Citoszkeleton – Sejtmozgás
Citoszkeleton funkciói • • • • • • •
Sejtalak meghatározása Organellumok kihorgonyzása Organellumok mozgatása Húzószilárdság Kromoszóma mozgatás Sejtpolaritás Motilitás
Citoszkeleton Mikrofilamentumok (aktin) z Mikrotubulusok (tubulin) z Intermedier filamentumok z
z
Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok) pl.: Motor proteinek
Mikrofilamentum
Mikrotubulus
Intermedier filamentum
SLIDING = elcsúszás Globuláris fehérjék Ca2+
ATP
Fibrilláris fehérjék
Mikrofilamentumok
Aktin -polimerizációja ATP
+
ADP
Depolimerizáció
ADP
ATP
cytochalasin - gátol phalloidin - stabilizál
Pi 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 z Elcsúszás - „sliding” z Ca2+, hőmérséklet és pH-függő z
(Lodish, H. et al. Mol. Cell Biol. 2000, 767)
„Szökőkút” mechanizmus Ca2+-függő ATP igényes MonoPoliLobo- podiális FiloRetikulo-
Álláb-képzés stressz-fibrillumok
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 γCAP39
Tropomodulin
Severin
+
-
Cofilin Severin Gelsolin
Gelsolin Villin CapZ
Aktin polimerizáció – acrosomareakció Acrosomális reakció Polimerizált Aktin filamentumok Acrosoma
Fascin keresztkötések
Actomera Periacrosomális régió Profillin-aktin komplex Sejtmag Nyugvó
Aktivált (Lodish, H. et al. Mol. Cell Biol. 2000, 767)
Listeria monocytogenes
• lokális aktin polimerizáció • 10 µm/ perc sebesség • nagy áthatoló képesség
aktin
Fred Soo & Julie Theriot Laboratory
Aktin nukleációs modell 1. Extracelluláris stimulus
5. A növekvő filamentumok a membránra erőt fejt ki 4. Elongáció
2. WASP aktiválódás 3. WASP aktiválja az Arp2/3 komplexet új filamentum képzésre
6. ‘Capping” prot. elongációt fékezi
7. Láncöregedés Aktin-ATP kötődése profilinhez
9. Profilin > ADP/ATP
8. Cofilin depolimerizál
WASP = Wiscott-Aldrich szindroma prot.
Kérgi régió szerkezete
(Svitkina, Svitkina, TM, Borisy GG J. Cell Biol. 1999, 145, 1009)
Aktin – Membrán kapcsolat membrán
Miozin I.
Arp2/3
F-Aktin
Profilin - G-aktin
Filamin
Integrin
Profilin-mechanizmus Tβ4 = 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
vinculin paxillin talin
integrin
fibronectin
A plazmamembrán – cortex kapcsolat
Thrombocyta
Glycophorin Ankyrin Spectrin tetramer
Izom
Hámsejt
(Lux SE, 1979 Nature 281:426)
E Az elektromágneses tér hatása a citoszkeleton átrendeződésére és az állábképződésre
Adhéziós plakk
++ + -
-
Miozin
fej
A Ca2+-függő foszforiláció hatása a miozin szerkezetére könnyű lánc nehéz lánc α-helix
ATP - ADP Pi
miozin I. 150 kD 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)
-
+ A citoszkeleton globuláris és fibrilláris elemeinek egymásrahatása és ennek fő funkciói
membrán
kezeletlen
gátolt F-aktin
gátolt MT
Mikrotubulusok
Már a prokaryotákban is ! Tubulin
FtsZ
Tubulin
(Margolin Laboratory, University of Texas)
Tubulin - polimerizációja Taxol – stabilizál Colchicin - destabilizál
GTP
GTP
GTP
GTP
Polimerizáció - gyors
Protofilamentum (egyenes) GDP GDP
GDP
Protofilamentum (görbült)
GDP
Depolimerizáció
Mikrotubulusok felépülésének dinamikája Nukleáció
+ tubulin beépülés egyensúlyi állapot tubulin leválás
Elongáció
-
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
ostor
Paramecium
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 z dynein karok külső - 9 polipeptid - ATP-áz belső - változó összetétel z küllők - 17 polipeptid z
Magorsó és kinetochor mikrotubulusai
Aktin sejtosztódástól függő elrendeződése
Intermedier filamentumok
alakváltozás
A citoszkeleton komponenseinek mechanikai jellemzői intermedier filamentum pl. vimentin
mikrotubulus
= szakadás
aktin filamentum erő
Intermedier filamentumok szerepe A sejtet érő mechanikai hatások elleni „puffer” szerep Jelentős szövetspecifitás Hám – keratin Kötőszövet Izom Neuroglia
}
Sejtmag – laminok (lamina fibrosa) vimentin
Neuronok - neurofilamentumok
Intermedier filamentumok szerkezete
(Lodish, H. et al. Mol. Cell Biol. 2000, 767)
Az intermedier filamentumok domén szerkezete H2N-
α helikális domén keratinok vimentin
neurofilam. prot.
nukleáris prot
-COOH
Intermedier filamentumok
Keratin filamentumok
Vimentin-szerű filamentumok
! NEM kopolimerizálnak egymással !
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
Mikroboholy EM szerkezete aktin köteg
kapcsoló molekulák
„terminal web”
(Hirokawa, N)
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 Sejt alak, polaritás - kapcsolódás MF-hoz és IF-hoz
•
Motor proteinek
Membrán transzport
- elcsúszás MT-n
•
Enzimek, szignál molekulák - glikolítikus enzimek - kinázok
Molekulák összeépülése egyes helyeken
Motor proteinek
Motor-proteinek szerkezete asszoc.
motor domén
polipeptidek motor domén „nyél”
asszoc. polipeptidek Kinezin
„nyél” asszoc. polipeptidek
Miozin
Dynein
Motor proteinek kinezin mikrotubulus
nehéz lánc könnyű láncok
kinezin dynein
dynein
kinezin
-
+ dynein
cAMP
pigment sejtek
cAMP
Kinezin ADP
ADP
ATP
ADP ATP
ATP
ADP ADP-Pi
MT-motor proteinek és transzportált elemek Membrán vezikulum
Mitoch.
Golgi ER
Lizoszóma MTOC
Lizoszóma Cytosol dyneinek
Cytosol kinezinek
Magorsó kinezinek
(Hirokawa, N. Science 1998, 279:519)
Dynein – membrán kapcsolat Dynein Nehéz lánc
p150 Összekötő láncok Dynamantin
Könnyű láncok
p62
Capping protein
Membrán
Spectrin
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 Ca2+-vel
Aktin-tű mechanizmus Limulus polyphemus spermiumban acrosoma
!
aktinköteg
• A megnyúlás sem myosin-motort, sem aktin polimerizációt nem igényel • A köteg kristályszerkezete változik
