Download ppt - Starpfilamenti 9. tēma

Transcript
Page 1: Starpfilamenti 9. tēma

Starpfilamenti9. tēma

Page 2: Starpfilamenti 9. tēma

Starpfilamenti

http://www.cytochemistry.net/Cell-biology/filam.htm

Page 3: Starpfilamenti 9. tēma

• Starpfilamenti ir atrodami visos eikariotisko šūnu tipos. Tie ir ļoti daudzveidīgi pēc garuma un ķīmiskā sastāva.

• Pašreizējais nosaukums radies tāpēc, ka to diametrs ir mazāks kā mikrocaurulītēm, bet lielāks kā mikrofilamentiem, un tas ir apmēram 10 nm.

• No mikrofilamentiem un mikrocaurulītēm tie atšķiras arī ar to, ka šo elementu polimerizācijai nav nepieciešama GTF vai ATF hidrolīze.

Page 4: Starpfilamenti 9. tēma

• Starpfilamenti, atšķirībā no mikrofilamentiem un mikrocaurulītēm, ir stabilāki. Tieši tie šūnās pilda skeleta funkciju, saista savā starpā dažādus citoskeleta elementus, plazmatisko membrānu un lielāko daļu no šūnu organoīdiem.

• Starpfilamentus, veido fibrillāras molekulas. Izmantojot lāzera konfokālo mikroskopiju, ir aprakstīti daudzi starpfilamentu veidi.

• Augu šūnās mikroskopijas metodes arī palīdz konstatēt pavedienus, kuru diametrs atbilstu starpfilamentiem. Tomēr bioķīmiskās metodes par starpfilamentiem ļauj uzskatīt tikai piecu radniecīgu grupu filamentus.

Page 5: Starpfilamenti 9. tēma

Mugurkaulnieku šūnās var izšķirt piecasstarpfilamentu grupas:

1) laminas;2) vimentīns un tam līdzīgās olbaltumvielas;3) bāziskie keratīni;4) skābie keratīni;5) neirofilamenti.

Starpfilamentu veidi

Page 6: Starpfilamenti 9. tēma
Page 7: Starpfilamenti 9. tēma

Starpfilamentu uzbūve

Visām pētītajām starpfilamentu grupām ir kopīgas molekulas uzbūves īpatnības:• Olbaltumvielas molekula sastāv no

aminoterminālās galvas daļas, • centrālās daļas un • karboksilterminālās astes daļas.Centrālo daļu veido četras -ķēdes, abimolekulas gali dažādiem starpfilamentiem ir ļoti atšķirīgi pēc savas struktūras, lieluma un aminoskābju sastāva.

Page 8: Starpfilamenti 9. tēma

Molekulas uzbūve

Page 9: Starpfilamenti 9. tēma

Centrālo daļu veido četras -ķēdes, abi molekulas gali dažādiem starpfilamentiem ir ļoti atšķirīgi pēc savas struktūras, lieluma un aminoskābju sastāva.

Page 10: Starpfilamenti 9. tēma

• Molekulas gali veido globulāras struktūras.Molekulas centrālo daļu veido gari, dažādu aminoskābju tandēmu atkārtojumi, kuri ir spirālveidīgi savīti.

• Visām starpfilamentu grupām centrālajā daļā ir apmēram 300 aminoskābes garš, līdzīgs domēns, kas saista starpfilamentu molekulas.

• Tomēr eksperimenti, kuros izmantoja starpfilamentu molekulas ar atdalītu aminoterminālo un karboksilterminālo molekulas daļu, parādīja, ka šādas molekulas parasti nevar apvienoties.

• Vienīgais izņēmums ir keratīni.

Page 11: Starpfilamenti 9. tēma

• Spirālveidā sagrieztās molekulas daļas palīdz apvienoties starpfilamentu molekulām, veidojot dimērus. Dimēra vienā galā atrodas abu molekulu karboksilterminālās daļas, bet otrā - aminoterminālās daļas.

• Dimēri var apvienoties tetramēros, kuriem ir pretēji vērsta polaritāte. Tetramēru garums ir apmēram 70 nm.

• Starpfilamentu pagarināšanās notiek, tetramēriem apvienojoties.

• Starpfilamentu spirālveida centrālās daļas reģioni nosaka to laterālo apvienošanos.

Page 12: Starpfilamenti 9. tēma
Page 13: Starpfilamenti 9. tēma

• Kodolos starpfilamenti ir apvienoti plākšņu veidā, bet citoplazmā atrodas cauruļveida un tīklveida starpfilamenti.

• Atšķirībā no mikrofilamentiem un mikrocaurulītēm, citoplazmā starpfilamentu molekulu monomēri praktiski nav sastopami.

• Lielākā daļa no tiem veido filamentus, bet pārējie atrodas tetramēru formā.

• Starpfilamenti šūnā neveido pilnībā stacionāras un nekustīgas struktūras. Izmantojot tetramērus, kuri ir iezīmēti ar fluorescentu krāsvielu, konstatēja, ka tetramēri dažu stundu laikā var iekļauties iepriekš eksistējošos starpfilamentos.

Page 14: Starpfilamenti 9. tēma

Līdzīgi kā mikrofilamenti un mikrocaurulītes, starpfilamenti mitozes laikā depolimerizējas. Depolimerizācija notiek tādēļ, ka specifiskas kināzes fosforilē starpfilamentu molekulas un tādējādi izmaina to telpisko struktūru. Fosforilētās molekulas atdalās viena no otras. Pēc mitozes starpfilamentu molekulas tiek defosforilētas, kas ļauj tām apvienoties.

Page 15: Starpfilamenti 9. tēma

Ar starpfilamentiem saistītās olbaltumvielas

Šīs olbaltumvielas savieno starpfilamentus un palielina to stabilitāti. Citas pievieno starpfilamentus citiem šūnas elementiem.• Plektīns - savieno ar mikrocaurulītēm.• Laminu receptors B - laminas B pievieno kodola

iekšējai membrānai.• Ankirīns - savieno starpfilamentus ar

mikrofilamentiem pie plazmatiskās membrānas.• Desmoplakīns - pievieno starpfilamentus pie

desmosomas.

Page 16: Starpfilamenti 9. tēma

Keratīna starpfilamenti

• Epitēlija šūnās keratīna starpfilamenti pievienojas pie desmosomām un tādējādi savieno blakus novietotās šūnas.

Page 17: Starpfilamenti 9. tēma

Keratīna starpfilamentu novietojums• Keratīna starpfilamenti ir sastopami visos

dzīvnieku šūnu tipos. • Visvairāk keratīna starpfilamenti ir sastopami

epitēlija šūnās. • Daudzos gadījumos keratīns modificējoties

veido matus, nagus vai ragus. • To molekulmasa ir 40 - 70 kD. Keratīns satur

daudz sēra. • Šūnās ir sastopama liela keratīna filamentu

daudzveidība.

Page 18: Starpfilamenti 9. tēma

Pēc ķīmiskās uzbūves izdala divas keratīna filamentu grupas: • Skābie; • neitrāli/bāziskie. Abu šo grupu filamenti veido heterodimērus.

Keratīna starpfilamentu uzbūve dažādās šūnās ir atšķirīga. Ļoti bieži šūnās ir novērojami keratīna starpfilamenti, kuru pamatsastāvdaļa ir savīti dimēri. Šādi dimēri apvienojas protofibrilās un kūlīšos.

Page 19: Starpfilamenti 9. tēma

• Keratīna starpfilamentu kūlīši apvienojas, veidojot pavedienu tīklu,kas ietver kodolu un ir saistīts ar plazmatisko membrānu.

• Pie plazmatiskās membrānas tos piesaista hemidesmosomas vai desmosomas.

Page 20: Starpfilamenti 9. tēma

http://hykim.chungbuk.ac.kr/lectures/cell-biol/7/Fig7-18.jpg

• Keratīna starpfilamenti pie desmosomām

Page 21: Starpfilamenti 9. tēma

http://www.curie.fr/sr/cdrom/equipes/thie7e.htm

• Keratīns sarkans, kadherīns - zaļš.

Page 22: Starpfilamenti 9. tēma

Keratīna filamentu novietojuma izmaiņas ontoģenēzē

Keratīna starpfilamentu sadalījums un veidotās struktūras ir mainīgas šūnu attīstības laikā. Apskatīsim tā izmaiņas vardes, Xenopus sp., oocītos.

Page 23: Starpfilamenti 9. tēma

• Oogonijās pirms un pēc mitozes nav novērojami citokeratīni (zaļi krāsoti).

• Citokeratīni (CK) ir redzami blakus novietotajās folikulārajās šūnās.

http://froglab.biology.utah.edu/Cytoskeleton/Keratins/body_keratins.html

Page 24: Starpfilamenti 9. tēma

• Citokeratīni parādās I stadijā. Tie ietver kodolu un kodola tuvumā novietotos mitohondrijus.

• Vēlāk tie saista ietvertās organellas ar šūnas perifēriju un plazmatisko membrānu.

http://froglab.biology.utah.edu/Cytoskeleton/Keratins/body_keratins.html

Page 25: Starpfilamenti 9. tēma

• No II - III stadijai citokeratīni izveido citoplazmā augsti organizētu tīklojumu. Palielinās radiālo pavedienu skaits.

• No IV -V stadijai veidojas starpfilamentu sadalījuma polaritāte, bet šūnas perifērijā parādas pigmenti.

• Oocītu nobriešanas gaitā starpfilamenti sadalās oligomēros un to organizācija tiek pārveidota.

http://froglab.biology.utah.edu/Cytoskeleton/Keratins/body_keratins.html

Page 26: Starpfilamenti 9. tēma

Kodola laminas

• Laminu molekulmasa ir 65 - 75 kD. Laminu molekulām ir garāka centrālā daļa kā citiem starpfilamentiem. Kodola laminas ir savienotas savā starpā, līdzīgi kā tas tika apskatīts iepriekš.

• Kodola laminas plākšņveidā izklāj kodola iekšējo membrānu. Pārtraukumi rodas tikai poru vietās.

Page 27: Starpfilamenti 9. tēma

Kodola laminu veidi

• Kodolos izdala trīs laminu veidus - A, B, C, kas savā starpā atšķiras pēc molekulas centrālās daļas uzbūves un sava novietojuma. Tās piesaistās pie kodola iekšējās membrānas olbaltumvielām un hromatīna.

• Piestiprināšanos pie iekšējās membrānas nodrošina B laminas.

Page 28: Starpfilamenti 9. tēma

http://www.cmb.uab.edu/courses/Lectures/johnsonl2p3.pdf B. Alberts et. al Molecular Biology of the Cell

Page 29: Starpfilamenti 9. tēma

Laminu B pievienošanās kodola iekšējai membrānai

• Laminu B monomēriem karboksilterminālajā daļā pie cisteīna SH grupas pievienojas izoprenilfosfāts.

• Pēc tam no molekulas karboksilterminālās daļas atdalās trīs aminoskābes, un šādi monomēri apvienojas dimēros.

Page 30: Starpfilamenti 9. tēma

• Laminu B hidrofobā izoprenilgrupa savukārt izveido saites ar kodola iekšējās membrānas lipīdu dubultslāni. Tā kā laminu B molekulas ir saistītas ar membrānu lipīdiem, tās mitozes laikā paliek savienotas ar izirušās kodola membrānas vezikulām. Laminu B dimēru karboksilterminālā daļa var pievienoties arī pie membrānā novietotā laminu B receptora.

Page 31: Starpfilamenti 9. tēma

Kodola laminas mitozē

Page 32: Starpfilamenti 9. tēma
Page 33: Starpfilamenti 9. tēma

Vimentīns, desmīns un periferīns• Desmīns ir sastopams

muskuļu šūnās. Tas palīdz apvienot miofibrillas kūlīšos. Visraksturīgākais tas ir šķērssvītrotajos muskuļos. Tas savieno miofibrillu Z-diska reģionus vai piesaista tos plazmatiskajai membrānai.

Attēlā redzams imūnhistoķīmiski Iekrāsots desmīns cilvēka

tievajās zarnās.

Page 34: Starpfilamenti 9. tēma

Desmīns

Ar koloīdo zeltu iezīmēts desmīns sirds muskuļu šūnās.http://www.aurion.nl/se-pre.html

http://trc.ucdavis.edu/mjguinan/apc100/modules/Circulatory/heart/cardiac2/cardiac1.html

Page 35: Starpfilamenti 9. tēma

Vimentīns

• Vimentīns ir sastopams gandrīz visās dzīvnieku šūnu grupās. Par tā atrašanos augu šūnās ir pretrunīgas ziņas. Vimentīna daudzums ontoģenēzes laikā var mainīties.

• Neironos vimentīnam ir piesaistīts periferīns, muskuļu šūnās desmīns, kur desmīns nodrošina miofibrillu savienošanu.

Page 36: Starpfilamenti 9. tēma
Page 37: Starpfilamenti 9. tēma

Vimentīns var saistīties arī ar ankirīnu un plektīnu.• Ankirīns ļauj vimentīna filamentus piestiprināt

plazmatiskajai membrānai. • Plektīns ļauj to pievienot laminām B, spektrīnam

vai MAP olbaltumvielām. • Tādējādi vimentīns noenkuro kodolu un savieno

šūnas citoskeleta sistēmu.

Page 38: Starpfilamenti 9. tēma

http://medlab1.unm.edu/biomedcom/Photography/vimentin-large-jpg.htm

Page 39: Starpfilamenti 9. tēma

Vimentīnu var novērot kodolos interfāzes laikā, kur tas nosaka hromatīna telpisko organizāciju un piedalās transkribētās RNS transportā. Vienības garums: 500nm

J. M. Bridger, H. Herrmann, C. Münkel, P. Lichter (1998) Identification of an interchromosomal compartment by polymerization of nuclear-targeted vimentin. Journal of

Cell Science 111, 1241-1253.

Page 40: Starpfilamenti 9. tēma

Periferīns

• Periferīns ir konstatēts mugurkaulnieku perifērās nervu sistēmas šūnās, fotoreceptoros u.c. šūnu tipos. Taču tā funkcijas ir nepilnīgi noskaidrotas.

http://rgp.ufl.edu/pdf/otl/marketing/1743.pdf

Periferīns peles acī

http://www.vectorlabs.com/infopage.asp?dpID=33&locID=1238

Page 41: Starpfilamenti 9. tēma
Page 42: Starpfilamenti 9. tēma

Periferīna novietojums

http://www.biochem.ubc.ca/Faculty/ Molday.html

Page 43: Starpfilamenti 9. tēma

Periferīns

Page 44: Starpfilamenti 9. tēma

Neirofilamenti• Neirofilamenti visbiežāk ir sastopami nervu

šūnu aksonos. Tomēr mazāk izpētītais nestīns ir novērojams arī mugurkaulnieku ontoģenēzes sākumā nervu un muskuļu šūnās.

• Mikrocaurulītes nodrošina aksonu augšanu garumā, bet neirofilamenti nodrošina aksonu diametra palielināšanu. Tāpēc no neirofilamentu daudzuma aksonā ir atkarīgs impulsa izplatīšanās ātrums.

• Neirofilamenti šūnās bieži apvienojas ar vimentīna filamentiem.

Page 45: Starpfilamenti 9. tēma

• Neirofilamenti parasti ir veidoti kā heteropolimēri.

• Neirofilamentus veido triju veidu polipeptīdi, kas atšķiras pēc garuma un molekulmasas:

• NF-L, • NF-M• NF-H.

http://www.biozentrum.unibas.ch/~izmb/atlas/htm/p36.htm

Page 46: Starpfilamenti 9. tēma

Šūnu kultūra ar žurkas hipotalāma neironu šūnām. Neirofilamenti (NF-L) zaļi.

http://www.mbi.ufl.edu/Dept/Faculty/Shaw.html

Page 47: Starpfilamenti 9. tēma

http://www.seas.upenn.edu/be/labs/meaney_lab/InVivo.htm

Peles redzes nerva aksoni. Neirofilamentu bojājumi.

Page 48: Starpfilamenti 9. tēma

• Aksonos un dendrītos neirofilamenti var būt pievienoti mikrocaurulītēm un transportējamajām organelām.

B. Alberts et. al Molecular Biology of the Cell

Neirofilamenti starp mikrocaurulītēm.

Page 49: Starpfilamenti 9. tēma

Ar bultiņu norādīt neirofilamenti aksonā. Trusis, smadzeņu garoza. Vienības garums: 400 nm

http://synapses.bu.edu/atlas/1_1_8_4.stm

Page 50: Starpfilamenti 9. tēma

Neirofilamenti pie vezikulām.

B. Alberts et. al Molecular Biology of the Cell.

Page 51: Starpfilamenti 9. tēma

Neirofilamenti pie mitohondrijiem.

Page 52: Starpfilamenti 9. tēma

• Nervu šūnās neirofilamentus pārvieto gar mikrocaurulītēm.

• Jagesh V. Shah,* Lisa A. Flanagan, § Paul A. Janmey, and Jean-François Leterrier Bidirectional Translocation of Neurofilaments along Microtubules Mediated in Part by Dynein/Dynactin. MCB,Vol. 11, Issue 10, 3495-3508, October 2000

Page 53: Starpfilamenti 9. tēma

Starpfilamentiem pievienotās olbaltumvielas

Page 54: Starpfilamenti 9. tēma

Recommended