Laminy a laminopatie
Co jsou to laminy? ¾ intermediální filamenta - V. třída ¾ nacházejí se v jádře
Intermediální filamenta (IFs) ¾ filamenta o průměru 10-12 nm ¾ strukturální funkce, ochrana proti mechanickému stresu ¾ nejméně strukturálně charakterizované z cytoskeletálních komponent ¾ objev až později v evoluci – jen u metazoí (nejsou u rostlin ani u hub)
Třídy IFs: IFs: - 4 typy - cytoplazmatické - 5. typ - jaderné jaderné laminy
Intermediální filamenta - struktura „Tripartitní“ struktura IFs:
¾ cetrální α-heliká helikální lní doména (rod domain) - repetice 7 AK, kdy každá 1. a 4. AK je nepolární coiled-coil stuktura ¾ koncové neheliká nehelikální lní domény - hlava (N-konec) - ocas (C-konec) - velmi se různí (délkou, sekvencí) mezi odliš. IF - důležité pro tvorbu vláken
Struktura laminů - C-koncová doména velmi krátká (33 AMK) - segment 1B o 6 heptad delší (42 AMK) - N-koncová doména - NLS - Caax box
Intermediální filamenta - skládání 3 „assembly“ skupiny IFs ¾ keratiny (A) - tvoří heterodimery - laterální a longitudinální asociace ¾ většina ostatní ostatních cytoplasmatických IFs (B) - tvoří homopolymery - laterální asociace; ULF ¾ jaderné jaderné laminy (C) - longitudinální asociace (head-to-tail)
Laminy ¾ člověk - 3 geny kódující 7 proteinů: A-typ a B-typ laminy typu A: A gen LMNA: LMNA lamin A, lamin C, lamin A∆10, lamin C2 (jen v testes) laminy typu B: B gen LMNB1: LMNB1 lamin B1 gen LMNB2: LMNB2 lamin B2, lamin B3 (jen spermatocyty)
¾ laminy typu B - exprimovány téměř ve všech buňkách, během celého vývoje - esenciální pro životnost buněk ¾ laminy typu A - vývojově regulované - exprese hlavně v somatických diferencovaných buňkách - specializované funkce
Laminy
Postranslační úpravy laminů Isoprenylace a metylace (laminy B, prelaminA): 1. farnesylace Cys v CaaX boxu (A-alifatická AK, X-obvykle S,M,C,A,Q) - farnesyl transferasa 2. odštěpení tripeptidu –AAX - AAX endoproteasa 3. methylace nyní koncového Cys - karboxymethyltransferasa u prelaminu A: 4. odštěpení ještě dalších 15 AK - odstranění farnesylovaného konce! - prelamin A: 74 kDa 72 kDa: lamin A Metalloproteinasa Zmpste24 (FACE(FACE-1) - oba proteolytické kroky u prelaminu A
Postranslační úpravy laminů Fosforylace - interfáze, mitóza - P-místa - na N-konci laminů (u coil 1A) - na C-konci (blízko coil 2B) - cdc2 kináza, proteinkináza (PKC), cyklin-AMP-dependentní kináza (PKA) - regulace skládání a rozkládání laminy
Dynamika laminů během BC Rozpad laminy - profáze/metafáze - kináza p34cdc2 (cdk1) - savčí buňky: A-laminy- disociace z jaderné laminy v časné profázy; rozptýleny do cytoplasmy B-laminy- disociace později; asociovány s membránou
Sklá Skládání laminy - pozdní telofáze - defosforylace Lamin B1- v pozdní anafázy vazba na periferní části chromosomů -telofáze- reasociuje s membránovými partikulemi Lamin A - vazba k lamině během G1 fáze
Jaderná lamina ¾ Xenopus oocyty: - síť 10 nm laminových filament bezprostředně pod jadernou membránou ¾ Málo známo o přesném uspořádání ¾ U ostatních buněčných typů: - lamin není podél jaderného obalu distribuován homogenně - i v nukleoplazmě - malé shluky (lamin A, B) - difúzně rozptýlen nukleoskelet
Spread NE prepared from Xenopus oocytes after extraction with Triton X-100 and prepared for transmission electron microscopy by freeze drying/unidirectional metal shadowing (Aebi et al., Nature, 1986)
Visualization of an internal nucleoskeleton in HeLa cells from which ~90% chromatin had been removed. (C) Nuclear region; pan-intermediate-filament antibody; more core filaments are visible. (D) Nuclear and cytoplasmic regions; anti-vimentin antibody. nu, nucleolus; ns, nucleoskeleton; n, nucleus; l, lamina; cf, core filaments (Hozák et al. 1995, Journal of Cell Science)
Interakce laminů s jadernými komponentami ¾ LAPs (lamina-associated polypeptides) LAP2 - 6 alternativně sestřižených izoform - exprese v půběhu vývoje - esenciální LAP2α - v nukleoplazmě, váže lamin A/C LAP2β - interaguje s rod doménou B-laminů - důležitý pro assembly B-laminů do laminy ¾ LBR (p58) - lamin B receptor nukleoplasmatická doména: - interakce s B-laminy, HP1 (human chromatinassociated protein), chromatinem - fosforylační místo pro PKA, cdc2, arginin-serin (RS)-specific kinásu ¾ Emerin - 34 kDa - gen EMD (STA) na X chromosomu mutace způsobuje X-linked formu Emery-Dreifuss svalové dystrofie - distribuce v INM závislá na laminu A
¾ MAN1 - funkce v časném vývoji (překryvné funkce s emerinem) LEM motivmotiv u LAP2, emerinu, MAN1 - cca 40 AMK - vazba laminů a BAF (barrier to autointergal factor)
Interakce laminů s jadernými komponentami ¾ Nespriny - tzv. spectrin repeat proteiny; - spectrin repetice v jádru proteinu - NH2- terminální calponin homologická doména - COOH-terminální Klarsicht doména Izoformy nesprin1: nesprin1 CPG2, syne-1, myne-1, Enaptin Izoformy nesprin 2: syne-2, NUANCE - v INM i ONM - interakce: aktin, lamin A,C, emerin Izoformy nesprin 3: bez aktin-vazebné domény - asociace s plectinem ¾ SUN domain proteiny - Caenorhabditis e.- UNC-84, UNC-83 - Lidské homology – SUN1, SUN2
Jaderná lamina - funkce ¾ určuje velikost, tvar a sílu jádra ¾ odolává deformaci, chrání chromatin ¾ laminy - ukotvení a rozmístění elementů jaderného obalu do správných pozic (jaderné póry, různé membránové proteiny) ¾ asociace s chromatinem (proteiny v lamině - interakce s chromatinovými proteiny: LBR-HP1; LAP2b-BAF; laminy-histony) ¾ role v apoptóze - laminy, LAPs - časné cíle kaspas - usnadnění aktivace nukleas - lamina - místo pro ukotvení apoptotické signální mašinerie? - mutace laminů - mohou působit citlivost buněk k apoptóze ¾ role při rozpadu a složení jaderného obalu během cytokineze ¾ interakce s cytoskeletem (SUN doménové proteiny, nespriny) - „bridging“ NE
Jaderná lamina - funkce
chybí Nup153
chybí laminy
Jaderná lamina - funkce Role laminů v replikaci DNA ¾ představa o mechanismu zatím sporná ¾ funkce laminy - uspořádání replikačních center ¾ lamin B - asociace s replikačními ohnisky v S-fázi ¾ lamin A/C - replikační ohniska kolem jadérka ¾ komplex LAP2β a HA95 - iniciační fáze replikace
Role laminů v transkripci laminy typu B: B - vazba RNA poly II - vliv na základní procesy syntézy RNA - asociace: s periferním heterochromatinem (přes LBR a jeho interakce s HA95, HP1) Oct1 (represor kolagenázového genu) s LAP2β+ GCL+ DP3: represe E2F-DP3
Jaderná lamina - funkce Role laminů v transkripci laminy typu A: - ovlivnění aktivity proteinů regulujících transkripci - dynamičtější - ovlivnění transkripce i v místech dál od j. membrány - s LAP2α - v různých tělíscích v nukleoplasmě - asociace se speciálními TF: SREBP1 (Sterol-Response Element Binding Protein 1) Rb - funkční interakce (s laminemA +LAP2α) přes emerin: s GCL / BAF
Laminopatie ¾ mutace v laminech (typu A) a v proteinech interagujících s laminy (např. geny EMD, LBR, MAN1, LAP2, AAS, FACE1-ZMPSTE24) působí mnoho dědičných či sporadických onemocnění ¾ Společné symptomy: ochabnutí svalů lokomoční problémy kardiovaskulární problémy ¾ Přes 180 mutací v LMNA, které způsobují laminopathie
Laminopatie ¾ Pruhované svalstvo - Emery-Dreifusova svalová dystrofie (EDMD EDMD) - Svalová dystrofie končetinových pletenců typu 1B (LGMD LGMD--1B) 1B - Forma dilatační kardiomyopatie (DCM DCM)
¾ Tuková tkáň - Dunniganova familiární parciální lipodystrofie (FPLD FPLD--1B) 1B
¾ Periferní nervy - Autosomální recesivní syndrom Charcot-Marie-Toothův typu 2B1 (AR AR--CMT2CMT2-B1) B1 ¾ Systemické laminopatie - Mandibuloakrální dysplázie (MAD MAD) - Hutchinson-Gilfordova progerie (HGPS HGPS) - Atypický Wernerův syndrom (WS WS) - Novorozenecká restriktivní dermopatie (RD RD) + překryvné laminopatie
Emery-Dreifusova svalová dystrofie (EDMD) projevy: - časné zkrácení šlach v kotníku, lokti a zkrácení páteřních svalů (první projevy už 4.-5. roku) - postupně ochabování a ubývání svalů proximálně v horních a distálně v dolních končetinách - rozvinutí kardiomyopatie - defekty v přenosu impulzů EDMD - X-linked (XL-EDMD) - mutace v genu STA (EDM) na chromosomu q28 - autosomálně dominantní (AD-EDMD) - mutace v genu LMNA na chromosomu 1q21.3 - autosomálně recesivní (AR-EDMD) -vzácně
Svalová dystrofie končetinových pletenců typu 1B (LGMD, „limb-girdle muscular dystrophy“) ¾ mutace v LMNA ovlivňující pruhovanou svalovinu- podél celého genu
projevy: projevy mírnější projev, pozdější propuknutí - ochabování svalstva pánevních a ramenních pletenců - zkracování šlach, občas zbytnění lýtka - srdeční poruchy - později v životě
Způ Způsob dě dědič dičnosti: -dominantní LGMD1 - recesivní LGMD2
Forma dilatační kardiomyopatie (DCM) ¾ „dilated cardiomyopathy“ - těžké onemocnění srdeční svaloviny
projevy: - postupné rozšíření komor, narušená systolická funkce - příčně pruhované svaly buď nezasaženy, nebo zasaženy jen mírně - srdeční selhání možné již v mladém věku EDMD, LGMD, DCM - velmi podobné, překrývající se fenotypy - mohou reprezentovat různé stupně jedné a té samé choroby
Dunniganova familiární parciální lipodystrofie (FPLD-1B) projev: (AD charakter) - ztráta podkožního tuku v končetinách a trupu + nadměrné hromadění tukové tkáně kolem krku, obličeje (dvojitá brada) a ramen - tzv. „buvolí hrb“ - různé stupně rezistence k inzulínu, diabetes II, hypertriglyceridemie - redistribuce tukové tkáně - zjevná v/po pubertě
mutace v LMNA - v C-koncové globulární části,
Hutchinson-Gilfordova progerie (HGPS) 6 let
15 let
¾ vzácný syndrom předčasného stárnutí nejdramatičtější fenotyp (1:8 000 000 porodů)
projev: projev - předčasné známky senility - překvapivého stupně: zpomalený růst, ztráta podkožního tuku, ztráta vlasů, řídnutí kostí, rezistence k inzulínu, slabě vyvinuté svalstvo, nedokončený sexuální vývoj, arterioskleróza, vystupující oči, zobákovitý nos, ... - nástup během prvních let života (jeví se normální při porodu) - mentální a emocionální vývoj nenarušen - střední délka života 13,4 roku (smrt mezi 7 a 25,5 roku)
Nuclear laminopathies AR (autosomal recessive) and AD (autosomal dominant) designate the mode of inheritance of the diseases.
Laminopatie Mutace v laminu typu B: ¾ Letální v embryonálním stádiu ¾ Více neidentifikované laminopatie Mutace v LMNB1 - autosomal dominant leukodystrophy (ADLD) Mutace v LMNB2 - Barraquer-Simons syndrome (APL) ¾ Spektrum nemocí spojeno s mutacemi laminB-receptoru LBR - Greenberg dysplasia - Pelger-Huet anomaly
Jak mutované laminy působí laminopatie? ¾ zatím neexituje přesný model k vysvětlení molekulární podstaty laminopatií ¾ několik hypotéz:
- strukturální hypotéza - hypotéza genové exprese - teorie „zadržení v ER“ - hypotéza buněčné proliferace - toxicita prelaminu A
¾ asi kombinace všech těchto mechanismů - mohou přispívat v různé míře k patogenezi nemocí - žádná z teorií nefunguje exkluzivně
Děkuji za pozornost
