MEDZIPRODUKTY: ŠTRUKTÚRA, TYPY, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Tieto medziprodukty vlákna , tiež známe v literatúre ako "keby" (z vlákien anglicky priemer), patrí do rodiny proteínov, vláknitých cytosolické nerozpustné látky sú prítomné vo všetkých bunkách vyšších organizmov.

Sú súčasťou cytoskeletu, čo je intracelulárna vláknitá sieť, ktorá je zodpovedná hlavne za podporu bunkovej štruktúry a rôznych metabolických a fyziologických procesov, ako je transport vezikúl, pohyb a premiestňovanie buniek atď.

Imunofluorescenčná mikroskopia dvoch proteínov intermediárnych filamentov astrocytov (Vimentin a GFAP) (Zdroj: GerryShaw prostredníctvom Wikimedia Commons)

Spolu s mikrotubulami a mikrovláknami sa stredné vlákna zúčastňujú na priestorovej organizácii intracelulárnych organel, na procesoch endocytózy a exocytózy, ako aj na procesoch bunkového delenia a medzibunkovej komunikácie.

Prvými prechodnými vláknami, ktoré sa mali študovať a opísať, boli keratíny, jeden z prvých typov proteínov, ktorých štruktúra bola analyzovaná röntgenovou difrakciou v 30. rokoch 20. storočia.

Koncept medzivlákien však bol predstavený v 80. rokoch 20. storočia Lazaridom, ktorý ich opísal ako komplexné „mechanické integrátory bunkového priestoru“ charakterizované svojou nerozpustnosťou a ich schopnosťou znovu sa zložiť in vitro po denaturácii.

Mnohí autori ich považujú za stresové „tlmivé“ prvky pre živočíšne bunky, pretože sú flexibilnejšími vláknami ako mikrotubuly a mikrofilamenty. Vyskytujú sa nielen v cytoskelete, ale sú tiež súčasťou nukleoskeletu.

Na rozdiel od ostatných vláknitých zložiek cytoskeletu sa medzivlákna nezúčastňujú priamo na procesoch bunkovej mobility, ale skôr fungujú pri štruktúrnej údržbe a mechanickej odolnosti buniek.

štruktúra

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

Medziľahlé vlákna majú približný priemer 10 nm, čo je štruktúrna charakteristika, pre ktorú boli pomenované, pretože ich veľkosť je medzi veľkosťami zodpovedajúcimi myozínovým a aktínovým vláknam, ktoré sú medzi 25 a 7 nm. resp.

Štrukturálne sa líšia od ostatných dvoch typov cytoskeletálnych filamentov, ktoré sú globulárnymi proteínovými polymérmi, v tom, že ich konštitučné jednotky sú odlišné a-helikálne vláknité proteíny s dlhou dĺžkou, ktoré sa zhlukujú, aby vytvorili štruktúry podobné lanom.

Všetky proteíny, ktoré tvoria medziproduktové vlákna, majú podobnú molekulárnu organizáciu pozostávajúcu z a-helikálnej alebo "lanovej" domény, ktorá má rôzne množstvá segmentov "tvoriacich cievku" rovnakej veľkosti.

Táto helikálna doména je ohraničená N-terminálnym ne-helikálnym "hlavou" a ne-helikálnym "koncom" na C-terminálnom konci, ktoré sa líšia veľkosťou aj aminokyselinovou sekvenciou.

V sekvencii týchto dvoch koncov sú známe konsenzuálne motívy, ktoré sú spoločné pre 6 typov známych medziproduktov.

U stavovcov je „akordovou“ doménou cytosolických intermediálnych vláknitých proteínov asi 310 aminokyselinových zvyškov, zatiaľ čo cytosolické proteíny bezstavovcov a jadrových lamina sú približne 350 aminokyselín dlhé.

zhromaždenie

Medziproduktové vlákna sú „samoskladajúce sa“ štruktúry, ktoré nemajú enzymatickú aktivitu, ktorá ich tiež odlišuje od svojich cytoskeletálnych náprotivkov (mikrotubuly a mikrofilamenty).

Tieto štruktúry sa spočiatku zostavujú ako tetraméry vláknitých proteínov, ktoré ich robia pod vplyvom iba monovalentných katiónov.

Tieto tetraméry sú dlhé 62 nm a ich monoméry sa bočne vzájomne spájajú, aby vytvorili vlákna jednotkovej dĺžky (UFL), známe ako fáza 1 zostavy, ktorá sa vyskytuje veľmi rýchlo. ,

UFL sú prekurzory dlhých filamentov a keďže diméry, ktoré ich tvoria, sú spolu spojené antiparalelne a striedavo, tieto jednotky majú centrálnu doménu s dvoma lemujúcimi doménami, cez ktoré nastáva fáza 2 predĺženia. , kde dochádza k pozdĺžnemu spojeniu iných UFL.

V priebehu toho, čo sa nazývalo ako fáza 3 zostavy, dochádza k radiálnemu zhutňovaniu priemeru vlákien, ktoré produkuje zrelé medzivlákna s priemerom viac ako 10 nm.

Vlastnosti

Funkcie medzivlákien značne závisia od typu uvažovanej bunky av prípade zvierat (vrátane ľudí) je ich expresia regulovaná tkanivovo špecifickým spôsobom, a preto tiež záleží na type tkaniva. ako v štúdiu.

Epitel, svaly, mezenchymálne a gliové bunky a neuróny majú rôzne typy vlákien, špecializovaných podľa funkcie buniek, do ktorých patria.

Z týchto funkcií sú najdôležitejšie štrukturálne udržiavanie buniek a odolnosť voči rôznym mechanickým namáhaniam, pretože tieto štruktúry majú určitú elasticitu, ktorá im umožňuje tlmiť rôzne typy síl pôsobiacich na bunky.

Druhy medzivlákien

Proteíny, ktoré tvoria medziproduktové vlákna, patria do veľkej a heterogénnej rodiny vláknitých proteínov, ktoré sú chemicky odlišné, ale ktoré sa delia do šiestich tried podľa ich sekvenčnej homológie (I, II, III, IV, V a VI).

Aj keď to nie je veľmi bežné, rôzne typy buniek môžu za veľmi špecifických podmienok (vývoj, transformácia buniek, rast atď.) Koexpresovať viac ako jednu triedu intermediárnych proteínov tvoriacich vlákno.

Medziproduktové vlákna triedy I a II: kyslé a zásadité keratíny

Keratíny predstavujú väčšinu proteínov v medziproduktových vláknach a u ľudí predstavujú viac ako tri štvrtiny medziproduktov.

Majú molekulové hmotnosti, ktoré sa pohybujú medzi 40 a 70 kDa a líšia sa od iných vláknitých proteínov so stredným obsahom podľa ich vysokého obsahu glycínových a serínových zvyškov.

Sú známe ako kyslé a zásadité keratíny kvôli svojim izoelektrickým bodom, ktoré sú medzi 4,9 a 5,4 pre kyslé keratíny a medzi 6,1 a 7,8 pre zásadité.

V týchto dvoch triedach bolo opísaných okolo 30 proteínov, ktoré sú prítomné najmä v epiteliálnych bunkách, kde oba typy proteínov „ko-polymerizujú“ a tvoria zložené vlákna.

Mnohé z keratínov z medzilahlého vlákna I sa nachádzajú v štruktúrach, ako sú vlasy, nechty, rohy, hroty a pazúry, zatiaľ čo v triede II sú najčastejšie v cytosole.

Medziproduktové vlákna triedy III: Proteíny typu Desmin / vimentín

Desmin je kyslý proteín s molekulovou hmotnosťou 53 kDa, ktorý má v závislosti od stupňa fosforylácie rôzne varianty.

Niektorí autori tiež označujú desminové vlákna za „stredné svalové vlákna“, pretože ich prítomnosť je pomerne obmedzená, hoci v malom množstve, na všetky typy svalových buniek.

V myofibrilách sa desmin nachádza v línii Z, takže sa predpokladá, že tento proteín prispieva k kontraktilným funkciám svalových vlákien tým, že funguje na spojení myofibríl a plazmatickej membrány.

Fotografie zafarbenia proteínu Vimentin, bielkoviny medzivrstiev epitelových a embryonálnych buniek (Zdroj: Viktoriia Kosach cez Wikimedia Commons)

Vimentin je zase proteín prítomný v mezenchymálnych bunkách. Medziprodukty tvorené týmto proteínom sú flexibilné a bolo zistené, že odolávajú mnohým konformačným zmenám, ku ktorým dochádza v priebehu bunkového cyklu.

Nachádza sa vo fibroblastoch, bunkách hladkého svalstva, bielych krvinkách a ďalších bunkách v obehovom systéme zvierat.

Medziproduktové vlákna triedy IV: neurofilné proteíny

Táto trieda stredných vlákien, známa tiež ako „neurofily“, obsahuje jeden zo základných štruktúrnych prvkov neurónových axónov a dendritov; často sú spojené s mikrotubulami, ktoré tiež tvoria tieto štruktúry.

Neofilamenty stavovcov boli izolované, čo určuje, že je to triplet proteínov 200, 150 a 68 kDa, ktoré sa zúčastňujú na zhromažďovaní in vitro.

Od ostatných medzivlákien sa líšia tým, že majú bočné ramená ako „prívesky", ktoré vyčnievajú z ich okrajov a ktoré fungujú pri interakcii medzi susednými vláknami a inými štruktúrami.

Gliové bunky produkujú špeciálny typ medziproduktov, známych ako gliové medziprodukty, ktoré sa štrukturálne líšia od neurofilov tým, že sú zložené z jedného proteínu s molekulovou hmotnosťou 51 kDa a majú odlišné fyzikálno-chemické vlastnosti.

Trieda V medzivlákna: Vlákna jadrového vlákna

Všetky laminy, ktoré sú súčasťou nukleoskeletu, sú v skutočnosti medziproduktovými vláknovými proteínmi. Tieto molekuly majú molekulovú hmotnosť medzi 60 a 75 kDa a nachádzajú sa v jadrách všetkých eukaryotických buniek.

Sú nevyhnutné pre vnútornú organizáciu jadrových regiónov a pre mnohé z funkcií tejto organely, ktoré sú nevyhnutné pre existenciu eukaryot.

Trieda stredných vlákien VI: Nestinas

Tento typ stredného vlákna má hmotnosť asi 200 kDa a nachádza sa prevažne v kmeňových bunkách centrálneho nervového systému. Vyjadrujú sa počas neuronálneho vývoja.

Súvisiace patológie

U ľudí existuje mnoho chorôb, ktoré súvisia so strednými vláknami.

Napríklad pri niektorých typoch rakoviny, ako sú zhubné melanómy alebo karcinómy prsníka, vedie koexpresia stredných vlákien vimentínu a keratínu k diferenciácii alebo vzájomnej premene epitelových a mezenchymálnych buniek.

Ukázalo sa, že tento jav experimentálne zvyšuje migračnú a invazívnu aktivitu rakovinových buniek, čo má dôležité dôsledky pre metastatické procesy charakteristické pre tento stav.

Eriksson a kol., (2009), skúmajú rôzne typy chorôb a ich vzťah k špecifickým mutáciám v génoch, ktoré sa podieľajú na tvorbe šiestich typov medzivrstiev.

Ochorenia spojené s mutáciami v génoch kódujúcich dva typy keratínu sú epidermolytická bullosa, epidermolytická hyperkeratóza, rohovková dystrofia, keratoderma a mnoho ďalších.

Medziproduktové vlákna typu III sú zapojené do mnohých kardiomyopatií a rôznych svalových ochorení, ktoré súvisia hlavne s dystrofiou. Okrem toho sú tiež zodpovedné za dominantné katarakty a niektoré typy sklerózy.

S vláknami typu IV, ako sú napríklad Parkinsonove choroby, je spojených mnoho neurologických syndrómov a porúch. Rovnakým spôsobom sú genetické defekty vo vláknach typu V a VI zodpovedné za vývoj rôznych autozomálnych chorôb a súvisia s fungovaním bunkového jadra.

Príkladmi týchto ochorení sú okrem iného Hutchinson-Gilfordov syndróm progerie, Emery-Dreifussova svalová dystrofia.

Referencie

1. Anderton, BH (1981). Medziprodukty: skupina homológnych štruktúr. 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). Predstavujeme stredné vlákna: od objavu po chorobu. The Journal of Clinical Investigation, 119 (7), 1763 - 1771.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Medziprodukty: Štruktúra, dynamika, funkcia a choroba. Annu. Biochem. 63, 345 - 382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT a Seftor, REB (1996). Úloha medziproduktov pri migrácii, invázii a metastázovaní. Recenzie rakoviny a metastáz, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H. a Aebi, U. (2004). Medziprodukty: Molekulárna štruktúra, mechanizmus zostavenia a integrácia do funkčne odlišných vnútrobunkových lešení. Ročný prehľad biochémie, 73 (1), 749 - 789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Medziprodukty: Štruktúra a zostavenie. Perspektívy studenej jari v biológii, 8, 1–22.
7. McLean, I., & Lane, B. (1995). Intermediárne filamenty pri chorobe. Aktuálne stanovisko v Cell Biology, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Molekulárna a bunková biológia medziproduktov. Ročný prehľad biochémie, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Medziprodukty. The Journal of Cell Biology, 99 (1), 1-6.