Динамика и регуляция работы кератинов.
Занятие № 11.
Цитоскелет.
1. Промежуточные филаменты (ПФ).
Особенности строения эпителиальных кератинов.
Характерной чертой всех эпителиальных клеток является присутствие кератинов. Кислые кератины включают в себя 11 эпителиальных кератинов, обозначающихся символами К9-К20, а также 4 вида кератина волос (На1-На4). Основные кератины образованы 8 эпителиальными белками, получившими название К1-К8. Молекулярная масса как тех, так и других варьирует от 40 до 67 кДа. Кислые и основные кератины образуют пары, то есть являются облигатными гетерополимерами, и относятся к группе цитоплазматических ПФ.
Кератиновые (или цитокератиновые) ПФ также принято называть тонофиламентами. Имеющиеся в литературе данные позволяют сделать вывод о том, что присутствие цитокератинов в клетке является признаком, который может быть использован для идентификации эпителия. То есть каждому виду эпителиальных клеток, характеризующемуся определенными функциями и локализацией, присущ и характерный набор и кератиновых полипептидов.
Все белки ПФ имеют схожую вторичную структуру: правозакрученный α-спиральный стержневой домен, содержащий три коротких не-α-спиральных линкера, не-α-спиральные головной (N-конец) и хвостовой (С-конец) домены. Строение стержневого участка и линкерных сегментов цитокератинов аналогично единому плану организации белков ПФ, однако головной и хвостовой домены выявляют ряд отличий. Так в состав головного сегмента кератинов I типа входят домены Е1, V1 и H1, а в состав хвостовой области – домены Е2 и V2; для С-конца кератинов II типа кроме выше описанных доменов характерен также домен Н2. Следует заметить, что субдомены E1 и V1 в кератинах являются наиболее основными и богатыми серин-глициновыми остатками.
|
|
|
Функции эпителиальных промежуточных филаментов.
В современной науке существует два направления в определении приоритетной функции ПФ. Первое - механистическое направление, сторонники которого утверждают, что основная функция ПФ (наряду с эластическими элементами) – устойчивость к деформации, механическая прочность. Представители же немеханистических взглядов считают, что первичная функция ПФ – регуляторная. То есть ПФ могут служить переносчиками информации от ядра к плазматической мембране и в обратном направлении. Возможно, что с их участием также происходит регуляция клеточного движения и специфического распространения органелл, везикул и мембранных доменов.
Кроме того, в клетке выявлена связь ПФ с десмосомами и внеклеточным матриксом (через гемидесмосомы). Формирование кератиновых филаментов и контактов играет значительную роль в интегративном морфогенетическом движении в течение эмбриогенеза. У мышей формирование десмосомальных контактов предшествует образованию ПФ. Следует заметить, что при разрушении десмоплакина (один из белков десмосомы) происходит реорганизация сети, образуемой кератинами 8 и 18.
|
|
|
Предполагается также, что белки, ассоциированные с микротрубочками, способствуют формированию связи между микротрубочками и ПФ. Так плектин – белок, объединяющий ПФ в клетках культуры фибробластов, также имеет сайты связывания ПФ с микротрубочками и микрофиламентами.
Формирование промежуточных филаментов.
Образование цитоплазматической сети.
Первым этапом при формировании ПФ является образование двумя пептидными цепями единой левой суперспирали. Такая укладка является параллельной, так как С-концы обоих полипептидов расположены по одну сторону от стержневого домена. Подобное взаимодействие с образованием димеров называется также ''скрученной спиралью'' (coiled coil). Это одно из самых сильных взаимодействий белкового мира.
Образовавшиеся димеры ассоциируют антипараллельно и формируют таким образом тетрамеры, или протофиламенты. В настоящее время выделяют два типа взаимодействий между димерами на этом уровне структурной организации ПФ: продольное и боковое. На следующем этапе два протофиламента, соединяясь, образуют протофибриллу. Данные сканирующей электронной микроскопии показывают, что в состав 10-нм промежуточного филамента входит 4 протофибриллы, то есть 8 протофиламентов, или 32 исходных полипептида. Однако, в зависимости от типа ПФ и условий, в которых происходит полимеризация, в состав ПФ могут входить от 2 до 6 протофибрилл.
|
|
|
В клетке промежуточные филаменты ассоциированы с двумя типами мембран: цитоплазматической и мембранами ядерной оболочки. Исследования in vitro показывают, что для формирования ПФ de novo ядерного окружения не требуется. Было замечено, что околоядерная область не является обязательным местом формирования ПФ: ряд экспериментов подтверждает периферийную первичную локализацию ПФ. Расположение ПФ в перинуклеарной области в данном случае, вероятно, связано с транспортом новосинтезированных ПФ в эту зону.
Подобные отношения между ядерной областью и цитоплазматической мембраной обеспечивают пространственную организацию цитоплазмы, коммуникативную и, возможно, информационную, связь внутри клетки. Таким образом, сеть ПФ представляет собой вариабельную цитоплазматическую инфраструктуру, которая характеризуется следующими видами взаимодействий:
|
|
|
― взаимодействия с системой плазматическая мембрана - внеклеточный матрикс,
― взаимодействия с другими компонентами цитоскелета,
― взаимодействия с системой ядерная оболочка – ядерный матрикс.
Динамика и регуляция работы кератинов.
Связь с клеточным циклом.
Вариабельное поведение ПФ в течение клеточного цикла говорит о наличии системы тонкой регуляции их работы. Так, в период после их синтеза промежуточные филаменты подвергаются ацетилированию, фосфорилированию, гликозилированию, действию Са2+-зависимых протеаз, а также трансглютаминаз. О возможных эффектах гликозилирования на структуру, объединение и динамику ПФ на данный момент известно не очень много. Так, например, показано, что цитокератины человека (в клетках культуры HT29 – культура раковых клеток толстой кишки человека) К8 и К18 имеют О-гликозидные связи на N-ацетилглюкозаминных остатках; это повышает растворимость белков ПФ. Таким образом, процессы фосфорилирования и гликозилирования играют важную роль в динамике ПФ и в клеточном цикле.
Если же рассматривать динамику формирования ПФ в эмбриональном развитии, то можно заметить, что первыми по времени появляются цитокератины (они обнаруживаются уже в зиготе) и только на стадии закладки третьего зародышевого листка (мезодермы) начинает экспрессироваться другой тип ПФ - виментин. Образование филаментов остальных видов связано с дальнейшими процессами дифференциации тканей.
Кератиновые болезни.
Мутации генов, ответственных за синтез белков ПФ, приводят к возникновению различных заболеваний. Следует заметить, что большая часть подобных изменений обусловлена мутациями в генах, продуктами которых являются кератины. По этой причине среди генетических заболеваний этого класса наиболее распространены кожные. Около половины всех кератиновых мутаций идентифицируется в десятой части аминокислотных остатков спирали А1 I типа белков ПФ. Таким образом, возникновение мутаций в генах, ответственных за синтез белков ПФ, приводит к тому, что кератиновые молекулы не способны быстро димеризоваться. Вследствие этого взаимодействие между субъединицами нарушается, что делает сеть ПФ более рыхлой и менее устойчивой к деформации.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 175; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!