Aktiini. Solun tukiranka. Tukiranka 1. Tukiranka 2

Transkriptio

1 Aktiini Solun tukiranka runsaasti solun sisällä 1-5 % kaikista proteiineista Ihmisellä 6 aktiinigeeniä Geenien tuotteet: -4 α-aktiinia - β- ja γ-aktiini poikkeavat vain muutaman aminohapon verran Tukiranka 1 sytoskeleton 3 päätyyppiä 1. Mikrofilamentit 4-6 nm paksuisia, aktiinia 2. Mikrotubulukset läpimitta 25 nm, koostuvat tubuliinista putkia 3. Välikokoiset filamentit läpimitta 10 nm, kemiallinen koostumus vaihtelee lisäksi monet sytosolin proteiinit tukirangan toiminnallisia osia kytkevät säikeitä soluelimiin solu fibroblasti ameeba verihiutale (human) aktiinin osuus prot. % maksasolu 2 Tukiranka 2 Aktiini mikrofilamentit ja mikrotubulukset hajoavat ja muodostuvat uudelleen nopeasti; välikokoiset filamentit pysyvämpiä kantamolekyyleinä sytosolin prot. monomeerit polymerisoituminen säikeet, putket Merkitys tuki + liike myosiini (myös muissa k. lihassoluissa) + aktiini sikiöiden kudosten ja elinten synty (histo- ja organogeneesi) α-aktiinia esiintyy lähinnä lihassoluissa β- ja γ-aktiinia muissa soluissa evoluutiossa säilyneet hyvin, ameebojen aktiini ihmisen kaltainen 1

2 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja Filamin cross-linker Actin filament 3) Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liityyviä proteiineja CapZ (plus-pää) Tropomoduliini (miinus-pää) Kofiliini (plus-pää) Severiini Aktiiniin sitoutuvia proteiineja Aktiiniin sitoutuvia proteiineja 1) Aktiinisäikeiden välisiä poikkisidoksia Filamiini α-aktiini 4) Aktiinisäikeitä katkaisevia Severiini Gelsoliini Kofiliini Aktiiniin sitoutuvia proteiineja Aktiiniin sitoutuvia proteiineja 2) Solukalvoon yhdistäviä Filamiini α-aktiini Dystrofiini Spektriini Esriini Taliini 5) Aktiinin polymerisaatiota edistäviä proteiineja Profiliini 2

3 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja Mikrofilamentit verihiutaleissa 6) Liikeeseen tarvittavan molekyylimoottorin muodostuminen Myosiini Tropomyosiini Troponiini Trombosyytit levossa, levymäinen muoto Hyytymisaineen vaikutus solut leviävät keskeltä ulospäin Hyytymisen aikana satelliittimainen muoto, ulospäin useita filopodeja. Aktiinin morfologinen uudelleenjärjestäytyminen, yhteydet solukalvoon Plasma membrane Glycophorin Band 3 dimer Platelet Spectrin tetramer Erytrosyytin sytoskeletonin proteiinit. Vuorovaikutus integraalikalvoproteiinien kanssa. Band 4.1 Ankyrin Ankyriini yhdistää spektriinin kolmoisnauhan proteiinit solukalvon anionitransporteriin Aktiinifilamentit filamiinin välityksellä kiinnittyy kolmiulotteisesti geeliin Geeli täyttää trombosyytin sytosolin Kiinnittyminen filamiinin avulla glykoproteiinin 1b- IX-kompleksiin verihiutaleen kalvolla GP 1b-IX on kalvoreseptori kahdelle verihyytymisproteiinille Erytrosyytin proteiinit Muscle spektriinin tetrameerin päätekompleksin komponentin hypoteettinen järjestys ja vuorovaikutukset Dystrofiini kiinnittää aktiinifilamentit kalvon integraaliproteiiniin Kompleksi sitoo lamiinin ja agriinin ekstrasellulaariseen matriksiin (ECM) 3

4 Epiteelisolu Profiliini ERM-proteiini esriini ja EBP50 kytkevät aktiinifilamentin kystisen fibroosan läpimenevään reseptoriin (CFTR) Esriini avautuu oligomeeriksi ja syntyy pää-häntädimeeri Profiliini-aktiinikompleksi Capping protein Profiliini Toksiinit häiritsevät aktiinin monomeeri polymeeri tasapainoa Profiliini ja tymosiini β 4 säätelevät G-aktiinin polymerisaatiota Alkaloidien vaikutus aktiiniin Profiliini migraatiossa Esim. sieniperäinen alkaloidi sytokalasiini D aktiinifilamentin polymerisoitumisen sitoutumalla F- aktiinin pluspäähän ja estää seuraavan yksikön kiinnittymisen Toinen sienistä erittyvä toksiini latrunkuliini sitoutuu G-aktiiniin ja inhiboi sen kiinnittymisen filamentin päähän Profiliini kumuloituu vaeltavan fibroblastin johtaviin ulokkeisiin 4

5 Gelsoliini Mikrofilamentti (aktiinifilamentti) Jos sytosolin Ca 2+ - konsentraatio on alle 10-6 M, gelsoliini ei sitoudu aktiinifilamenttiin Korkea Ca 2+ - konsentraatio johtaa gelsoliinin ja aktiinin välisen kovalenttisen sidoksen vahvistumiseen Actin tubulin 10 µm 7 nm Mikrofilamentit 1 Actin filament lihassolun supistumismekanis-mi 1950-luvun lopulla (Huxley) ATP + CA 2+ säikeiden väliset sillat epiteelisolun mikrofilamentit tunnetaan parhaiten myös muiden solujen sekä soluorganellien liike nojautuu aktiinisäikeisiin Fascin cross-linker 36 nm Mikrofilamentit 2 Aktiini G-aktiini (globular) (filamentous) hydrolyysi, Ca 2+ F-aktiini ATP ADP kierteinen säie lihakset ja mikrovillukset tunnetaan parhaiten Microfilaments 5

6 Mikrofilamentit 3 Mikrotubulus Aktiinia sitovat proteiinit: aktiini + myosiini + tropomyosiini liike aktiini + -filamiini yhtenäinen geeli aktiini + fimbriini yhdensuunt. säiekimput aktiini + vinkuliini kiinnittyminen solumembraaniin Ca 2+ -ionien ohjailu tropomyosiinitroponiini-cjärjestelmä lihassolussa muissa kalmoduliini säikeiden kiinnittyminen alustaan kiinnityslevyn (adhesion plate) avulla Tubulin dimer 10 µm 25 nm Mikrotubulukset 1 Mikrotubuluksen rakenne jopa 50 % solun tubuliinista liukoisena läpimitta 25 nm, pituus useita µm erityisen runsaasti ulokkeissa, esim. aksonit; 15 % proteiineista tubuliinia solun kuljetusverkosto kromosomien liikkeiden ohjaus punasolun plasmamembraanin alla kaksoiskoveruus verihiutaleissa osallistuu aktiivisesti hyytymistapahtumaan Tubulin heterodimerin alfa tubulin beeta tubulin Tubuliini ja keratiini Makrofagit GTP cap Dimers on alfa tubulin beeta tubulin Mikrotubuluksen rakentuminen alayksiköistään Dimers off 6

7 Mikrotubulukset 2 Mikrotubuluksen poikkileikkaus Mikrotubulusten organisaatiokeskukset toinen pää yl. ankkuroitunut ±solun keskelle (sentriolin lähelle) MAP (organisaatiokeskus) identtinen sentriolin kanssa keskellä parilliset sentriolit Microtubule cross section Mikrotubuluksen organisointikeskus Mikrotubulukset 4 Microtubule organizing center (MTOC) Dyneiini tumasukkulan mikrotubulusten proteiini ATPaasin aktiviteettia liike samanlaista kuin värekarvoissa ja siimoissa mikrotubulusten aktiivista liikettä: tubuliini-dyneiini (vrt. lihasten aktiinimyosiini) Mikrotubulukset 3 Tukirangan motorisen molekyylin liike Esim. cilia ja flagella Tubuliini mikrotubulusten sisältämä proteiini esiintyy kahtena polypeptidiketjuna MW 50 kd tubuliiniyksiköt pituussuunnassa peräkkäin EM kuvassa ohuina rihmoina liukoinen tubuliini vapaana sytosolissa polymerisoitumalla varsinainen tubuliini (camp) säätelee Microtubule of cytoskeleton Motor molecule (ATP powered) 7

8 Motorisen molekyylin kiinnittyminen reseptoriin Näin esim. transmitteriä sisältävä vesikkeli kulkee kohti aksonin kärkeä. Motor molecule (ATP powerwd) Organelle Receptor for motor molecule Microtubule of cytoskeleton Kinesiini ja dyneiini ovat moottoriproteiineja, jotka kuljettavat mm. solunkuljetusrakkuloita päinvastaisiin suuntiin. Kinesiinin avulla tapahtuu liike mikrotubuluksen plus-päätä kohti ja dyneiinin avulla miinus-päätä kohti Motoristen molekyylien liike 1 Välikokoiset filamentit Kinesiini, suunta positiivinen Light chains Heavy chains Microtubule jokseenkin suoria paksuus n. 10 nm koko siis mikrotubulusten (25 nm) ja mikrofilamenttien (6 nm) väliltä esiintyy lähes kaikissa soluissa tukevat solun rakennetta ja lisäävät solun kestävyyttä Keratiini lähes kaikissa välikokoisissa filamenteissa keratiinifilamentit es. epiteelisoluissa desmosomeihin liittyvissä tonofilamenteissa Motoristen molekyylien liike 2 Välikokoinen filamentti Dyneiini, suunta negatiivinen 5 µm Light chain Protein subunits Fibrous subunits Heavy chain 10 nm 8

9 Desmiini lihassolun intermediaarisäikeen proteiini desmiinisäikeeseen liittyy aktiinia liittää lihassolun myofibrilleja Z-levyihin pitää paikallaan lihassolun organelleja supistumisen kuluessa Vimentiini menkymaalisissa soluissa Neurofilamentit ja periferiini Hermosoluissa Nestiini Hermo- ja lihaskantasoluissa Lamiini A ja B Erilaistuneet solut Tonofilamentit osa solun tukirankaa solukalvoon kiinnittyviä säikeisiä levyjä paksuus n. 10 nm soluliman ja solukalvon liittyminen yhteen desmosomeissa Vimentiini Sentrioli eli keskusjyvänen lähellä solun keskustaa interfaasivaiheessa Golgin laitteen tuntumassa, sytosentrumissa parillinen ( diplosomi) pituus 0,3 µm, paksuus 0,1 µm lieriömäinen 9 triplettiä (kaksi avointa, yksi suljettu) merkitys mitoosissa replikoitumiskykyisiä sis. mahd. oman genomin (vrt. mitokondriot) Lamiini Värekarvat (cilia) ja ripset (flagella) Lamiini muodostaa verkon tumakotelon sisälle Lamiinit kiinnittyvät fosfolipidikalvoon isoprenyylin avulla ja stabiloivat tumakotelon Ciliat ohuita, halk. 0,5 µm pituus 2-10 µm liikkuvia ympärillä solukalvo runs./solu värekarvaliike koordinoitua, autom. liikettä hiukkaset haluttuun suuntaan esim. munatorven pinnan värekarvojen aaltoliike kuljettaa munasolun kohti kohtua nopeus tuhansia µm/min Flagellat tavallisesti cilioita pitempiä, µm muutamia/solu 9

10 Ciliumin hienorakenne Cilioiden peittämä paramecium 25 µm Cilium Axoneme A dense nap of beating cilia covers this Paramecium, a motile protist (SEM) Basal body Ciliumin poikkileukkaus Flagella 1 µm Basal body Centriole Propulsion of a sperm cell is an example of falgellate locomotion (SEM) Cilioiden edestakainen lyönti Direction of organism s movement Direction of active stroke Direction of recovery stroke Tyvikappale (basal body 9+0 tyyppiä epiteelisolun latvassa liittyvät ao. soluista ulospistäviin värekarvoihin ja ripsiin Aksoneema värekarvojen keskellä oleva akseli 9+2 rakenne kaksoisputkirakenne (kaksi mikroputkea, dupletti) dyneiinivarret 10

11 katalysoi ATP:n hydrolyysiä vap. energiaa, mikrotubulusvarret liikkuvat toisiaan pitkin tubuliini-dyneiini analoginen lihaksen aktiini-myosiinin kanssa parill. putket eivät lyhene liukuvat toistensa lomiin keskellä oleva putkipari liikkeen suunta 11