CYTOSKELETT OCH CELLRÖRELSE

Föreläsningsinnehåll Vad gör cytoskelettet? Aktin Aktin, myosin och cellrörelse Intermediärfilament Mikrotubuli Mikrotubuli och cellrörelse

VAD GÖR CYTOSKELETTET? cytoskelettet – ramverk av proteintrådar cellens skelett: håller cellens form cellens muskler: cellrörelser enskilda celldelar rör sig (cilier etc.) hela celler förflyttas maskineri för intracellulär rörelse: organeller förflyttas kromosomer delas på vid celldelning

CYTOSKELETTET Nätverk av 3 olika slags proteinfilament AKTIN INTERMEDIÄRFILAMENT MIKROTUBULI

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

AKTIN 5-10% av cellens proteininnehåll (genomsnittscell) monomerer bildar aktinfilament = mikrofilament spiralformad tråd, c:a 7 nm diameter aktinbindande proteiner reglerar aktinet i cellen

Aktinpolymerisation G-aktin (globular actin) monomer POLYMERISATION steg 1: bildning av dimer steg 2: bildning av trimer steg 3: addering av monomerer till båda ändarna ( 5-10 ggr snabbare till +ändan) \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11021.jpg F-aktin (filamentous actin)

Reversibel polymerisation av aktinmonomerer polymerisationshastigheten beroende av monomerkoncentrationen depolymerisation oberoende av monomerkonc. monomererna binder ATP som hydrolyseras till ADP i kedjan ATP behövs ej för polymerisationsreaktionen, men ATP-monomerer binder bättre till kedjan än ADP-monomerer ADP-aktin håller ihop kedjan sämre cytochalasiner hindrar addering vid +ändan phalloidin hindrar dissociation \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11030.jpg

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

AKTINBINDANDE PROTEINER aktinbindande proteiner reglerar polymerisering och depolymerisering, samt många andra funktioner hos aktin Arp2/3-komplex ADF/cofilin (actin depolymerization factor) profilin

Arp2/3 Arp2/3 komplex av 7 proteiner Binder nära +ändan \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11050.jpg Arp2/3 komplex av 7 proteiner Binder nära +ändan Initierar förgrening av aktinfilament

ADF/Cofilin ADF/Cofilin kan dela aktinfilament och skapa nya + ändar \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11062.jpg ADF/Cofilin kan dela aktinfilament och skapa nya + ändar

ORGANISATION AV AKTINFILAMENT BUNTAR NÄTVERK

AKTIN-BUNTAR actin-bundling proteins små, rigida proteiner korslänkar paralella 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 stora flexibla proteiner korslänkar Filamin binder aktin som en dimer korslänkar vinkelrätt ställda aktinfilament

Cell cortex (=cellens bark) 3D-nätverk av aktinfilament under plasmamembranet bestämmer cellens form, involverad i cellrörelse enkelt lager i röda blodkroppar, tjockare i de flesta andra celler

Erytrocyter=Röda blodkroppar cell cortex bestående av aktinfilament-nätverk bestämmer bikonkava formen Spectrin \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11100.jpg tetramer binder till korta aktinfilament ger erytrocyters cytoskelett dess form

Cell cortex i andra celltyper Fodrin (non-erythroid spectrin) liknar spectrin ERM-protein länkar aktinfilament till plasmamembran (PM) i många olika celltyper Filamin länkar aktinfilament till PM i trombocyter (blodplättar) Dystrophin länkar aktinfilament till PM i muskelceller, saknas hos personer med Duchennes muskeldystrofi (muterat vid Beckers md)

CELLUTSKOTT mikrovilli fingerlika utskott, vanliga på celler involverade i absorption, tex tunntarmsepitel 1000 st /cell permanenta strukturer som rör sig

MIKROVILLI

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

MYOSIN molekylär motor: omvandlar kemisk energi (ATP) till mekanisk energi (kraft och rörelse) aktinbindande motorproteiner bildar kontraktila (=sammandragande) strukturer ATPase-huvuden rör sig mot + på aktin

MYOSIN II Kan dra två aktinfilament mot varandra = förkortning \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11300.jpg Kan dra två aktinfilament mot varandra = förkortning

MYOSIN I Icke muskelmyosin Kan förflytta vesiklar, organeller plasmamembran (villi, pseudopodia,) Finns andra icke muskelmyosiner (myosin III-XVI) varav myosin VI rör sig mot (-)ändar \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 'Sliding-Filament Model' \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 från nervcell sarkoplasmatiska nätverket runt myofibrillen släpper ut Ca 2+ troponin binder Ca 2+, ändrar form, får tropomyosin att flytta sig myosinbindningsställen blottas myosin kan binda till aktin

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

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

Calmodulin ett exempel på Ca 2+-bindande protein som aktiverar målproteiner CaM-kinaser fosforylerar i sin tur sina målproteiner Myosing II light chain kinase aktiveras Myosin II fosforyleras (på RLC) Myosin II bildar filament och får ökad ATPase aktivitet Figures_Hi-res\ch13\cell3e13280.jpg

MYOSIN II i icke muskler Reglering via fosforylering Calcium binder calmodulin => conformationsändring Calmodulin binder myosin light chain kinase RLC fosforyleras Myosinfilament ATPase aktivitet

STRESSFIBRER buntar av kontraktila aktinfilament korslänkade med a-actinin bundna till extracellulärmatrix via integrin, ett transmembranprotein

CELLER KRYPER EXEMPEL PÅ 'CELL CRAWLING' granulocyter vandrar ut ur blodbanan utväxt av nervcellsaxon Rörelse sammansatt av många molekylära förändringar Delmoment utsträckning vidhäftning släpning

CELLFÖRFLYTTNING utsträckning – polymerisation och förgrening av aktinfilament transport utåt av vesiklar och proteiner vidhäftning – focal adhesions (cell-matrix) för långsamma celler, även cell-cell-interaktioner släpning – nedbrytning av focal adhesions i bakändan, kontraktion av stressfibrer fram

CELLFÖRFLYTTNING \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11320.jpg

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

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

KERATINER INTERMEDIÄRFILAMENT typ I-II Typ I – sura Typ II – basiska och neutrala Epitelceller syntetiserar både sura och basiska keratiner som co-polymeriserar Hårda keratiner i hår, naglar Mjuka keratiner i cytoplasman i epitelceller

Keratiner: intracellulär organisation fäst vid kärnmembranet associerat till plasma-membranet fast förankrat vid desmosomer och vid hemidesmosomer förmedlar hållfasthet hos epitel

epidermolysis bullosa simplex - defekt keratin

Typ III-IV Typ III Typ IV vimetin: nätverk från kärnan ut till plasmamembranet. glatt muskulatur, fibroblaster, vita blodkroppar desmin: tvärstrimmig muskulatur Typ IV neurofilament (NF-L, NF-M, NF-H) i neuron, stödjer axon

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

NUKLEÄRA LAMINER intermediärfilament typ V i alla kärnförande celler nätverk under kärnmembranet depolymeriseras vid varje celldelning, byggs upp på nytt igen i de nya dotterkärnorna kontrolleras av kinaser som fosforylerar

MIKROTUBULI långa, stela, ihåliga rör, 25 nm diameter dynamiska strukturer: kan snabbt plockas isär och byggas upp på nytt ställe Många funktioner i cellerna: bestämmer cellform separation av kromosomer vid celldelning: mitotisk spole intracellulär transport av organeller: ‘räls’ cellrörelse: cilia och flageller

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

Egenskaper kontinuerlig assembly och disassembly i en cell: blandning av färdigbyggda mikrotubuli (50%) och fria subenheter (50%) experimentella och kommersiella läkemedel colchicin, vincristine, vinblastine hindrar polymerisation taxol stabiliserar mikrotubuli

Växande mikrotubuli är dynamiskt instabila

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

INTRACELLULÄR ORGANISATION AV MIKROTUBULI centrosom nära centrum av cellen mikrotubuli växer ut från centrosomen två centrioler i centrosomen

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

Mitotisk spole \Figures-Hi-res\ch11\cell3e11462.jpg

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

Motorproteiner för mikrotubuli vandrar längs mikrotubuli ATP-hydrolys ger energi till förflyttning (konformationsförändring) organeller sätts på plats: ER med kinesin, Golgi med dyenin

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

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

Rörelse med mikrotubuli \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