Citoszkeleton – Sejtmozgás

1. Citoszkeleton – Sejtmozgás Dr. habil. Kőhidail László egyetemi docens Semmelweis Egyetem Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet 2008.

2. Citoszkeleton • Mikrofilamentumok (aktin) • Mikrotubulusok (tubulin) • Intermedier filamentumok • Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok) • pl.: Motor proteinek

3. SLIDING = elcsúszás Globuláris fehérjék Ca2+ ATP Fibrilláris fehérjék

4. Mikrofilamentumok

5. Mozgó citoplazma Álló kérgi (cortikális) citoplazma Plazmamembrán Aktin filamentumok Sejtfal Színtestek Ciklózis • Az aktin és miozin közötti átmeneti kapcsolat • Elcsúszás - „sliding” • Ca2+, hőmérséklet és pH-függő (Lodish, H. et al. Mol. Cell Biol. 2000, 767)

6. „Szökőkút” mechanizmus Ca2+-függő ATP igényes Mono- Poli- Lobo- podiális Filo- Retikulo- Álláb-képzés stressz-fibrillumok integrinek

7. Aktinhoz kapcsolódó proteinek kontraktilis köteg a aktinin - stressz fibr. gél-szerű hálózat filamin - cortex „tight” parallel köteg fimbrin - filopódium

8. Migráló keratinocita 15 mm/sec Lobopódium képzés mikrotubulusok aktin hálózat

9. - + Aktin polimerizációt szabályozó fehérjék gCAP39 Severin Gelsolin Villin CapZ Tropomodulin  Cofilin Severin Gelsolin

10. Listeria monocytogenes • lokális aktin polimerizáció • 10 mm/ perc sebesség • nagy áthatoló képesség aktin

11. Aktin nukleációs modell 1. Extracelluláris stimulus 5.. A növekvő filamentumok a membránra erőt fejt ki 4. Elongáció 2. WASP aktiválódás 6. ‘Capping” prot. elongációt fékezi 3. WASP aktiválja az Arp2/3 komplexet új filamentum képzésre 7. Lánc- öregedés Aktin-ATP kötődése profilinhez 8. Cofilin depolimerizál 9. Profilin > ADP/ATP

12. Kérgi régió szerkezete (Svitkina, TM, Borisy GG J. Cell Biol. 1999, 145, 1009)

13. Miozin I. Arp2/3 Profilin - G-aktin Filamin Integrin Aktin – Membrán kapcsolat membrán F-Aktin

14. E Az elektromágneses tér hatása a citoszkeleton átrendeződésére és az állábképződésre Adhéziós plakk + + + - -

15. ATP - ADP Pi Miozin fej A Ca2+-függő foszforiláció hatása a miozin szerkezetére könnyű lánc nehéz lánc a helix miozin I. 150 kD miozin II. 260 kD Fej: - ATP-áz - motor

16. Miozinok megoszlása migráló és osztódó sejtekben miozin I. (zöld) miozin II. (piros) (Fukui, Y. Mol. Cell Biol 2000, 785)

17. + - A citoszkeleton globuláris és fibrilláris elemeinek egymásrahatása és ennek fő funkciói membrán

18. kezeletlen gátolt F-aktin gátolt MT

19. Mikrotubulusok

20. Interfázisos sejt centrosoma Csilló bazális test Osztódó sejt magorsó Idegsejt centrosoma axon Mikrotubuláris rendszerek a sejtekben -Centroszóma - Csilló / ostor - Magorsó - Vezikuláris transzport

21. 24 nm abdimer Protofilamentumok atubulin btubulin Mikrotubulusok hálózata Fibroblaszt

22. csilló ostor Csilló Paramecium

23. tubulin (13 ill. 11 protofilamentum) A B dynein-karok nexin

24. A dynein-karok felépítése ATP-független kötődés ATP hidrolízis A - pólus felé mozdul el a kar

25. A dynein-karok szerepe a csillócsapás kialakulásában Hajlás „Teleszkóp” hatás Proteolízis

26. A csillót felépítő molekulák több mint 250 féle molekula • 70% a és b tubulin • dynein karok • külső - 9 polipeptid - ATP-áz • belső - változó összetétel • küllők - 17 polipeptid

27. Intermedier filamentumok

28. intermedier filamentum pl. vimentin mikrotubulus = szakadás aktin filamentum A citoszkeleton komponenseinek mechanikai jellemzői alakváltozás erő

29. Az intermedier filamentumok domén szerkezete H2N- a helikális domén -COOH keratinok vimentin neurofilam. prot. nukleáris prot

30. Intermedier filamentumok Gliális filamentumok – kevés keresztkötés Neuro-filamentumok – sok keresztkötés A filamentumokat összekötő protein keresztkötések száma az intermedier filamentum típusától függően eltérő.

31. Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok)

32. MAP-ok csoportosítása • Strukturális MAP-ok • -MT-összeépülése • -kapcsolódás MF-hoz és IF-hoz • Motor proteinek • -elcsúszás MT-n • Enzimek, szignál molekulák • - glikolítikus enzimek • - kinázok Sejt alak, polaritás Membrán transzport Molekulák összeépülése egyes helyeken

33. Motor proteinek

34. Motor-proteinek szerkezete asszoc. polipeptidek motor domén motor domén „nyél” „nyél” asszoc. polipeptidek asszoc. polipeptidek Kinezin Miozin Dynein

35. dynein kinezin mikrotubulus nehéz lánc könnyű láncok kinezin dynein Motor proteinek

36. Dynein Nehéz lánc p150 Összekötő láncok Dynamantin Könnyű láncok p62 Capping protein Spectrin Membrán Arp1 Dynein – membrán kapcsolat (Hirokawa, N. Science 1998, 279:519)

37. kinezin - + dynein cAMP cAMP pigment sejtek

38. Membrán vezikulum Mitoch. Golgi ER Lizoszóma MTOC Lizoszóma Cytosol kinezinek Cytosol dyneinek Magorsó kinezinek (Hirokawa, N. Science 1998, 279:519) MT-motor proteinek és transzportált elemek

39. Van más mechanizmus is …

40. Spazmonémás mozgás - Vorticella

41. Spazmonéma helix Kontrakció: 40% ms alatt Sebesség: 8 cm/s Negative töltések Semlegesítés Ca2+-vel

42. Aktin-tű mechanizmus Limulus polyphemus spermiumban ! acrosoma aktinköteg • A megnyúlás sem myosin-motort, sem aktin • polimerizációt nem igényel • A köteg kristályszerkezete változik

43. Harántcsíkolt izom

44. Az harántcsíkolt izom izomrostjának szerkezete Izomrost Miofibrillum Sarcoplazmatikus retikulum T- tubulus Sarcolemma

45. A sarcomer FM és TEM szerkezete A csík I csík I csík H csík aktin miozin + aktin miozin miozin + aktin aktin

46. Sarcomer felépítése • Két Z-vonal által határolt működési egység • Z vonal – a-aktinin + dezmin • Vékony filamentum – kb. 600 db a-helikális aktin molekula + tropomiozin + troponinek • Vastag filamentum – kb. 150-400 db miozin II. molekula

47. - - + - + A „nyílhegy-képződés” molekuláris háttere aktin miozin fejek

48. A sarcomer felépítése Miozin vastag fil Z- vonal Aktin fil. M vonal

49. H.cs. izom – vékony filamentumának felépítése Troponin komplex Tn I Tn T Tn C Tropomiozin Troponin komplex

50. Troponin - Tropomiozin • Troponin: • Tn-T tropomiozint köt • Tn-C Ca2+ kötő • (4 Ca2+/mol • = calmodulin) • Tn-I inhibitor Tropomiozin: • kettős a-helix • erősíti a filamentumot • (7 kötőhelymol) • gátolja a filamin-aktin kötődést • elősegíti a miozin II kötést