- Struktura
- Shromáždění
- Funkce
- Druhy mezilehlých vláken
- Meziproduktová vlákna třídy I a II: kyselé a bazické keratiny
- Mezivlákna třídy III: Proteiny typu Desmin / vimentin
- Mezilehlá vlákna třídy IV: neurofilamentové proteiny
- Třída mezilehlého vlákna V: jaderná vrstvená vlákna
- Třída mezilehlého vlákna VI: Nestinas
- Související patologie
- Reference
Tyto meziprodukty vlákna, také známé v literatuře jako „kdyby“ (z vláken anglicky průměr), patří do rodiny proteinů, vláknitých cytosolické nerozpustné látky jsou přítomny ve všech buňkách vyšších organismů.
Jsou součástí cytoskeletu, což je intracelulární vláknitá síť, která je hlavně zodpovědná za podporu buněčné struktury a různých metabolických a fyziologických procesů, jako je transport vezikul, pohyb a přemístění buněk atd.
Imunofluorescenční mikroskopie dvou proteinů intermediárních filamentů astrocytů (Vimentin a GFAP) (Zdroj: GerryShaw přes Wikimedia Commons)
Spolu s mikrotubuly a mikrofilamenty se mezivlákna podílejí na prostorové organizaci intracelulárních organel, na procesech endocytózy a exocytózy a také na procesech buněčného dělení a mezibuněčné komunikace.
Prvními intermediárními filamenty, které byly studovány a popsány, byly keratiny, jeden z prvních typů proteinů, jejichž struktura byla ve 30. letech analyzována rentgenovou difrakcí.
Koncept přechodných vláken však byl představen v 80. letech 20. století Lazaridem, který je popsal jako komplexní „mechanické integrátory buněčného prostoru“, charakterizovaný jejich nerozpustností a schopností znovu se sestavit in vitro po denaturaci.
Mnoho autorů je považuje za stresové "pufrovací" prvky pro živočišné buňky, protože jsou pružnějšími vlákny než mikrotubuly a mikrofilamenty. Nejsou nalezeny pouze v cytoskeletu, ale jsou také součástí nukleoskeletu.
Na rozdíl od ostatních vláknitých složek cytoskeletu se mezivlákna nepodílejí přímo na procesech buněčné mobility, ale spíše fungují při strukturální údržbě a mechanické odolnosti buněk.
Struktura
Zdroj:
Mezilehlá vlákna mají přibližný průměr 10 nm, strukturální charakteristiku, pro kterou byly pojmenovány, protože jejich velikost je mezi velikostmi odpovídajícími myosinovým a aktinovým vláknům, která jsou mezi 25 a 7 nm. resp.
Strukturálně se liší od ostatních dvou typů cytoskeletálních filamentů, což jsou polymery globulárních proteinů, v tom, že jejich základní jednotky jsou odlišné a-helikální vláknité proteiny dlouhé délky, které se shlukují dohromady a vytvářejí lanovité struktury.
Všechny proteiny, které tvoří meziproduktová vlákna, mají podobnou molekulární organizaci, sestávající z a-helikální nebo "lanové" domény, která má různá množství segmentů "tvořících cívku" stejné velikosti.
Tato helikální doména je lemována N-terminálním nes helikálním "hlavou" a nes helikálním "koncem" na C-terminálním konci, které se liší jak velikostí, tak aminokyselinovou sekvencí.
V posloupnosti těchto dvou konců jsou shodné motivy, které jsou společné pro 6 typů meziproduktů známých.
U obratlovců má „akordová“ doména cytosolických intermediárních filamentových proteinů asi 310 aminokyselinových zbytků, zatímco cytosolové proteiny bezobratlých a jaderných lamina jsou přibližně 350 aminokyselin dlouhé.
Shromáždění
Meziproduktová vlákna jsou struktury, které se samy sestavují a které nemají enzymatickou aktivitu, což je také odlišuje od jejich cytoskeletálních protějšků (mikrotubuly a mikrofilamenty).
Tyto struktury jsou zpočátku sestaveny jako tetramery vláknitých proteinů, které je vytvářejí pod vlivem pouze monovalentních kationtů.
Tyto tetramery mají délku 62 nm a jejich monomery se vzájemně laterálně spojují, aby vytvořily nekonečná vlákna (UFL), známá jako fáze 1 sestavy, která se vyskytuje velmi rychle..
UFL jsou prekurzory dlouhých filamentů a protože dimery, které je tvoří, jsou spolu spojeny antiparalelním a rozloženým způsobem, mají tyto jednotky centrální doménu se dvěma sousedícími doménami, skrz které nastává fáze 2 protažení., kde dochází k podélnému spojení dalších UFL.
Během toho, co bylo označeno jako fáze 3 sestavy, dochází k radiálnímu zhutňování průměru filamentů, které produkuje zralé mezilehlé filamenty o průměru více než 10 nm.
Funkce
Funkce mezilehlých vláken značně závisí na typu uvažované buňky a v případě zvířat (včetně lidí) je jejich exprese regulována tkáňově specifickým způsobem, proto také závisí na typu tkáně než ve studiu.
Epitel, svaly, mezenchymální a gliové buňky a neurony mají různé typy vláken, specializované podle funkce buněk, ke kterým patří.
Z těchto funkcí jsou nejdůležitější strukturální údržba buněk a odolnost vůči různým mechanickým napětím, protože tyto struktury mají určitou elasticitu, která jim umožňuje tlumit různé typy sil působících na buňky.
Druhy mezilehlých vláken
Proteiny, které tvoří meziproduktová vlákna, patří do velké a heterogenní rodiny vláknitých proteinů, které jsou chemicky odlišné, ale které jsou rozděleny do šesti tříd podle jejich sekvenční homologie (I, II, III, IV, V a VI).
I když to není příliš běžné, různé typy buněk mohou za velmi zvláštních podmínek (vývoj, transformace buněk, růst atd.) Koexprimovat více než jednu třídu intermediárních proteinů vytvářejících vlákna.
Meziproduktová vlákna třídy I a II: kyselé a bazické keratiny
Keratiny představují většinu proteinů v mezilehlých vláknech a u lidí představují více než tři čtvrtiny mezilehlých nekonečných vláken.
Mají molekulové hmotnosti, které se liší mezi 40 a 70 kDa a liší se od ostatních intermediárních vláknitých proteinů svým vysokým obsahem glycinových a serinových zbytků.
Jsou známé jako kyselé a bazické keratiny kvůli svým izoelektrickým bodům, které jsou mezi 4,9 a 5,4 pro kyselé keratiny a mezi 6,1 a 7,8 pro bazické.
V těchto dvou třídách bylo popsáno asi 30 proteinů, které jsou přítomny zejména v epiteliálních buňkách, kde oba typy proteinů "kopolymerují" a vytvářejí složená vlákna.
Mnoho z keratinů s mezilehlým vláknem I se nachází ve strukturách, jako jsou vlasy, nehty, rohy, hroty a drápy, zatímco ty třídy II jsou v cytosolu nejhojnější.
Mezivlákna třídy III: Proteiny typu Desmin / vimentin
Desmin je 53 kDa kyselý protein, který má v závislosti na stupni fosforylace různé varianty.
Někteří autoři také nazývali desminová vlákna „střední svalová vlákna“, protože jejich přítomnost je poměrně omezená, i když v malém množství, na všechny typy svalových buněk.
V myofibrilech se desmin nachází v linii Z, takže se předpokládá, že tento protein přispívá ke kontraktilním funkcím svalových vláken tím, že funguje na spojení myofibril a plazmatické membrány.
Fotografie barvení proteinu Vimentin, bílkoviny intermediárních vláken epitelových a embryonálních buněk (Zdroj: Viktoriia Kosach přes Wikimedia Commons)
Vimentin je zase protein přítomný v mezenchymálních buňkách. Mezivlákna vytvářená tímto proteinem jsou flexibilní a bylo zjištěno, že odolávají mnoha konformačním změnám, ke kterým dochází během buněčného cyklu.
Nachází se ve fibroblastech, buňkách hladkého svalstva, bílých krvinek a dalších buňkách v oběhovém systému zvířat.
Mezilehlá vlákna třídy IV: neurofilamentové proteiny
Tato třída středních vláken, známá také jako „neurofilamenty“, zahrnuje jeden ze základních strukturních prvků neuronálních axonů a dendritů; často jsou spojeny s mikrotubuly, které také tvoří tyto struktury.
Neurofilamenty obratlovců byly izolovány, což určuje, že se jedná o triplet proteinů 200, 150 a 68 kDa, které se účastní shromáždění in vitro.
Liší se od ostatních mezilehlých vláken tím, že mají boční paže jako "přívěsky", které vyčnívají z jeho okraje a které fungují v interakci mezi sousedními filamenty a jinými strukturami.
Gliové buňky produkují speciální typ intermediálních filamentů známých jako gliální intermediární filamenty, které se strukturálně liší od neurofilamentů tím, že jsou složeny z jediného proteinu 51 kDa a mají odlišné fyzikálně-chemické vlastnosti.
Třída mezilehlého vlákna V: jaderná vrstvená vlákna
Všechny laminy, které jsou součástí nukleoskeletu, jsou ve skutečnosti intermediárními vláknovými proteiny. Tyto molekuly mají molekulovou hmotnost mezi 60 a 75 kDa a nacházejí se v jádrech všech eukaryotických buněk.
Jsou nezbytné pro vnitřní organizaci jaderných oblastí a pro mnoho funkcí této organely nezbytné pro existenci eukaryot.
Třída mezilehlého vlákna VI: Nestinas
Tento typ mezilehlého vlákna váží asi 200 kDa a nachází se převážně v kmenových buňkách centrálního nervového systému. Vyjadřují se během neuronálního vývoje.
Související patologie
U lidí existuje mnoho nemocí, které souvisejí se středními vlákny.
U některých typů rakoviny, jako jsou maligní melanomy nebo karcinomy prsu, vede například společná exprese mezilehlých vláken vimentinu a keratinu k diferenciaci nebo vzájemné přeměně epitelových a mezenchymálních buněk.
Bylo prokázáno, že tento jev experimentálně zvyšuje migrační a invazivní aktivitu rakovinných buněk, což má důležité důsledky pro metastatické procesy charakteristické pro tento stav.
Eriksson et al. (2009) shrnuje různé typy nemocí a jejich vztah ke specifickým mutacím v genech, které se podílejí na tvorbě šesti typů přechodných vláken.
Nemocemi spojenými s mutacemi v genech kódujících dva typy keratinu jsou epidermolytická bullosa, epidermolytická hyperkeratóza, rohovková dystrofie, keratoderma a mnoho dalších.
Mezivlákna typu III se podílejí na mnoha kardiomyopatiích a na různých svalových onemocněních hlavně souvisejících s dystrofiemi. Kromě toho jsou také zodpovědné za dominantní katarakty a některé typy sklerózy.
S filamenty typu IV, jako jsou Parkinsonovy choroby, je spojeno mnoho neurologických syndromů a poruch. Stejně tak genetické defekty ve vláknech typu V a VI jsou zodpovědné za vývoj různých autosomálních onemocnění a souvisejících s fungováním buněčného jádra.
Příkladem je syndrom Hutchinson-Gilford progerie, Emery-Dreifussova svalová dystrofie.
Reference
- Anderton, BH (1981). Mezilehlá vlákna: rodina homologních struktur. Journal of Muscle Research and Cell Motility, 2 (2), 141–166.
- Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B.,… Goldman, RD (2009). Představujeme střední vlákna: od objevu k onemocnění. The Journal of Clinical Investigation, 119 (7), 1763–1771.
- Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Mezilehlá vlákna: Struktura, dynamika, funkce a nemoc. Annu. Biochem. 63, 345–382.
- Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT a Seftor, REB (1996). Role přechodných vláken při migraci, invazi a metastázování. Recenze rakoviny a metastáz, 15 (4), 507–525.
- Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Mezilehlá vlákna: molekulární struktura, mechanismus sestavení a integrace do funkčně odlišných intracelulárních lešení. Roční přehled biochemie, 73 (1), 749–789.
- Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Mezilehlá vlákna: Struktura a montáž. Perspektivy studeného jara v biologii, 8, 1–22.
- McLean, I., & Lane, B. (1995). Mezivlákna v nemoci. Current Opinion in Cell Biology, 7 (1), 118–125.
- Steinert, P., & Roop, D. (1988). Molekulární a buněčná biologie přechodných vláken. Roční přehled biochemie, 57 (1), 593–625.
- Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Mezilehlá vlákna. The Journal of Cell Biology, 99 (1), 1-6.