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
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)
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
Treadmilling
kritisk konc för
addering till - ändan
> monomerkoncentration >
kritisk konc för
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
•Initierar förgrening av aktinfilament
ADF/Cofilin
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
AKTINNÄTVERK
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
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
• pseudopodia
– fagocytos
– amöbors rörelser
•lamellipodia
- fibroblaster
•microspikes eller
filopodia
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
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
MUSKELCELLER
SARKOMER
SARKOMER
MUSKELKONTRAKTION
'Sliding-Filament Model'
Tropomyosin och Troponin
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
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
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 aactinin
• 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-cellinteraktioner
• släpning – nedbrytning av focal
adhesions i bakändan, kontraktion av
stressfibrer fram
CELLFÖRFLYTTNING
INTERMEDIÄRFILAMENT
•
•
•
•
'mellanfiber' – 10 nm i diameter
mekanisk hållfasthet
sammansatt av många olika proteiner
fler än 50 olika intermediärfilamentproteiner finns
• Typ I-VI
Intermediärfilament
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 plasmamembranet
• fast förankrat vid
desmosomer och vid
hemidesmosomer
• förmedlar hållfasthet hos
epitel
epidermolysis bullosa simplex - defekt keratin
Typ III-IV
• Typ III
– 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 btubulin
•protofilament – en lång tråd
•mikrotubuli:
13 protofilament i ring
•röret har polaritet:
snabbt växande + ända,
långsamt växande – ända
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
Mitotisk spole
Nervceller
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
Transport av vesiklar
Cilier och Flageller
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?
Rörelse med mikrotubuli
SAMMANFATTNING
• Cytoskelettets roller
• Aktin
– cellcortex, stressfiber, mikrovilli, cellutskott,
– aktin och myosin, cellrörelse
– 'cellkravlande'
• Intermediärfilament
– keratin, vimetin
– neurofilament
– nukleära laminer
• Mikrotubuli
– mitotisk spole
– räls
– cilier och flageller
