin tipus Keratinok Neuronális I Szövetspecifikus I tipusok A, B, C laminok (65-75kDa) Vimentin (54kDa) Desmin (53kDa) Peripherin (66kDa) I tipusú (savanyú) (40-70kDa) II tipusú (neutrális/bázikus) (40-70kDa) neurofilamentum fehérjék (60-130kDa) ibrózus monomer (nem globuláris, mint az aktin vagy tubulin) Az intermedier filamentum alegysége: coiled-coil dimer Intermedier filamentumok polimerizája A sejtben teljesen polimerizált állapotban (nem dinamikus egyensúly) Centrális rudak (α-hélix) hidrofób-hidrofób kölcsönhatása -> colied-coil dimer 2 dimer -> tetramer (antiparallel elrendezôdés, szerkezeti apolaritás) protofilamentum Tetramerek longitudinális sorozata -> protofilamentum filamentum 8 protofilamentum -> filamentum Vimentin dimer szalagdiagramja Vimentin dimer drótháló diagramja Összefoglalás Kiegészítések, érdekességek. 5