ИНТЕРМЕДИЈАРНИ ФИЛАМЕНТИ: СТРУКТУРА, ВРСТЕ, ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Тхе прелазни филаменти , такође познати у литератури као "ИФС" (за енглески прелазни филаменти у) су фамилија влакнастих протеина цитосолно нерастворни присутни су у свим ћелијама вишећелијским еукариота.

Они су део цитоскелета, који је унутарћелијска влакнаста мрежа која је углавном одговорна за подршку ћелијској структури и различите метаболичке и физиолошке процесе, као што су транспорт везикула, кретање и померање ћелија, итд.

Имунофлуоресцентна микроскопија два протеина интермедијарних филамената астроцита (Виментин и ГФАП) (Извор: ГерриСхав виа Викимедиа Цоммонс)

Заједно са микротубулима и микрофиламентима, интермедијарни филаменти учествују у просторној организацији унутарћелијских органела, у процесима ендоцитозе и егзоцитозе, као и у процесима ћелијске деобе и међућелијске комуникације.

Први интермедијарни филаменти који су проучавани и описани били су кератини, једна од првих врста протеина чија је структура анализирана рендгенском дифракцијом 1930-их.

Концепт интермедијарних филамената, међутим, увео је 1980-их Лазаридес, који их је описао као сложене "механичке интеграторе ћелијског простора", које карактеришу њихова нерастворљивост и способност поновног састављања ин витро након денатурације.

Многи аутори их сматрају „пуферским“ елементима за животињске ћелије, јер су флексибилнији филаменти од микротубула и микрофиламената. Они се не налазе само у цитоскелету, већ су и део нуклеоскелета.

За разлику од осталих влакнастих компоненти цитоскелета, интермедијарни филаменти не учествују директно у процесима мобилности ћелије, већ делују у структурном одржавању и механичкој отпорности ћелија.

Структура

Извор: хттп://рсб.инфо.них.гов/иј/имагес/

Интермедијарни филаменти имају приближни пречник од 10 нм, структурну карактеристику по којој су и добили име, јер њихова величина је између величина које одговарају миозинским и актинским филаментима, које су између 25 и 7 нм. редом.

Структурно се разликују од остале две врсте цитоскелетних филамената, који су глобуларни протеин полимери, по томе што су њихове саставне јединице различити α-спирални фиброзни протеини дуге дужине, који се удружују у формирајући уже структуре.

Сви протеини који чине интермедијарне филаменте имају сличну молекуларну организацију, која се састоји од α-спиралног или „конопљивог“ домена који има различите количине „у облику завојнице“ сегмената исте величине.

Овај спирални домен је повезан са Н-терминалном не-спиралном "главом" и не-спиралним "репом" на крају Ц-терминала, који се разликују у величини и секвенци аминокиселина.

У низу ова два краја налазе се мотиви консензуса који су заједнички за познатих 6 врста средњих филамената.

Код кичмењака, домен "акорда" цитосолних протеина са средњим влакнима је око 310 аминокиселинских остатака, док су бескраљежњачки и нуклеински ламина цитосолни протеини дугачки око 350 аминокиселина.

Скупштина

Интермедијарни филаменти су "самонакупљајуће" структуре које не поседују ензиматску активност, што их такође разликује од њихових цитоскелетних колега (микротубула и микрофиламента).

Ове структуре су у почетку састављене као тетрамери нитастих протеина који их чине под утицајем само моновалентних катиона.

Ови тетрамери су дуги 62 нм и њихови мономери се међусобно бочно повезују да би формирали филаменте дужине јединице (УФЛ), познати као фаза 1 састављања, која се дешава врло брзо. .

УФЛ су прекурсори дугих филамената и пошто су димери који их чине спојени антипарално и ступњевано, ове јединице имају централни домен са две бочне домене кроз које долази фаза 2 издужења. , где се јавља уздужна унија осталих УФЛ-а.

Током онога што је названо фазом 3 склапања, долази до радијалног сабијања пречника нити, што ствара зреле интермедијарне нити пречника више од 10 нм.

Карактеристике

Функције интермедијарних филамера знатно зависе од врсте испитиване ћелије и, у случају животиња (укључујући људе), њихова експресија се регулише на ткивно специфичан начин, па тако зависи и од врсте ткива него у студирању.

Епитела, мишићи, мезенхимске и глијалне ћелије и неурони имају различите врсте филамената, специјализоване према функцији ћелија којима припадају.

Међу тим функцијама најважније су структурно одржавање ћелија и отпорност на различита механичка напрезања, јер ове структуре имају одређену еластичност која им омогућава да притискају различите врсте сила наметнутих ћелијама.

Врсте средњих нити

Протеини који чине интермедијарне филаменте припадају великој и хетерогеној породици нитастих протеина који су хемијски различити, али који се разликују у шест класа према хомологији њихових секвенци (И, ИИ, ИИИ, ИВ, В и ВИ).

Иако то није врло уобичајено, различите врсте ћелија, под веома одређеним условима (развој, ћелијска трансформација, раст итд.) Могу коекспримирати више класа протеина који стварају средњу филаменту

Интермедијари класе И и ИИ: кисели и базични кератини

Кератини представљају већину протеина у интермедијарним нитима, а код људи они представљају више од три четвртине интермедијарних филамената.

Они имају молекуларну тежину која варира између 40 и 70 кДа и разликују се од осталих посредних протеина филамента по свом високом садржају глицина и серинских остатака.

Познати су као кисели и базични кератини због својих изоелектричних тачака, које између киселих кератина крећу између 4,9 и 5,4, а за базичне између 6,1 и 7,8.

У ове две класе је описано око 30 протеина који су посебно присутни у епителним ћелијама, где обе врсте протеина „ко-полимеризирају“ и формирају једињења влакна.

Многи кератини средњег филамента И случаја налазе се у структурама као што су коса, нокти, рогови, шиљци и канџе, док су они из класе ИИ најбројнији у цитосолу.

Интермедијери класе ИИИ: Протеини типа десмин / виментин

Десмин је кисели протеин 53 кДа који у зависности од степена фосфорилације има различите варијанте.

Неки аутори су такође називали десмин филаменте „средњим филаментима мишића“, јер је њихово присуство прилично ограничено, мада у малим количинама, на све врсте мишићних ћелија.

У миофибрилима се десмин налази у линији З, па се сматра да овај протеин доприноси контрактилним функцијама мишићних влакана функционишући на месту спајања миофибрила и плазма мембране.

Фотографија бојења протеина Виментин, протеина интермедијарних филалија епителних и ембрионалних ћелија (Извор: Викторииа Косацх преко Викимедиа Цоммонс)

Заузврат, виментин је протеин присутан у ћелијама мезенхима. Прелазни филаменти формирани овим протеином су флексибилни и откривено је да одолијевају многим конформацијским променама које настају током ћелијског циклуса.

Налази се у фибробластима, ћелијама глатких мишића, белим крвним ћелијама и другим ћелијама у циркулационом систему животиња.

Интермедијарни филаменти класе ИВ: неурофиламентни протеини

Такође позната као "неурофиламенти", ова класа интермедијарних филамената садржи један од основних структурних елемената неуронских аксона и дендрита; они су често повезани са микротубулама које такође чине ове структуре.

Неурофиламенти краљежњака су изоловани, утврђујући да је то троплет протеина од 200, 150 и 68 кДа који учествују у скупштини ин витро.

Они се разликују од осталих средњих филамената по томе што имају бочне кракове као „прилоге“ који пројектују са периферије истог и који функционишу у интеракцији између суседних нити и других структура.

Глијалне ћелије производе посебну врсту интермедијарних филамената познатих као глиални интермедијарни филаменти, који се структурно разликују од неурофиламената по томе што су састављене од једног протеина 51 кДа и имају различита физичко-хемијска својства.

Интермедијарна класа В: нуклеарна ламината

Све ламине које су део нуклеоскелета заправо су протеини филамената са средњим влакнима. Те молекуларне тежине имају између 60 и 75 кДа и налазе се у језграма свих еукариотских ћелија.

Они су од суштинског значаја за унутрашњу организацију нуклеарних региона и за многе функције ове органеле од суштинског значаја за постојање еукариота.

Средња класа филамента ВИ: Нестине

Ова врста интермедијарних филамената тежи око 200 кДа и претежно се налази у матичним ћелијама централног нервног система. Изражавају се током развоја неурона.

Сродне патологије

Код људи постоји више болести које су повезане са средњим влакнима.

На пример, код неких врста карцинома, као што су малигни меланоми или карциноми дојке, коекспресија интермедијарних влакана виментина и кератина доводи до диференцијације или интерконверзије епителних и мезенхималних ћелија.

Показано је да овај феномен експериментално повећава миграцијску и инвазивну активност ћелија рака, што има важне импликације на метастатске процесе карактеристичне за ово стање.

Ерикссон и др. (2009) прегледавају различите врсте болести и њихову везу са специфичним мутацијама у генима који су укључени у стварање шест врста интермедијарних филамената.

Болести повезане са мутацијама гена који кодирају две врсте кератина су епидермолиза буллос, епидермолизна хиперкератоза, дистрофија рожнице, кератодерма и многе друге.

Интермедијати типа ИИИ укључују се у бројне кардиомиопатије и у различите мишићне болести углавном повезане са дистрофијама. Поред тога, они су такође одговорни за доминантну катаракту и неке врсте склерозе.

Многи неуролошки синдроми и поремећаји повезани су са филаментима типа ИВ, попут Паркинсонових. На исти начин, генетске оштећења филамента типа В и ВИ одговорна су за развој различитих аутосомалних болести и повезана са функционисањем ћелијског језгра.

Примери за то су Хутцхинсон-Гилфорд прогериа синдром, мишићна дистрофија Емери-Дреифусс, између осталих.

Референце

1. Андертон, БиХ (1981). Умесни филаменти: породица хомологних структура. Часопис за истраживање мишића и покретљивост ћелија, 2 (2), 141–166.
2. Ерикссон, ЈЕ, Паллари, Х., Роберт, Д., Ерикссон, ЈЕ, Децхат, Т., Грин, Б., … Голдман, РД (2009). Увођење средњих нити: од открића до болести. Часопис за клиничка истраживања, 119 (7), 1763–1771.
3. Фуцхс, Е., и Вебер, К. (1994). Интермедијарни филаменти: структура, динамика, функција и болест. Анну. Влч. Биоцхем. , 63, 345–382.
4. Хендрик, МЈЦ, Сефтор, ЕА, Цху, ИВ, Тревор, КТ и Сефтор, РЕБ (1996). Улога средњих филамената у миграцији, инвазији и метастази. Рецензије рака и метастаза, 15 (4), 507–525.
5. Херрманн, Х., & Аеби, У. (2004). Интермедијарни филаменти: молекуларна структура, механизам склапања и интеграција у функционално различите унутарћелијске скеле. Годишњи преглед биохемије, 73 (1), 749–789.
6. Херрманн, Х., & Аеби, У. (2016). Интермедијарни филаменти: конструкција и монтажа. Перспективе хладне прољетне луке у биологији, 8, 1–22.
7. МцЛеан, И., и Лане, Б. (1995). Средњи филаменти у болести. Тренутно мишљење о ћелијској биологији, 7 (1), 118–125.
8. Стеинерт, П., и Рооп, Д. (1988). Молекуларна и ћелијска биологија интермедијарних филамената. Годишњи преглед биохемије, 57 (1), 593–625.
9. Стеинерт, П., Јонес, Ј., и Голдман, Р. (1984). Средњи филаменти. Часопис за ћелијску биологију, 99 (1), 1–6.