Structura, tipurile, funcțiile filamentelor intermediare

4549
Basil Manning

filamente intermediare, cunoscut și în literatură sub numele de „IFs” (din engleză Filamente intermediare), sunt o familie de proteine ​​fibroase citosolice insolubile care sunt prezente în toate celulele eucariotelor multicelulare.

Acestea fac parte din citoschelet, care este o rețea filamentoasă intracelulară, care este responsabilă, în principal, pentru susținerea structurii celulare și pentru diverse procese metabolice și fiziologice, cum ar fi transportul veziculelor, mișcarea și deplasarea celulelor etc..

Microscopie de imunofluorescență a două proteine ​​ale filamentelor intermediare ale astrocitelor (Vimentin și GFAP) (Sursa: GerryShaw [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] prin Wikimedia Commons)

Alături de microtubuli și microfilamente, filamentele intermediare participă la organizarea spațială a organelor intracelulare, la procesele de endocitoză și exocitoză, precum și la procesele de diviziune celulară și comunicare intercelulară..

Primele filamente intermediare care au fost studiate și descrise au fost cheratinele, unul dintre primele tipuri de proteine ​​a căror structură a fost analizată prin difracție de raze X în anii 1930..

Conceptul de filamente intermediare, însă, a fost introdus în anii 1980 de Lazarides, care i-a descris ca fiind „integratori mecanici complexi ai spațiului celular”, caracterizat prin insolubilitatea și capacitatea lor de a se reasambla. in vitro după denaturare.

Mulți autori consideră că sunt elemente „tampon” de stres pentru celulele animale, deoarece sunt filamente mai flexibile decât microtubulii și microfilamentele. Ele nu se găsesc numai în citoschelet, ci fac parte și din nucleoschelet.

Spre deosebire de celelalte componente fibroase ale citoscheletului, filamentele intermediare nu participă direct la procesele de mobilitate celulară, ci funcționează mai degrabă la întreținerea structurală și rezistența mecanică a celulelor..

Indice articol

  • 1 Structură
  • 2 Asamblare
  • 3 Funcții
  • 4 Tipuri de filamente intermediare
    • 4.1 Filamente intermediare de clasa I și II: cheratine acide și bazice
    • 4.2 Clasa III a filamentelor intermediare: proteine ​​de tip Desmin / vimentină
    • 4.3 Filamente intermediare de clasa IV: proteine ​​neurofilamentare
    • 4.4 Filamente intermediare de clasa V: filamente de lamina nucleară
    • 4.5 Clasa VI a filamentelor intermediare: Nestine
  • 5 Patologii conexe
  • 6 Referințe

Structura

Sursa: http://rsb.info.nih.gov/ij/images/ [Domeniul public]

Filamentele intermediare au un diametru aproximativ de 10 nm, o caracteristică structurală pentru care au fost numiți, deoarece dimensiunea lor este între dimensiunile corespunzătoare filamentelor de miozină și actină, care sunt între 25 și respectiv 7 nm..

Acestea diferă structural de celelalte două tipuri de filamente cito-scheletice, care sunt polimeri proteici globulari, prin aceea că unitățile lor constituie proteine ​​fibroase α-elicoidale de lungime lungă care se grupează împreună pentru a forma structuri asemănătoare coardelor..

Toate proteinele care alcătuiesc filamentele intermediare au o organizare moleculară similară, constând dintr-un domeniu α-elicoidal sau „frânghie” care are cantități diferite de segmente „formatoare de bobine” de aceeași dimensiune..

Acest domeniu elicoidal este flancat de un „cap” non-elicoidal N-terminal și o „coadă” neelicoidală la capătul C-terminal, ambele variază atât în ​​dimensiune, cât și în secvența de aminoacizi..

În secvența acestor două capete sunt motivele de consens care sunt comune pentru cele 6 tipuri de filamente intermediare cunoscute.

La vertebrate, domeniul „coardă” al proteinelor filamentului intermediar citosolic este de aproximativ 310 reziduuri de aminoacizi, în timp ce proteinele citosolice ale lamei nevertebrate și nucleare au aproximativ 350 de aminoacizi..

Asamblare

Filamentele intermediare sunt structuri „auto-asamblate” care nu posedă activitate enzimatică, ceea ce le diferențiază și de omologii lor cito-scheletici (microtubuli și microfilamente)..

Aceste structuri sunt inițial asamblate ca tetrameri ai proteinelor filamentoase care le formează sub influența, numai, a cationilor monovalenți..

Acești tetrameri au o lungime de 62 nm și monomerii lor se asociază unul cu celălalt lateral pentru a forma „unități de lungime” (UFL). filamente de lungime unitară), care este cunoscută sub numele de faza 1 a ansamblului, care are loc foarte repede.

UFL-urile sunt precursorii filamentelor lungi și, întrucât dimerii care le formează sunt unite între ele într-o manieră antiparalelă și eșalonată, aceste unități au un domeniu central cu două domenii flancante prin care are loc faza 2 a alungirii., Unde unirea longitudinală a apar alte UFL-uri.

În timpul a ceea ce s-a numit faza 3 a ansamblului, are loc compactarea radială a diametrului filamentelor, care produce filamente intermediare mature de mai mult sau mai puțin 10 nm în diametru..

Caracteristici

Funcțiile filamentelor intermediare depind considerabil de tipul de celulă luat în considerare și, în cazul animalelor (inclusiv al oamenilor), exprimarea lor este reglementată într-un mod specific țesutului, prin urmare, depinde și de tipul de țesut..

Epiteliile, mușchii, celulele mezenchimale și gliale și neuronii au diferite tipuri de filamente, specializate în funcție de celulele cărora le aparțin..

Printre aceste funcții, cele mai importante sunt menținerea structurală a celulelor și rezistența la diferite solicitări mecanice, deoarece aceste structuri au o anumită elasticitate care le permite să amortizeze diferite tipuri de forțe impuse celulelor..

Tipuri de filamente intermediare

Proteinele care alcătuiesc filamentele intermediare aparțin unei familii numeroase și eterogene de proteine ​​filamentoase care sunt chimic diferite, dar care se disting în șase clase în funcție de omologia secvenței lor (I, II, III, IV, V și VI).

Deși nu este foarte comun, diferite tipuri de celule, în condiții foarte particulare (dezvoltare, transformare celulară, creștere etc.) pot co-exprima mai mult de o clasă de proteine ​​intermediare care formează filamente.

Filamente intermediare de clasa I și II: cheratine acide și bazice

Keratinele reprezintă majoritatea proteinelor din filamentele intermediare și, la om, ele reprezintă mai mult de trei sferturi din filamentele intermediare.

Au greutăți moleculare care variază între 40 și 70 kDa și diferă de alte proteine ​​filamentare intermediare prin conținutul lor ridicat de reziduuri de glicină și serină..

Sunt cunoscute sub numele de cheratine acide și bazice datorită punctelor lor izoelectrice, care sunt cuprinse între 4,9 și 5,4 pentru cheratinele acide și între 6,1 și 7,8 pentru cele bazice..

În aceste două clase, au fost descrise în jur de 30 de proteine ​​și sunt prezente în special în celulele epiteliale, unde ambele tipuri de proteine ​​„co-polimerizează” și formează filamente compuse..

Multe dintre cheratinele cu filament intermediar de caz I se găsesc în structuri precum părul, unghiile, coarnele, plumele și ghearele, în timp ce cele din clasa II sunt cele mai abundente în citosol..

Filamente intermediare de clasa III: proteine ​​de tip Desmin / vimentină

Desmin este o proteină acidă de 53 kDa care, în funcție de gradul său de fosforilare, are diferite variante.

Unii autori au numit și filamentele desmin „filamente musculare intermediare”, deoarece prezența lor este destul de limitată, deși în cantități mici, la toate tipurile de celule musculare..

În miofibrile, desminul se găsește în linia Z, motiv pentru care se crede că această proteină contribuie la funcțiile contractile ale fibrelor musculare prin funcționarea la joncțiunea miofibrilelor și a membranei plasmatice..

Fotografie a colorării proteinei Vimentin, o proteină a filamentelor intermediare ale celulelor epiteliale și embrionare (Sursa: Viktoriia Kosach [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] prin Wikimedia Commons)

La rândul său, vimentina este o proteină prezentă în celulele mezenchimale. Filamentele intermediare formate de această proteină sunt flexibile și s-a constatat că rezistă multor schimbări conformaționale care apar în timpul ciclului celular..

Se găsește în fibroblaste, celule musculare netede, celule albe din sânge și alte celule ale sistemului circulator al animalelor..

Filament intermediar clasa IV: proteine ​​neurofilamentare

Cunoscută și sub denumirea de „neurofilamente”, această clasă de filamente intermediare cuprinde unul dintre elementele structurale fundamentale ale axonilor neuronali și ale dendritelor; sunt adesea asociate cu microtubulii care alcătuiesc și ele aceste structuri.

Neurofilamentele animalelor vertebrate au fost izolate, determinând că este un triplet de proteine ​​de 200, 150 și 68 kDa care participă la asamblare in vitro.

Ele diferă de alte filamente intermediare prin faptul că au brațele laterale ca „apendice” care se proiectează de la periferia aceluiași și care funcționează în interacțiunea dintre filamentele învecinate și alte structuri..

Celulele gliale produc un tip special de filamente intermediare cunoscute sub numele de filamente intermediare gliale, care diferă structural de neurofilamente prin faptul că sunt compuse dintr-o singură proteină de 51 kDa și au proprietăți fizico-chimice diferite..

Filament intermediar clasa V: filamente de lamina nucleară

Toate laminele care fac parte din nucleoschelet sunt de fapt proteine ​​filamentale intermediare. Acestea au între 60 și 75 kDa greutate moleculară și se găsesc în nucleele tuturor celulelor eucariote.

Acestea sunt esențiale pentru organizarea internă a regiunilor nucleare și pentru multe dintre funcțiile acestui organel esențiale pentru existența eucariotelor..

Filament intermediar clasa a VI-a: Nestinas

Acest tip de filament intermediar cântărește aproximativ 200 kDa și se găsește predominant în celulele stem ale sistemului nervos central. Ele sunt exprimate în timpul dezvoltării neuronale.

Patologii conexe

Există mai multe boli la om care sunt legate de filamentele intermediare.

În unele tipuri de cancer, cum ar fi melanoamele maligne sau carcinoamele mamare, de exemplu, coexprimarea filamentelor intermediare de vimentină și cheratină duce la diferențierea sau interconversia celulelor epiteliale și mezenchimale.

S-a demonstrat experimental că acest fenomen crește activitatea migratorie și invazivă a celulelor canceroase, ceea ce are implicații importante în procesele metastatice caracteristice acestei afecțiuni..

Eriksson și colab. (2009) analizează diferitele tipuri de boli și relația lor cu mutații specifice din genele implicate în formarea celor șase tipuri de filamente intermediare..

Bolile legate de mutațiile genelor care codifică cele două tipuri de keratină sunt epidermoliza buloasă, hiperkeratoza epidermolitică, distrofia corneei, keratodermia și multe altele..

Filamentele intermediare de tip III sunt implicate în numeroase cardiomiopatii și în diferite boli musculare legate în principal de distrofii. În plus, sunt responsabili și de cataracta dominantă și de unele tipuri de scleroză.

Multe sindroame și tulburări neurologice sunt asociate cu filamente de tip IV, cum ar fi Parkinson. În mod similar, defectele genetice ale filamentelor de tip V și VI sunt responsabile pentru dezvoltarea diferitelor boli autozomale și legate de funcționarea nucleului celular..

Exemple de acestea sunt sindromul progeria Hutchinson-Gilford, distrofia musculară Emery-Dreifuss, printre altele..

Referințe

  1. Anderton, B. H. (1981). Filamente intermediare: o familie de structuri omoloage. Journal of Muscle Research and Cell Motility, Două(2), 141-166.
  2. Eriksson, J. E., Pallari, H., Robert, D., Eriksson, J. E., Dechat, T., Grin, B., ... Goldman, R. D. (2009). Introducerea filamentelor intermediare: de la descoperire la boală. Jurnalul de investigații clinice, 119(7), 1763-1771.
  3. Fuchs, E. și Weber, K. (1994). Filamente intermediare: structură, dinamică, funcție și boală. Annu. Pr. Biochem., 63, 345-382.
  4. Hendrix, M. J. C., Seftor, E. A., Chu, Y. W., Trevor, K. T. și Seftor, R. E. B. (1996). Rolul filamentelor intermediare în migrație, invazie și metastază. Recenzii despre cancer și metastaze, cincisprezece(4), 507-525.
  5. Herrmann, H. și Aebi, U. (2004). Filamente intermediare: structură moleculară, mecanism de asamblare și integrare în schele intracelulare distincte funcțional. Revizuirea anuală a biochimiei, 73(1), 749-789.
  6. Herrmann, H. și Aebi, U. (2016). Filamente intermediare: structură și asamblare. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8, 1-22.
  7. McLean, I. și Lane, B. (1995). Filamente intermediare în boli. Opinia curentă în biologia celulară, 7(1), 118-125.
  8. Steinert, P. și Roop, D. (1988). Biologia moleculară și celulară a filamentelor intermediare. Revizuirea anuală a biochimiei, 57(1), 593-625.
  9. Steinert, P., Jones, J. și Goldman, R. (1984). Filamente intermediare. Jurnalul de biologie celulară, 99(1), 1-6.

Nimeni nu a comentat acest articol încă.