Laminin je protein, který je extracelulární matrix z bazální membrány epiteliálních tkání obratlovců. Tento typ proteinu poskytuje vazebnou podporu mezi buňkami pojivových tkání, takže fungují v jejich soudržnosti a zhutňování.
Obecně jsou lamininy zodpovědné za uspořádání složité proteinové sítě, která tvoří extracelulární matrici nebo bazální membránu tkání. Lamininy se obvykle vyskytují ve spojení s proteiny, jako je kolagen, proteoglykany, entactiny a heparan sulfáty.
Lamininy a jejich účast na bazální membráně obratlovců (Zdroj: Maiaaspe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) přes Wikimedia Commons)
Tato složitá bazální membrána, uspořádaná podle lamininů, odděluje epiteliální části tkání, to znamená, že každá extracelulární matrice odděluje endotel od mesothelia a extracelulární matrice mesothelium odděluje tuto vrstvu od epitelu.
Mnoho výzkumů ukázalo, že exprese mutovaných lamininových genů je pro buňku potenciálně smrtelná, protože jsou také zodpovědné za regulaci téměř všech komplexních interakcí, ke kterým dochází v bazální membráně.
U všech obratlovců existuje velká rozmanitost lamininových rodin. Liší se složením, formou, funkcí a původem. U stejného jedince lze v různých tkáních nalézt různé lamininy, z nichž každý je přizpůsoben prostředí tkáně, která ho exprimuje.
Vlastnosti lamininů
Lamininové monomery nebo jednotky jsou vytvořeny z heterotrimeru tří různých glykoproteinových řetězců. Tyto proteiny obsahují mnoho různých domén (multidomény) a jsou základní součástí raného embryonálního vývoje tkání.
Obyčejný tvar lamininů je druh „kříže“ nebo „Y“, i když některé mají tvar dlouhé tyče se čtyřmi větvemi. Tato malá varianta umožňuje každému typu lamininu regulovat správnou integraci z jakékoli polohy v tkáni.
Lamininy mají vysokou molekulovou hmotnost, která se může lišit v závislosti na typu lamininu, od 140 do 1000 kDa.
Obecně má každá bazální membrána v sobě jeden nebo více různých typů lamininů a někteří vědci navrhují, aby lamininy určovaly velkou část fyziologické funkce bazálních membrán tkáně, kde jsou nalezeny.
U obratlovců bylo nalezeno nejméně 15 různých typů lamininů, zařazených do rodiny, protože jsou tvořeny ze stejných trimerů, ale s různými kombinacemi. U bezobratlých zvířat bylo nalezeno 1 až 2 různé trimery.
Současné studie naznačují, že lamininy všech obratlovců vznikly diferenciací ortologických genů, to znamená, že všechny geny, které kódují lamininy, mají společný původ ze zvířat bezobratlých.
Struktura
Navzdory velkému počtu funkcí, které lamininy regulují, mají poměrně jednoduchou strukturu, která je z velké části zachována mezi různými známými typy.
Každý laminin je složen ze tří různých řetězců, které jsou vzájemně propleteny a vytvářejí druh "propleteného vlákna". Každý ze tří řetězců je identifikován jako alfa (a), beta (P) a gama (y).
Tvorba trimeru každého lamininu závisí na spojení C-terminální oblasti každého z jeho řetězců. Uvnitř každé molekuly jsou tyto řetězce spárovány prostřednictvím peptidových vazeb a tří disulfidových můstků, které dávají struktuře velkou mechanickou pevnost.
Schematický diagram struktury lamininu (Zdroj: Maiaaspe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) přes Wikimedia Commons)
Pozorování typických lamininových monomerů pomocí elektronové mikroskopie podrobně uvádějí, že struktura je druh asymetrického kříže, který má dlouhé rameno přibližně 77 nm (nanometry) charakterizované výrazným kulovitým tvarem na jednom z jeho konců.
Kromě toho jsou pozorována tři krátká ramena, dvě při přibližně 34 nm a jedno při přibližně 48 nm. Každé rameno končí v kulovém konci, podobné konci hlavního řetězu, ale menší velikosti.
Rozdíl mezi různými typy lamininů je způsoben hlavně rozdíly v řetězcích a, které se mohou skládat nejméně třemi různými způsoby; ačkoli v současné době byly identifikovány variace pro všechny řetězce:
- 5 různých variant nebo řetězců lamininu α
- 3 varianty β řetězců
- 3 varianty pro řetězce y
Funkce
Nejdůležitější a běžně studovanou funkcí lamininů je interakce s receptory, které se ukotvují na buněčných membránách buněk sousedících s bazálními membránami, kde se nacházejí.
Tato interakce způsobuje, že se tyto proteiny účastní regulace více buněčných aktivit a signálních drah. Je třeba zmínit, že jejich funkce závisí na jejich interakci se specifickými receptory na buněčném povrchu (mnoho membránových receptorů je v současné době klasifikováno podle jejich schopnosti vázat se na lamininy).
Integriny jsou receptory, které interagují s lamininy a receptory "neintegrinů" jsou ty, které nemají schopnost vázat se na tyto proteiny. Většina receptorů typu „neintegrinového“ jsou proteoglykany, některé dystroglykany nebo syndekany.
K zrání tkání tělních orgánů dochází s náhradou časných lamininů, které byly původně uloženy v bazální membráně tkání, které tvořily juvenilní orgány.
Mezi lamininy je nejvíce studovaným typem laminin-1, který je přímo spojen s růstem axonů prakticky jakéhokoli typu neuronu za podmínek in vitro, protože tyto regulují pohyb „růstového kužele“ v povrch neuronů.
Názvosloví a druhy
Biochemici považují lamininovou rodinu za velmi velkou proteinovou rodinu, o níž je zatím málo známo. Moderní nástroje však umožní nahlédnout do nových typů lamininů v krátkém čase.
Každý z těchto proteinů je identifikován číslem, počínaje 1 končící číslováním na 15 (laminin-1, laminin-2… laminin-15).
Používá se také jiný typ nomenklatury, který označuje typ řetězce, který má každý laminin. Například laminin-11 je složen z alfa (a) -5 řetězce, beta (P) -2 řetězce a gama (y) -1 řetězce, takže jej lze nazvat laminin-521.
Kromě toho je každý laminin klasifikován podle funkce, se kterou je spojen, a také podle specifické tkáně těla, na které se podílí. Některé příklady lamininů jsou:
- Lamina-1: podílí se na vývoji epitelu
- Laminin-2: podílí se na myogenním vývoji všech tkání, periferního nervového systému a matrice glomerulů.
- Lamina-3: účastní se křižovatek myo-šlach
- Lamina-4: pracuje v neuromuskulárních křižovatkách a v mesangiální matrici glomerulů
- Laminin-5, 6 a 7: působí přednostně na epidermální tkáně.
Reference
- Miner, JH, a Yurchenco, PD (2004). Lamininové funkce v tkáňové morfogenezi. Annu. Cell Dev. Biol., 20, 255-284.
- Rasmussen, DGK, & Karsdal, MA (2016). Lamininy. V Biochemistry of Collagens, Laminins and Elastin (str. 163-196). Academic Press.
- Sasaki, T., Fässler, R., & Hohenester, E. (2004). Laminin: jádro sestavy bazální membrány. The Journal of Cell Biology, 164 (7), 959-963.
- Timpl, R., Engel, J. & Martin, GR (1983). Laminin - multifunkční protein bazálních membrán. Trends in Biochemical Sciences, 8 (6), 207-209.
- Timpl, R., Rohde, H., Robey, PG, Rennard, SI, Foidart, JM, a Martin, GR (1979). Laminin - glykoprotein z bazálních membrán. Journal of Biological Chemistry, 254 (19), 9933-9937.
- Tryggvason, K. (1993). Rodina lamininů. Aktuální názor v buněčné biologii, 5 (5), 877-882.