Biology | Genetics » Dr. habil. Kőhidail László - Sejtmozgás

Citoszkeleton – Sejtmozgás Dr. habil Kőhidail László egyetemi docens Semmelweis Egyetem Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet Citoszkeleton Mikrofilamentumok (aktin)  Mikrotubulusok (tubulin)  Intermedier filamentumok  Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok) pl.: Motor proteinek SLIDING = elcsúszás Globuláris fehérjék Ca2+ ATP Fibrilláris fehérjék Mikrofilamentumok Ciklózis Mozgó citoplazma Álló kérgi (cortikális) citoplazma Plazmamembrán Sejtfal Aktin filamentumok Színtestek Az aktin és miozin közötti átmeneti kapcsolat  Elcsúszás - „sliding”  Ca2+, hőmérséklet és pH-függő  (Lodish, H. et al Mol Cell Biol 2000, 767) „Szökőkút” mechanizmus Ca2+-függő ATP igényes MonoPoliLobo- podiális FiloRetikulo- Álláb-képzés stressz-fibrillumok integrinek Aktinhoz kapcsolódó proteinek kontraktilis köteg α aktinin - stressz fibr. gél-szerű hálózat filamin - cortex

„tight” parallel köteg fimbrin - filopódium Migráló keratinocita 15 µm/sec Lobopódium képzés aktin hálózat mikrotubulusok Aktin polimerizációt szabályozó fehérjék γCAP39 Tropomodulin Severin +  - Cofilin Severin Gelsolin Gelsolin Villin CapZ Listeria monocytogenes • lokális aktin polimerizáció aktin • 10 µm/ perc sebesség • nagy áthatoló képesség 1. Extracelluláris stimulus Aktin nukleációs modell 5. A növekvő filamentumok a membránra erőt fejt ki 4. Elongáció 2. WASP aktiválódás 3. WASP aktiválja az Arp2/3 komplexet új filamentum képzésre 6. ‘Capping” prot elongációt fékezi 7. Láncöregedés Aktin-ATP kötődése profilinhez 9. Profilin > ADP/ATP 8. Cofilin depolimerizál Kérgi régió szerkezete (Svitkina, TM, Borisy GG J. Cell Biol 1999, 145, 1009) Aktin – Membrán kapcsolat membrán Miozin I. Arp2/3 F-Aktin Profilin - G-aktin Filamin Integrin E Az

elektromágneses tér hatása a citoszkeleton átrendeződésére és az állábképződésre Adhéziós plakk ++ - - + Miozin fej A Ca2+-függő foszforiláció hatása a miozin szerkezetére könnyű lánc nehéz lánc α helix ATP - ADP Pi miozin I. 150 kD miozin II. 260 kD Fej: - ATP-áz - motor Miozinok megoszlása migráló és osztódó sejtekben miozin I. (zöld) miozin II. (piros) (Fukui, Y. Mol Cell Biol 2000, 785) - + A citoszkeleton globuláris és fibrilláris elemeinek egymásrahatása és ennek fő funkciói membrán kezeletlen gátolt F-aktin gátolt MT Mikrotubulusok Mikrotubuláris rendszerek a sejtekben Interfázisos sejt centrosoma Csilló - Centroszóma - Csilló / ostor bazális test Osztódó sejt magorsó - Magorsó - Vezikuláris transzport Idegsejt centrosoma axon Mikrotubulusok hálózata 24 nm αβ dimer Protofilamentumok α tubulin β tubulin Fibroblaszt Csilló csilló ostor Paramecium

tubulin (13 ill. 11 protofilamentum) B A dynein-karok nexin A dynein-karok felépítése ATP-független kötődés ATP hidrolízis A - pólus felé mozdul el a kar A dynein-karok szerepe a csillócsapás kialakulásában Hajlás „Teleszkóp” hatás Proteolízis A csillót felépítő molekulák több mint 250 féle molekula 70% α és β tubulin  dynein karok külső - 9 polipeptid - ATP-áz belső - változó összetétel  küllők - 17 polipeptid  Intermedier filamentumok alakváltozás A citoszkeleton komponenseinek mechanikai jellemzői intermedier filamentum pl. vimentin mikrotubulus = szakadás aktin filamentum erő Az intermedier filamentumok domén szerkezete H2N- α helikális domén keratinok vimentin neurofilam. prot nukleáris prot -COOH Intermedier filamentumok Neuro-filamentumok – sok keresztkötés Gliális filamentumok – kevés keresztkötés A filamentumokat összekötő protein keresztkötések száma az

intermedier filamentum típusától függően eltérő. Mikrotubulus asszociált proteinek (MAP-ok) MAP-ok csoportosítása • Strukturális MAP-ok • Motor proteinek • Enzimek, szignál molekulák - MT-összeépülése Sejt alak, polaritás - kapcsolódás MF-hoz és IF-hoz Membrán transzport - elcsúszás MT-n - glikolítikus enzimek - kinázok Molekulák összeépülése egyes helyeken Motor proteinek Motor-proteinek szerkezete asszoc. motor domén polipeptidek motor domén „nyél” asszoc. polipeptidek Kinezin „nyél” asszoc. polipeptidek Miozin Dynein Motor proteinek kinezin mikrotubulus nehéz lánc könnyű láncok kinezin dynein dynein Dynein – membrán kapcsolat Dynein Nehéz lánc p150 Összekötő láncok Dynamantin Könnyű láncok p62 Capping protein Membrán Spectrin Arp1 (Hirokawa, N. Science 1998, 279:519) kinezin - + dynein cAMP pigment sejtek cAMP MT-motor proteinek és transzportált

elemek Membrán vezikulum Mitoch. Golgi ER Lizoszóma MTOC Lizoszóma Cytosol dyneinek Cytosol kinezinek Magorsó kinezinek (Hirokawa, N. Science 1998, 279:519) Van más mechanizmus is Spazmonémás mozgás - Vorticella Spazmonéma helix Kontrakció: 40% ms alatt Sebesség: 8 cm/s Negative töltések Semlegesítés Ca2+-vel Aktin-tű mechanizmus Limulus polyphemus spermiumban acrosoma ! aktinköteg • A megnyúlás sem myosin-motort, sem aktin polimerizációt nem igényel • A köteg kristályszerkezete változik Harántcsíkolt izom Az harántcsíkolt izom izomrostjának szerkezete Izomrost Miofibrillum Sarcoplazmatikus retikulum T- tubulus Sarcolemma A sarcomer FM és TEM szerkezete I csík A csík I csík H csík aktin miozin miozin miozin aktin + aktin + aktin Sarcomer felépítése • Két Z-vonal által határolt működési egység • Z vonal – α-aktinin + dezmin • Vékony filamentum – kb. 600 db α-helikális

aktin molekula + tropomiozin + troponinek • Vastag filamentum – kb. 150-400 db miozin II. molekula A „nyílhegy-képződés” molekuláris háttere - aktin + miozin fejek + - A sarcomer felépítése Z- vonal Aktin fil. Miozin vastag fil M vonal H.cs izom – vékony filamentumának felépítése Troponin komplex Tn I Tn C Tropomiozin Troponin komplex Tn T Troponin - Tropomiozin Troponin: • Tn-T tropomiozint köt • Tn-C Ca2+ kötő (4 Ca2+/mol = calmodulin) • Tn-I inhibitor Tropomiozin: • kettős α-helix • erősíti a filamentumot (7 kötőhelymol) • gátolja a filamin-aktin kötődést • elősegíti a miozin II kötést H.cs izom – vastag filamentumának felépítése fej könnyű láncok „zsanér” nehéz láncok 134 nm miozin fejek „rúd” bipoláris szerkezet Miozin II bontása HMM trypsin LMM papain S2 S1 Ca2+ csatornák T- tubulusok 0.5 nm Sarcopl. retikulum Sarcomer A Ca2+

kiürülésének mechanizmusa Tropomiozin hatása Az aktinhoz kötődő tropomiozin gátolja a miozin bekötődését Ca2+ Ca2+ Ca 2+ hatására a miozin-kötőhely szabaddá válik Az un. „sliding” mechanizmus ATP hidrolízise ADP + Pi Miozin fej + aktin = aktomiozin komplex ADP + Pi ATP ADP+Pi leválik a miozin fejről ATP kötődik a miozin fejhez; megszűnik az AM komplex ADP + Pi ERŐKIFEJTÉS A sarcomer megrövidülésének mechanizmusa Sarcomer A csík Az aktin és proteinjeinek kapcsolata a slidinget megelőzően Aktin Aktin + TM [Aktin-TM] + Tn-T [Aktin-TM-Tn-T] + Tn-I Miozin nem tud kötődni [Aktin-TM-Tn-T-Tn-I] + Tn-C [Aktin-TM-Tn-T-Tn-I-Tn-C] Ca 2+ kötődik és Tn-I gátlása TM-en megszűnik Tn-T TM Tn-I AKTIN Tn-C ATP Mg2+ MIOZIN ATP-áz Ca2+ [10-8  10-6 M] Tn-T TM Tn-I AKTIN Tn-C ATP Mg2+ MIOZIN ATP-áz TM Tn-T Tn-I Tn-C AKTIN Mg2+ ATP – ADP + Pi MIOZIN ATP-áz SLIDING Az izommozgás energiaforrása

kreatin kináz kreatin foszfát + ADP (arginin foszfát) kreatin + ATP (arginin) ∆G = - 3 kcal/mol Harántcsíkolt izom fehérjéi α-aktinin (sárga) – Z-lemez aktin (piros) A H.cs izom szerkezetét stabilizáló egyéb fehérjék Dystrophin: aktin és izom-membrán fehérjék közötti kapcsolatot teremti meg Hiánya – muscularis dystrophia Nebulin: aktinhoz kapcsolódik Szerkezetét stabilizálja Szabályozza az aktin felépülését Dezmin, Vimentin: az egyes Z lemezeket fűzi össze Titin (Ms 3x106 ): Miozint tartja centrális helyzetben