Az eukarióta sejtváz II. Az aktin filamentumok és az intermedier filamentumok

1. Az eukarióta sejtváz II. Az aktin filamentumok és az intermedier filamentumok Darvas Zsuzsanna Ph.D. egyetemi docens GSI SE

2. Aktin filamentumok=mikrofilamentumok mikrotubulusok: zöld aktin: piros migration.wordpress.com/.../

3. Baktérium: aktin homológ fehérje www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/groups/jyl/frame_MreB.html www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/SS/Lowe_J/

4. Aktin a baktériumsejtben www.stanford.edu/group/sm_cell_imaging/ www.pnas.org/.../102/51/18602/F5.expansion.html A baktérium sejt membránja alatt feladat: sejt alakja, sejt osztódása

5. aktin filamentumok szerveződése www.borisylab.northwestern.edu/.../lemfig5.html www.answers.com/topic/cytoskeleton www.colorado.edu/MCDB/MCDB1150/ohd/overhead.html Polymerizáció /depolimerizáció: polarizált struktúra

6. www.cytochemistry.net/Cell-biology/actin_fila... - polimerizáció depolimerizáció + G aktin homodimerek ATP/ADP kötés F aktin: 2 csavart szál poláris - és + vég Aktin típusok: G aktin és F aktin

7. F aktin és G aktin ciklusos kapcsolata és a taposómalom jelenség Filamentous (F)-actin is, however, asymmetric and the two extremities retain different kinetic characteristics. Actin monomers assemble much more rapidly at the 'barbed end' compared to the 'pointed end' (these names correspond to the arrowhead appearance of myosin heads bound to actin filaments). The critical concentration of the pointed end is higher than that of the barbed end. When F-actin and G-actin are at equilibrium, the global critical concentration is intermediate between those of the two ends separately. So, at this stage, there is a net loss of molecules at the pointed end and a net addition at the barbed end. The two rates balance, which leads to treadmilling — a net flow of actin subunits through the filament.

8. Aktin filamentum keletkezése in vitro Növekvő aktin filamentumok

9. Actin binding proteins (ABPs) – aktin kötő fehérjék • 3 csoport • polymerizáció/depolymerizáció, nukleáció - kötegelő és keresztkötő fehérjék - motor fehérjék: miozin

10. ABPs Aktin monomer: ATP és ADP kötött formája ATP kötött: beépül -profilin ADP kötött: leválik-cofilin ADP/ATP csere-CAP Nukleáció (aktin polimerizáció) fehérjéi: ARP komplex: polimerizáció és elágazás Formin: aktin polimerizáció és kontollált növekedés Spire: 4 aktin monomer összekapcsolása-új aktin filamentum indítása Keresztkötő és kötegelő fehérjék Laza és szoros kötegek –-aktinin, fimbrin Két és háromdimenziós hálózatok – filamin, spektrin Sapkaképző fehérjék + végen sapka, amely gátolja a polimerizációt: capZ Gelsolin: sapka és rövid filamentum képzés Reguláció: Foszforiláció/defoszforiláció RHo, Rac. Cdc42 kis G fehérjék

11. Gomba: Amanita phalloides phalloidin Cytochalasin B commons.wikimedia.org/wiki/Image:Cytochalasin... Gomba: Helminthosporium dermatioideum gomba metabolitok cytochalasin – gátolja az aktin polymerizációt phalloidin – stabilizálja az F aktin filamentumokat www.goutpal.com/colchicine-side-effects.html

12. Motor fehérjék: miozinok Szerkezet: nehéz lánc és könnyű láncok globuláris fej és spirális farok fej: motor domén ATP-áz aktivitás Mozás iránya: általában - vég motor

13. A miozin motorfehérje családfája www.mrc-lmb.cam.ac.uk/myosin/trees/trees.html

14. Aktin filamentumok szerveződése I. ABPs www.answers.com/topic/cytoskeleton Aktin ( piros): kérgi aktin réteg a plazmamembrán alatt

15. Molekulák a kérgi aktin hálózat létrehozásában Regulation of actin assembly by the WAVE complex Background Regulation of the actin cytoskeleton is crucial for cell morphology and motility during development, health and disease. In motile cells, actin assembly occurs largely by nucleation of new actin filaments on the sides of existing filaments to generate branched filament networks that push and deform the plasma membrane, causing protrusion of the leading edge. The Arp2/3 complex is a key factor mediating nucleation and branching of filaments, and it is regulated by nucleation promoting factors such as WASP, N-WASP and WAVE proteins. Upstream signals, initiated by ligands binding to growth factor or chemoattractant receptors, recruit nucleation promoting factors to the plasma membrane, where they stimulate actin nucleation by the Arp2/3 compex. kis G fehérjék (Rho, Rac, Cdc42) szerepe szignál továbbítás az aktin filamentumok nukleációjához) kirschner.med.harvard.edu/.../andres.shtml

16. Aktin filamentumok szerveződése II. 1 2 www.nature.com/.../n7001/fig_tab/430734a_F1.html • lamellipódium: • 2 ill. 3 dimenziós aktin hálózat • a membrán alatt • keresztkötő aktin fehérjék • pl. filamin 2. filopódium: párhuzamos aktin kötegek - kötegelő fehérjék pl. fimbrin

17. www.nature.com/.../n7001/fig_tab/430734a_F1.html Actin filaments polymerize at their fast-growing 'barbed' ends near the plasma membrane. They stop growing when they are capped by capping protein. If barbed-end capping activity is high, filaments get capped, stop growing and remain short. This favours an actin filament network that is most efficient for lamellipodium expansion. Filopodia result when filaments of the lamellipodial actin network are recruited by a filopodial tip complex that includes Ena/VASP proteins; filaments grow long because Ena/VASP proteins also inhibit capping locally.

18. anatomy.iupui.edu/.../cell.f04/cellf04.html www.cytochemistry.net/.../actin_filaments.htm Tövénél: (spektrin, miozin, intermedier filamentumok) terminal web (végháló) Aktin filamentumok szerveződése III. Mikrobolyhok (villin, fimbrin- kötegelőfehérjék miozin I. – motor fehérje)

19. Aktin filamentumok szerveződése IV. scienceblogs.com www.biomedcentral.com/.../archive/2006/01 Aktin filamentum kötegek a citoplazmában: stressz rostok szerep az amőboid típusú mozgásban

20. Mozgás: sejtváz komponensek és motor fehérjék segítségével Két alaptípus: Tubulin alapú mozgás: csilló, ostor Aktin alapú mozgás :amőboid, izom

21. Amőboid mozgás cellix.imba.oeaw.ac.at/.../

22. 1.Álláb (vagy filopódium, lamellipódium) képződés a vezető végen : aktin filamentumok képződése – aktin polimerizáció, elágazás, amelyet kis G fehérjék szabályoznak (Rac, Rho, cdc42) 2. Sejt-mátrix kölcsönhatás: fokális kontaktusok képződése ebben:sejt-mátrix kapcsoló molekulák integrinek és ECM molekulák szerepe 3. proteolízis: fokális kontaktus területén ECM molekulák bontása MMP (matrix metallo proteináz)enzimek szerepe 4. Aktomiozin kontrakció (transzlokáció) : a fokális kontaktushoz kihorgonyzott aktin filamentumok (stressz rostok) közé miozin filametumok szerveződnek és az aktin filamentumok elcsúszva húzzák a sejtet a vezető vég irányába (miozin foszforiláció: ATP-áz aktivitás) 5.Leválás: a sejt hátsó végén a fokális kontaktusok megszüntetése, és az aktin filamentumok átrendeződése

23. Fokális kontaktus szerkezete Aktin filamentumok: stress rostok Kötegelő fehérje + miozin Kapcsoló fehérjék integrinek ECM

24. Striamoeba

25. Aktin filamentumok szerveződése: izomsejt Izom Izomrostok Miofibrillumok Miofilamentumok szarkomer Aktin - vékony filamentum Miozin – vastag filamentum

26. Vázizom EM-os kép homepage.smc.edu/.../anatomy1/1musphys.html

27. Vékony filamentum szerkezete Aktin filamentumok és ABP -ek Tropomyozin és troponin komplex Tropomyozin: dupla alfa hélix fenntartja a filamentum helyzetét aktin más fehérje kötődést gátolja Troponin: Tn-T tropomyozin kötés Tn-C Ca2+(4 Ca2+/mol = calmodulin) kötés Tn-I inhibitor

28. Vastag filamentum szerkezete I. Filamentum kialakításában: Myosin binding proteins pl. MyBP C, és más fehérjék pl. M protein, myomesin) fej Könnyű láncok MLC Nehéz láncok MHC „hinge” 134 nm miozin fejek Farki részek Bipoláris filamentum

29. Vastag filamentum térbeli szerkezete II. gilead.org.il/hcm/ Miozin kötő fehérje: MyBPC elhelyezkedése

30. Aktin filamentumok szerveződése: szarkomer Actin (green), myosin (red). Rod-like tropomyosin molecules (black lines). Thin filaments in muscle sarcomeres are anchored at the Z-disk by the cross-linking protein α -actinin (gold) and are capped by CapZ (pink squares). The thin-filament pointed ends terminate within the A band, are capped by tropomodulin (bright red). Myosin-binding-protein C (MyBP-C; yellow transverse lines), (Gregorio et al. 2000). A haráncsíkolt izom és a szívizom müködési egysége a szarkomer

31. Az izommüködés mechanizmusa: „sliding”: elcsúszás scienceblogs.com vékony filamentumok a vastag filamentumok közé csúsznak szarkomer rövidül (~ 7 nm)

32. Az elcsúszási mechanizmus

33. Az elcsúszás menete: Miozin fej ATP hiányában aktinhoz kötődik Miozin fej ATP-t köt és lazán vagy nem kötődik az aktinhoz Miozin ATP-t bont, és a fej konformációja megváltozik A foszfát csoport leválása közben a miozin fej erősen kötődik az aktinhoz ADP leválása közben a fej konformációja megváltozik és elhúzza az aktin filamentumot accessexcellence.org/RC/VL/GG/ecb/myosin_...

34. www.sciencedaily.com/.../09/040901091750.htm www.odec.ca/.../2007/knig7d2/Using_the_HGP.html intro.bio.umb.edu/.../muscle/actomyosin.html

35. Szarkoplazmás retikulum szerepe

36. citokinézis www.lakemichigancollege.edu/.../division.html

37. Kontraktilis gyűrű az osztódó sejtekben straightlab.stanford.edu/cytokinesis.html 219.221.200.61/ywwy/zbsw(E)/edetail11.htm www.med.upenn.edu/.../index.php/g20001040/p19626

38. Duschenne izomdisztrófia Duschenne izomdisztrófia www.netterimages.com/image/1267.htm X-hez kötött recesszív öröklődés Duschenne izomdisztrófia és Becker izomdisztrófia

39. Disztrofin fehérje kimutatása és a DMD/BDM öröklődése X-hez kötött recesszív öröklődésmenet www.blackwellpublishing.com/korfgenetics/figu...

40. Disztrofin: egyik kulcsmolekula az ECM és a sejtváz között Aktin kötőhely-piros Β-dystroglycan kötőhely-zöld Syntrophin kötőhely - sárga jennyndesign.com/DMD/physiology5.html

41. compbio.berkeley.edu/.../ed/rust/Dystrophin.html in frame (Becker) - frame shift (Duschenne) mutáció Disztrofin gén ghr.nlm.nih.gov/gene=dmd Allél heterogénia

42. Duchenne és Becker izomdisztrófia Duchenne muscular distrophy Becker muscular distrophy Disztrofin gén: 79 exonból áll – génen belül forró pontok – mutációs helyek többféle klinikai betegség – eltérő mutációk miatt

44. A sejtváz komponensei: Intermedier filamentumok • Fő feladatok • - sejt alakjának stabilizálása • mechanikai támaszték • szöveti integritás • (sejtek sejtváza a sejtkapcsoló struktúrákkal az ECM-hoz kapcsolódik és így a sejtek egymással is egységet alkotnak) Aktin filamentum

45. Intermedier filamentumok Xenopus oligodendrocytes, immunostained with antibodies to the intermediate filament protein GFAP (green). Nuclei labelled with DAPI (blue). GFAP (glial fibrillary acidic protein) is a commonly used marker protein for the identification of glial cells. web.uct.ac.za/.../research/neurosci2.htm migration.wordpress.com/.../

46. Baktérium: intermedier filamentum homológ: Crescentin : creS Citokeratin 19-el lamin A-val homológ Feladat: sejt alak Caulobacter crescentus thefutureofthings.com/articles.php?itemId=31/57/

47. Eukarióta sejtekben 2 nagy IF rendszer • sejtmagban • laminokból • amelyek létrehozzák a nukleáris laminát és az intranukleáris filamentumokat citoplazmában - eltérő fehérjékből amelyek kapcsolatot teremtenek az ECM és a külső magmembrán között IF –t 65 gén kódolja emberben nagy géncsalád

48. TEM TEM MT és IF kapcsolat Intermedier Filamentum IF www.nikonsmallworld.com/gallery.php?grouping=... Dr. Alan R. Prescott University of DundeeCHIPs, School of Life SciencesDundee, UK Cells showing small heat shock protein localized to intermediate filaments (100x)

49. Sejtvándorlás, sejtmozgás a. Mechanikai támasz Sejtszerkezet stabilizálása Szignál továbbítás és modulálás

50. cytokeratin webpathology.com/image.asp?n=7&Case=38 desmin www.histopathology-india.net/AMF.htm Intermedier filamentumok csoportosítása 5 osztályuk van (SHC=sequence homology classes) aminósav szekvencia homológia alapján • bázikus keratin (II típus) • (CK1, CK2, CK3, CK4, CK5, CK6, CK7, CK8 and CK9.) • savas keratin (I típus) • (CK10, CK12, CK 13, CK14, CK16, CK17, CK18, CK19,CK20) • 3. vimentin, desmin, GFAP • (glial fibrillary acid protein) • 4. neurofilamentum proteinek (NF M, NF H) • 5. laminok