CYTOSKELETT OCH CELLRÖRELSE

Cytoskelettet – ramverk av proteintrådar cellens skelett: håller cellens form cellens muskler: cellrörelser maskineri för intracellulär rörelse:

CYTOSKELETTET Nätverk av 3 olika slags proteinfilament AKTIN INTERMEDIÄRFILAMENT MIKROTUBULI

AKTIN \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11010.jpg

Aktin monomerer bildar aktinfilament = mikrofilament G-aktin (globular actin) monomer \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11021.jpg F-aktin (filamentous actin)

Reversibel polymerisation av aktinmonomerer beroende av monomer-koncentration monomer binder ATP (ATP/ADP ) ATP-aktin binder bättre ADP-aktin håller ihop sämre cytochalasiner hindrar addering vid +ändan Depolymerisation oberoende av monomerkonc phalloidin hindrar dissociation \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11030.jpg

Treadmilling Animation \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11040.jpg kritisk konc för > monomerkoncentration > kritisk konc för addering till - ändan addering till + ändan Animation

AKTINBINDANDE PROTEINER styr polymerisering och depolymerisering Formin Arp2/3-komplex ADF/cofilin (actin depolymerization factor) profilin

cell4e-fig-12-06-0.jpg

Arp2/3 Binder nära +ändan Initierar förgrening \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11050.jpg Binder nära +ändan Initierar förgrening

ADF/Cofilin kan dela aktinfilament => nya (+) ändar \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11062.jpg kan dela aktinfilament => nya (+) ändar

Profilin Stimulates ADP/ATP exchange

ORGANISATION AV AKTINFILAMENT BUNTAR NÄTVERK

AKTIN-BUNTAR actin-bundling proteins små, rigida proteiner korslänkar parallella aktinfilament med samma riktning

i tarmslemhinnans mikrovilli, tex. motorproteinet myosin får plats \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11081.jpg i tarmslemhinnans mikrovilli, tex. motorproteinet myosin får plats

AKTIN-NÄTVERK 3D-nätverk Filamin!

Cell cortex (=cellens bark) 3D-nätverk under plasmamembranet ’ cellens form, cellrörelse

CELLUTSKOTT mikrovilli fingerlika utskott, 1000 st /cell permanenta

MIKROVILLI

CELLUTSKOTT transienta lamellipodia - fibroblaster microspikes eller filopodia pseudopodia fagocytos amöbors rörelser

MYOSIN aktinbindande motorproteiner kemisk energi (ATP) => mekanisk energi (kraft och rörelse) ATPase-huvud

MYOSIN II \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11300.jpg

MYOSIN I Icke-muskelmyosin vesiklar, organ, plasmamembran Finns andra icke muskelmyosiner (myosin III-XVI) \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11270.jpg

MUSKELCELLER \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11190.jpg

SARKOMER \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11200.jpg

SARKOMER \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11210.jpg

MUSKELKONTRAKTION \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11220.jpg

\Figures-Hi-res\ch11\cell3e11251.jpg

Tropomyosin och Troponin \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11261.jpg

INITIERING AV MUSKELKONTRAKTION aktionspotential sarkoplasmatiska nätverket => Ca 2+ troponin binder Ca 2+, Flyttar på tropomyosin =>Bindningsställen för myosin myosin binder aktin Animation

Tropomyosin och Troponin \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11261.jpg

KONTRAKTILA ELEMENT icke-muskelceller (men med myosin II) 'mini-muskler' regleras genom fosforyleringar myosin light-chain kinase calmodulin Ca2+ kontraktil ring stressfibrer

MYOSIN II i icke-muskler Reglering via fosforylering Calcium binder calmodulin => konformationsändring myosin light chain kinase aktiveras RLC fosforyleras Myosinfilament bildas ATPase aktivitet

STRESSFIBRER buntar av kontraktila aktinfilament a-actinin korslänkar Integrin länkar till EM

CELLER KRYPER ”cell crawling” EXEMPEL granulocyter vandrar ut ur blodbanan utväxt av nervcellsaxon Delmoment utsträckning vidhäftning släpning

CELLFÖRFLYTTNING utsträckning – vidhäftning – släpning – Polymerisation, förgrening av aktinfilament transport utåt av vesiklar och proteiner vidhäftning – focal adhesions för långsamma celler, även cell-cell-interaktioner släpning – nedbrytning av focal adhesions i bakänden, kontraktion av stressfibrer i framänden \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11320.jpg

INTERMEDIÄRFILAMENT 'mellanfiber' mekanisk hållfasthet 10 nm i diameter mekanisk hållfasthet sammansatt av många proteiner > 50 olika intermediärfilament-proteiner Typ I-VI

Intermediärfilament \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11330.jpg

KERATINER INTERMEDIÄRFILAMENT typ I-II Typ I – sura Typ II – basiska och neutrala Epitelceller gör både sura och basiska keratiner => co-polymeriserar Hårda keratiner hår, naglar Mjuka keratiner cytoplasma i epitelceller

Keratiner: intracellulär organisation fast förankrat vid desmosomer och vid hemidesmosomer förmedlar hållfasthet hos epitel epidermolysis bullosa simplex

Typ III-IV Typ III Typ IV Nätverk, från kärnan ut till plasmamembranet. Typ IV neurofilament i neuron, stödjer axoner

ALS amyotrofisk lateral skleros ackumulation och abnormal ihopsättning av neurofilament succesiv förlust av motorneuron (nerver som styr muskler) muskelatrofi, paralys

NUKLEÄRA LAMINER intermediärfilament typ V nätverk under kärnmembranet depolymeriseras vid celldelning, byggs upp igen i dotterkärnorna Regleras av kinaser (fosforylering)

MIKROTUBULI långa, stela, ihåliga rör, dynamiska strukturer 25 nm diameter dynamiska strukturer flera funktioner: bestämmer cellform separation av kromosomer (mitotisk spole) intracellulär transport av organeller. cellrörelse: cilia och flageller

Mikrotubuli tubulin: dimer av a-tubulin och b-tubulin protofilament – en lång tråd mikrotubuli: 13 protofilament i ring polaritet: snabbt växande + ända, långsamt växande – ända \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11390.jpg

Växande mikrotubuli är dynamiskt instabila kontinuerligt assembly och disassembly färdigbyggda mikrotubuli (50%) och fria subenheter (50%) Animation

'capping proteins' Cellen stabiliseras, kan polariseras, och kan organiseras

INTRACELLULÄR ORGANISATION AV MIKROTUBULI växer från centrosomen två centrioler

Centriol \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11432.jpg

Mitotisk spole Astral m.t Polar m.t Chrom mt. Kinetochore m.t

Nervceller \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11470.jpg

Motorproteiner för mikrotubuli vandrar längs mikrotubuli ATP-hydrolys ger energi organeller hålls på plats: ER (kinesin), Golgi (dynein)

Motorproteiner för mikrotubuli \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11480.jpg Animation

Transport av vesiklar \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11490.jpg

Cilier och Flageller \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11530.jpg

CILIER OCH FLAGELLER Innehåller stabila mikrotubuli Cilium: förflytta vätska över ytan eller för att förflytta cellen mikrotubuli utgår från en ‘basal body’ Flageller: liknar cilier men är längre används för att röra hela cellen

Hur rör den på sig? \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11542.jpg

\Figures-Hi-res\ch11\cell3e11560.jpg

SAMMANFATTNING Cytoskelettets roller Aktin Intermediärfilament cellcortex, stressfiber, mikrovilli, cellutskott, aktin och myosin, cellrörelse 'cellkravlande' Intermediärfilament keratin, vimetin neurofilament nukleära laminer Mikrotubuli mitotisk spole räls cilier och flageller

Instuderingsuppgift 2: Cancerbehandling Cancerbehandling bygger på att skada celler i snabb tillväxt/delning (såsom cancerceller) så selektivt som möjligt Colchicine, vincristine, och taxol är exempel på potentiella anti-cancer läkemedel som verkar på cytoskelettet Förklara kort vilken/vilka processer/mekanismer i cellen (från dagens föreläsning) som påverkas Varför drabbas cancerceller så mycket hårdare än många andra (normala) celltyper i kroppen. En biverkan av vincristine kan vara nerv-påverkan, ex nedsatt känsel i händer/fötter Rent mekanistiskt, utifrån dagens föreläsning, varför kan denna biverkan ske (dessa nervceller cell-delar sig ju inte)?

Ex på tentafråga Cellkravlande kan indelas i tre huvudsteg (utsträckning, vidhäftning, släpning). Beskriv kortfattat för vart och ett av stegen vad som sker, vilka komponenter som är inblandade och cytoskelettets roll Muskelfibrer i skelettmuskulatur (exempelvis i biceps) är specialiserade på att omvandla energi till rörelse/kraft. a) Förklara hur detta går till utifrån en enskild muskelfiber. b) Hur sker initieringen av muskelkontraktion efter att det att nervsignalen har nått fram till muskelcellen? c) Vilken jon inne i cellen är viktig i denna signalering/initiering, d) hur regleras sedan muskelkontraktionen på molekylär nivå i respons till koncentrationen av denna jon.