MELLANFILAMENT: STRUKTUR, TYPER, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De mellanliggande filamenten , även kända i litteraturen som "IFs" (av de engelska mellanliggande filamenten), är en familj av fibrösa proteiner cytosoliska olösliga ämnen finns i alla celler i flercelliga eukaryoter.

De är en del av cytoskeletten, som är ett intracellulärt trådformigt nätverk som huvudsakligen ansvarar för stödet av cellstrukturen och olika metaboliska och fysiologiska processer såsom vesikeltransport, cellrörelse och förskjutning, etc.

Immunofluorescensmikroskopi av två proteiner från mellanfilamenten i astrocyter (Vimentin och GFAP) (Källa: GerryShaw via Wikimedia Commons)

Tillsammans med mikrotubuli och mikrofilamenter deltar mellanliggande filament i den rumsliga organisationen av intracellulära organeller, i processerna för endocytos och exocytos, och även i processerna för celldelning och intercellulär kommunikation.

De första mellanliggande filamenten som skulle studeras och beskrivs var keratiner, en av de första typerna av proteiner vars struktur analyserades med röntgendiffraktion på 1930-talet.

Begreppet mellanliggande filament introducerades emellertid på 1980-talet av Lazarides, som beskrev dem som komplexa "mekaniska integratorer av cellutrymme", kännetecknade av deras olöslighet och deras förmåga att återmontera in vitro efter denaturering.

De betraktas av många författare som stressbuffertelement för djurceller, eftersom de är mer flexibla filament än mikrotubuli och mikrofilamenter. De finns inte bara i cytoskeletten, utan de är också en del av nukleoskeletten.

Till skillnad från de andra fibrösa komponenterna i cytoskeletten deltar de mellanliggande filamenten inte direkt i processerna för cellrörlighet, utan fungerar snarare i cellernas strukturella underhåll och mekaniska motstånd.

Strukturera

Källa: http://rsb.info.nih.gov/ij/images/

De mellanliggande filamenten har en ungefärlig diameter på 10 nm, ett strukturellt kännetecken för vilket de har namngivits, eftersom deras storlek är mellan de storlekar som motsvarar myosin- och aktinfilamenten, vilka är mellan 25 och 7 nm. respektive.

De skiljer sig strukturellt från de andra två typerna av cytoskeletala filament, som är kulaformiga proteinpolymerer, genom att deras beståndsdelar är distinkta långlängda a-spiralformade fibrösa proteiner som kluster samman för att bilda repliknande strukturer.

Alla proteiner som utgör de mellanliggande filamenten har en liknande molekylär organisation, bestående av ett α-spiralformat eller "rep" domän som har olika mängder "spolbildande" segment av samma storlek.

Denna spiralformade domän flankeras av ett N-terminal icke-spiralformat "huvud" och en icke-spiralformig "svans" vid den C-terminala änden, vilka båda varierar i både storlek och aminosyrasekvens.

Inom sekvensen för dessa två ändar finns de konsensusmotiv som är vanliga för de 6 kända typer av mellanliggande filament.

I ryggradsdjur är "ackord" -domänen för cytosoliska intermediära filamentproteiner ungefär 310 aminosyrarester, medan cytosoliska proteiner med ryggradslösa djur och kärnämnen är ungefär 350 aminosyror långa.

hopsättning

Mellanfilament är "självmonterande" strukturer som inte har enzymatisk aktivitet, vilket också skiljer dem från deras cytoskeletala motsvarigheter (mikrotubulor och mikrofilamenter).

Dessa strukturer monteras initialt som tetramrar av de filamentösa proteinerna som utgör dem endast under påverkan av monovalenta katjoner.

Dessa tetramerer är 62 nm långa och deras monomerer associeras med varandra i sidled för att bilda enhetslängdtrådar (UFL), känd som fas 1 i sammansättningen, vilket sker mycket snabbt. .

UFL: erna är föregångarna till långa filament, och eftersom dimererna som utgör dem sammanfogas på ett antiparallellt och vackert sätt har dessa enheter en central domän med två flankerande domäner genom vilka fas 2 av förlängning sker. , där den längsgående sammansättningen av andra UFL: er sker.

Under det som har betecknats som fas 3 i aggregatet inträffar radiell kompaktering av filamentens diameter, vilket producerar mogna mellanfilament med mer eller mindre 10 nm i diameter.

Funktioner

Mellanfilamentens funktioner beror avsevärt på typen av cell som beaktas och för djur (inklusive människor) regleras deras uttryck på ett vävnadsspecifikt sätt, varför det också beror på vävnadstypen än i studie.

Epitelia, muskler, mesenkymala och glialceller och neuroner har olika typer av filament, specialiserade efter funktionen hos de celler till vilka de hör.

Bland dessa funktioner är de viktigaste strukturella underhåll av celler och motstånd mot olika mekaniska spänningar, eftersom dessa strukturer har en viss elasticitet som gör att de kan dämpa olika typer av krafter som påläggs cellerna.

Typer av mellanliggande filament

Proteinerna som utgör de mellanliggande filamenten tillhör en stor och heterogen familj av filamentösa proteiner som är kemiskt olika men som skiljs in i sex klasser enligt deras sekvenshomologi (I, II, III, IV, V och VI).

Även om det inte är så vanligt kan olika typer av celler under mycket speciella förhållanden (utveckling, celltransformation, tillväxt, etc.) tillsammans uttrycka mer än en klass mellanformade filamentbildande proteiner

Mellanfilament av klass I och II: sura och basiska keratiner

Keratiner representerar majoriteten av proteinerna i de mellanliggande filamenten, och hos människor representerar de mer än tre fjärdedelar av de mellanliggande filamenten.

De har molekylvikter som varierar mellan 40 och 70 kDa och skiljer sig från andra mellanliggande filamentproteiner genom deras höga innehåll av glycin och serinrester.

De är kända som sura och basiska keratiner på grund av deras isoelektriska punkter, som ligger mellan 4,9 och 5,4 för sura keratiner och mellan 6,1 och 7,8 för basiska.

I dessa två klasser har cirka 30 proteiner beskrivits och förekommer speciellt i epitelceller, där båda typerna av proteiner "sampolymeriserar" och bildar sammansatta filament.

Många av de mellanliggande filamentfall I-keratinerna finns i strukturer som hår, naglar, horn, spikar och klor, medan de i klass II är de vanligaste i cytosolen.

Mellanfilament av klass III: proteiner av desmin / vimentin

Desmin är ett surt protein på 53 kDa som, beroende på fosforyleringsgraden, har olika varianter.

Vissa författare har också kallat desminfilamenten "mellanliggande muskeltrådar", eftersom deras närvaro är ganska begränsad, även om de är i små mängder, till alla typer av muskelceller.

I myofibriller finns desmin i Z-linjen, så det tros att detta protein bidrar till muskelfibrernas kontraktila funktioner genom att fungera vid korsningen mellan myofibriller och plasmamembranet.

Fotografi av färgningen av proteinet Vimentin, ett protein från mellanfilamenten i epitelceller och embryonala celler (Källa: Viktoriia Kosach via Wikimedia Commons)

I sin tur är vimentin ett protein som finns i mesenkymceller. De mellanliggande filamenten som bildas av detta protein är flexibla och har visat sig motstå många av de konformationella förändringarna som inträffar under cellcykeln.

Det finns i fibroblaster, glatta muskelceller, vita blodkroppar och andra celler i cirkulationssystemet hos djur.

Mellanfilament av klass IV: neurofilamentproteiner

Även känd som "neurofilament", denna klass av mellanliggande filament innefattar ett av de grundläggande strukturella elementen i neuronaxoner och dendriter; de är ofta associerade med mikrotubulorna som också utgör dessa strukturer.

Neurofilamenten hos ryggradsdjur har isolerats, vilket bestämmer att det är en triplett av proteiner på 200, 150 och 68 kDa som deltar i aggregatet in vitro.

De skiljer sig från andra mellanliggande filament genom att de har sidovapen som "bilagor" som skjuter ut från samma periferi och som fungerar i interaktionen mellan angränsande filament och andra strukturer.

Glialceller producerar en speciell typ av mellanliggande filament känd som glial mellanliggande filament, som skiljer sig strukturellt från neurofilament genom att de består av ett enda 51 kDa protein och har olika fysikalisk-kemiska egenskaper.

Mellanfilamentklass V: kärnlaminaltrådar

Alla laminer som ingår i nukleoskelettet är faktiskt mellanfilamentproteiner. Dessa är mellan 60 och 75 kDa i molekylvikt och finns i kärnorna i alla eukaryota celler.

De är väsentliga för den interna organisationen av kärnkraftsregionerna och för många av denna organels funktioner som är nödvändiga för att det finns eukaryoter.

Mellanfilamentklass VI: Nestinas

Denna typ av mellanfilament väger cirka 200 kDa och finns främst i stamceller i centrala nervsystemet. De uttrycks under neuronal utveckling.

Relaterade patologier

Det finns flera sjukdomar hos människor som är relaterade till mellanfilament.

I vissa typer av cancer, såsom maligna melanom eller bröstkarcinom, till exempel, leder samuttrycket av mellanliggande filament av vimentin och keratin till differentiering eller interkonversion av epiteliala och mesenkymala celler.

Detta fenomen har visat sig experimentellt öka den migrerande och invasiva aktiviteten hos cancerceller, vilket har viktiga konsekvenser för de metastatiska processer som är karakteristiska för detta tillstånd.

Eriksson et al. (2009) granskar olika typer av sjukdomar och deras förhållande till specifika mutationer i generna som är involverade i bildandet av de sex typerna av mellanliggande filament.

Sjukdomar relaterade till mutationer i generna som kodar för de två typerna av keratin är epidermolysbullosa, epidermolytisk hyperkeratos, hornhinnedystrofi, keratodermi och många andra.

Mellanfilament av typ III är involverade i många kardiomyopatier och i olika muskelsjukdomar som huvudsakligen är relaterade till dystrofier. Dessutom är de också ansvariga för dominerande grå starr och vissa typer av skleros.

Många neurologiska syndrom och störningar är förknippade med typ IV-filament, till exempel Parkinson. På liknande sätt är genetiska defekter i typ V- och VI-filament ansvariga för utvecklingen av olika autosomala sjukdomar och relaterade till cellkärnans funktion.

Exempel på dessa är Hutchinson-Gilford progeria syndrom, Emery-Dreifuss muskeldystrofi, bland andra.

referenser

1. Anderton, BH (1981). Mellanfilament: en familj av homologa strukturer. Journal of Muscle Research and Cell Motility, 2 (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B., … Goldman, RD (2009). Introduktion av mellanfilament: från upptäckt till sjukdom. Journal of Clinical Investigation, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Mellanfilament: Struktur, dynamik, funktion och sjukdom. Annu. Pastor Biochem. 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, & Seftor, REB (1996). Roll av mellanfilament i migration, invasion och metastaser. Cancer and Metastasis Reviews, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Mellanfilament: Molekylstruktur, monteringsmekanism och integration i funktionellt distinkta intracellulära ställningar. Årlig granskning av biokemi, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Mellanfilament: struktur och montering. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 8, 1–22.
7. McLean, I., & Lane, B. (1995). Mellanfilament i sjukdom. Aktuellt yttrande i cellbiologi, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Molekylär och cellulär biologi för mellanfilament. Årlig granskning av biokemi, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Mellanfilament. Journal of Cell Biology, 99 (1), 1–6.