Citoszkeleton Sejtmozgás
Citoszkeleton funkciói Sejtalak meghatározása Organellumok kihorgonyzása Organellumok mozgatása Húzószilárdság Kromoszóma mozgatás Sejtpolaritás Motilitás
Citoszkeleton Mikrofilamentumok (aktin) Mikrotubulusok (tubulin) Intermedier filamentumok Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok) pl.: Motor proteinek
Mikrofilamentum Mikrotubulus Intermedier filamentum
SLIDING = elcsúszás Globuláris fehérjék Ca2+ Ca ATP Fibrilláris fehérjék
Mikrofilamentumok
Aktin -polimerizációja ATP ADP + Depolimerizáció ADP ATP - cytochalasin - gátol phalloidin - stabilizál P i Polimerizáció - lassú
Már a prokaryotákban is! Aktin (Ent et al. Nature 2001,413, 39)
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.. 2000, 767)
Szökőkút mechanizmus Ca 2+ -függő ATP igényes Álláb-képzés stressz-fibrillumok Mono- Poli- Lobo- podiális Filo- Retikulo- integrinek
Aktinhoz kapcsolódó proteinek kontraktilis köteg α aktinin - stressz fibr. gél-szerű hálózat filamin - cortex tight parallel köteg fimbrin - filopódium
Migráló keratinocita 15 µm/sec Lobopódium képzés aktin hálózat mikrotubulusok
Aktin polimerizációt szabályozó fehérjék Tropomodulin - + Cofilin Severin Gelsolin γcap39 Severin Gelsolin Villin CapZ
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.. 2000, 767)
Listeria monocytogenes aktin lokális aktin polimerizáció 10 µm/ perc sebesség nagy áthatoló képesség Fred Soo & Julie Theriot Laboratory
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.
Kérgi régió szerkezete (Svitkina,, TM, Borisy GG J. Cell Biol. 1999, 145, 1009)
Aktin Membrán kapcsolat membrán F-Aktin Arp2/3 Miozin I. Profilin - G-aktin Filamin Integrin
Profilin-mechanizmus Tβ 4 = timozin β4 Prolin-gazdag protein (Lodish,, H. et al. Mol. Cell Biol.. 2000, 767)
Filamin Membrán kapcsolat filamin aktin
A fokális kontaktus szerkezete aktin filamentum α actinin talin paxillin vinculin integrin fibronectin
A plazmamembrán cortex kapcsolat Thrombocyta Spectrin tetramer Glycophorin Ankyrin Izom Hámsejt (Lux SE, 1979 Nature 281:426)
E Az elektromágneses tér hatása a citoszkeleton átrendeződésére és az állábképződésre Adhéziós plakk + + + - -
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
Miozinok megoszlása migráló és osztódó sejtekben miozin I. (zöld) miozin II. (piros) (Fukui, Y. Mol. Cell Biol 2000, 785)
- + membrán A citoszkeleton globuláris és fibrilláris elemeinek egymásrahatása és ennek fő funkciói
kezeletlen gátolt F-aktin gátolt MT
Mikrotubulusok
Már a prokaryotákban is! Tubulin FtsZ Tubulin (Margolin Laboratory, University of Texas)
Tubulin - polimerizációja GTP Taxol stabilizál Colchicin - destabilizál GTP GTP GTP Polimerizáció - gyors Protofilamentum (egyenes) GDP GDP GDP Protofilamentum (görbült) GDP Depolimerizáció
Mikrotubulusok felépülésének dinamikája Nukleáció Elongáció + - tubulin beépülés egyensúlyi állapot tubulin leválás
Tubulin nukleáció és γ-tubulin (Wiease et al. Curr.Opin.Struct.Biol. 1999, 9, 250)
Mikrotubuláris rendszerek a sejtekben Interfázisos sejt centrosoma Csilló - Centroszóma - Csilló / ostor bazális test Osztódó sejt magorsó - Mitotikus apparátus - Vezikuláris transzport Idegsejt centrosoma axon
MTOC = Mikrotubulus organizáló centrum γ-tubulin speciális kérgi régió (Brinkley, B.R. Encyclop. Neurosci. 1987, 665)
Mikrotubulusok hálózata 24 nm αβ dimer Protofilamentumok α tubulin β tubulin Fibroblaszt
Csilló csilló Paramecium ostor
tubulin (13 ill. 11 protofilamentum) B A dynein-karok nexin
A dynein-karok felépítése ATP-független kötődés ATP hidrolízis - A pólus felé mozdul el a kar
A dynein-karok szerepe a csillócsapás kialakulásában Hajlás Teleszkóp hatás Proteolízis
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
Magorsó és kinetochor mikrotubulusai
Aktin sejtosztódástól függő elrendeződése
Intermedier filamentumok
A citoszkeleton komponenseinek mechanikai jellemzői alakváltozás mikrotubulus intermedier filamentum pl. vimentin = szakadás aktin filamentum erő
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
(Lodish,, H. et al. Mol. Cell Biol.. 2000, 767) Intermedier filamentumok szerkezete
Az intermedier filamentumok domén szerkezete H 2 N- α helikális domén -COOH keratinok vimentin neurofilam. prot. nukleáris prot
! NEM kopolimerizálnak egymással! Intermedier filamentumok Keratin filamentumok Vimentin-szerű filamentumok
Mikroboholy aktin miozin I. villin terminal web 20-30 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
(Hirokawa, N) Mikroboholy EM szerkezete aktin köteg kapcsoló molekulák terminal web
Intermedier filamentumok Neuro-filamentumok sok keresztkötés Gliális filamentumok kevés keresztkötés A filamentumokat összekötő protein keresztkötések száma az intermedier filamentum típusától függően eltérő.
Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok)
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
Motor proteinek
Motor-proteinek szerkezete asszoc. polipeptidek motor domén motor domén nyél asszoc. polipeptidek nyél asszoc. polipeptidek Kinezin Miozin Dynein
Motor proteinek mikrotubulus kinezin dynein nehéz lánc könnyű láncok kinezin dynein
kinezin - + camp dynein camp pigment sejtek
Kinezin ADP ATP ADP ATP ATP ADP ADP ADP-Pi Pi
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)
Dynein membrán kapcsolat Dynein Nehéz lánc p150 Összekötő láncok Könnyű láncok Capping protein Dynamantin p62 Spectrin Membrán Arp1 (Hirokawa, N. Science 1998, 279:519)
Van más mechanizmus is
Spazmonémás mozgás - Vorticella
Spazmonéma helix Kontrakció: 40% ms alatt Sebesség: 8 cm/s Negative töltések Semlegesítés Ca 2+ -vel
Aktin-tű tű mechanizmus Limulus polyphemus spermiumban acrosoma! aktinköteg A megnyúlás sem myosin-motort motort,, sem aktin polimerizációt nem igényel A köteg kristályszerkezete változik