CYTOSKELETT OCH CELLRÖRELSE

Transkript

1 CYTOSKELETT OCH CELLRÖRELSE Cytoskelettet ramverk av proteintrådar cellens skelett: håller cellens form cellens muskler: cellrörelser maskineri för intracellulär rörelse: 1

2 CYTOSKELETTET Nätverk av 3 olika slags proteinfilament AKTIN INTERMEDIÄRFILAMENT MIKROTUBULI AKTIN 2

3 Aktin monomerer bildar aktinfilament = mikrofilament G-aktin (globular actin) monomer F-aktin (filamentous actin) Reversibel polymerisation av aktinmonomerer Polymerisation: beroende av monomer-koncentration monomer binder ATP (ATP/ADP ) ATP-aktin binder bättre ADP-aktin håller ihop sämre cytochalasiner hindrar addering vid +ändan Depolymerisation oberoende av monomerkonc phalloidin hindrar dissociation 3

4 Treadmilling kritisk konc för > monomerkoncentration > kritisk konc för addering till - ändan addering till + ändan Animation AKTINBINDANDE PROTEINER styr polymerisering och depolymerisering Formin Arp2/3-komplex ADF/cofilin (actin depolymerization factor) profilin 4

5 Arp2/3 Binder nära +ändan Initierar förgrening 5

6 ADF/Cofilin kan dela aktinfilament => nya (+) ändar Profilin Stimulates ADP/ATP exchange 6

7 ORGANISATION AV AKTINFILAMENT BUNTAR NÄTVERK AKTIN-BUNTAR actin-bundling proteins små, rigida proteiner korslänkar parallella aktinfilament med samma riktning 7

8 i tarmslemhinnans mikrovilli, tex. motorproteinet myosin får plats AKTIN- NÄTVERK 3D-nätverk Filamin! 8

9 Cell cortex (=cellens bark) 3D-nätverk under plasmamembranet cellens form, cellrörelse CELLUTSKOTT mikrovilli fingerlika utskott, 1000 st /cell permanenta 9

10 MIKROVILLI CELLUTSKOTT transienta pseudopodia fagocytos amöbors rörelser lamellipodia -fibroblaster microspikes eller filopodia 10

11 MYOSIN aktinbindande motorproteiner kemisk energi (ATP) => mekanisk energi (kraft och rörelse) ATPase-huvud MYOSIN II 11

12 MYOSIN I Icke-muskelmyosin vesiklar, organ, plasmamembran Finns andra icke muskelmyosiner (myosin III-XVI) MUSKELCELLER 12

13 SARKOMER SARKOMER 13

14 MUSKELKONTRAKTION 14

15 Tropomyosin och Troponin INITIERING AV MUSKELKONTRAKTION aktionspotential sarkoplasmatiska nätverket => Ca 2+ troponin binder Ca 2+, Flyttar på tropomyosin =>Bindningsställen för myosin myosin binder aktin Animation 15

16 Tropomyosin och Troponin KONTRAKTILA ELEMENT icke-muskelceller (men med myosin II) 'mini-muskler' regleras genom fosforyleringar myosin light-chain kinase calmodulin Ca2+ kontraktil ring stressfibrer 16

17 MYOSIN II i icke-muskler Reglering via fosforylering Calcium binder calmodulin => konformationsändring myosin light chain kinase aktiveras RLC fosforyleras Myosinfilament bildas ATPase aktivitet STRESSFIBRER buntar av kontraktila aktinfilament α-actinin korslänkar Integrin länkar till EM 17

18 EXEMPEL CELLER KRYPER cell crawling granulocyter vandrar ut ur blodbanan utväxt av nervcellsaxon Delmoment utsträckning vidhäftning släpning CELLFÖRFLYTTNING utsträckning Polymerisation, förgrening av aktinfilament transport utåt av vesiklar och proteiner vidhäftning focal adhesions för långsamma celler, även cell-cell-interaktioner släpning nedbrytning av focal adhesions i bakänden, kontraktion av stressfibrer i framänden 18

19 INTERMEDIÄRFILAMENT 'mellanfiber' 10 nm i diameter mekanisk hållfasthet sammansatt av många proteiner > 50 olika intermediärfilament-proteiner Typ I-VI Intermediärfilament 19

20 KERATINER INTERMEDIÄRFILAMENT typ I-II Typ I sura Typ II basiska och neutrala Epitelceller gör både sura och basiska keratiner => co-polymeriserar Hårda keratiner hår, naglar Mjuka keratiner cytoplasma i epitelceller Keratiner: intracellulär organisation fast förankrat vid desmosomer och vid hemidesmosomer förmedlar hållfasthet hos epitel epidermolysis bullosa simplex 20

21 Typ III Typ III-IV Nätverk, från kärnan ut till plasmamembranet. Typ IV neurofilament i neuron, stödjer axoner ALS amyotrofisk lateral skleros ackumulation och abnormal ihopsättning av neurofilament succesiv förlust av motorneuron (nerver som styr muskler) muskelatrofi, paralys 21

22 NUKLEÄRA LAMINER intermediärfilament typ V nätverk under kärnmembranet depolymeriseras vid celldelning, byggs upp igen i dotterkärnorna Regleras av kinaser (fosforylering) MIKROTUBULI långa, stela, ihåliga rör, 25 nm diameter dynamiska strukturer flera funktioner: bestämmer cellform separation av kromosomer (mitotisk spole) intracellulär transport av organeller. cellrörelse: cilia och flageller 22

23 Mikrotubuli tubulin: dimer av α-tubulin och β- tubulin protofilament en lång tråd mikrotubuli: 13 protofilament i ring polaritet: snabbt växande + ända, långsamt växande ända Växande mikrotubuli är dynamiskt instabila kontinuerligt assembly och disassembly färdigbyggda mikrotubuli (50%) och fria subenheter (50%) Animation 23

24 'capping proteins' Cellen stabiliseras, kan polariseras, och kan organiseras INTRACELLULÄR ORGANISATION AV MIKROTUBULI växer från centrosomen två centrioler 24

25 Centriol Mitotisk spole 25

26 Nervceller Motorproteiner för mikrotubuli vandrar längs mikrotubuli ATP-hydrolys ger energi organeller hålls på plats: ER (kinesin), Golgi (dynein) 26

27 Motorproteiner för mikrotubuli Animation Transport av vesiklar 27

28 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 28

29 Hur rör den på sig? 29

30 30

31 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 Instuderingsuppgift 2: Cancerbehandling Cancerbehandling bygger på att skada celler i snabb tillväxt/delning (såsom cancerceller) så selektivt som möjligt Colchicine, vincristine, och taxol är exempel på potentiella anti-cancer läkemedel som verkar på cytoskelettet Förklara kort vilken/vilka processer/mekanismer i cellen (från dagens föreläsning) som påverkas Varför drabbas cancerceller så mycket hårdare än många andra (normala) celltyper i kroppen. En biverkan av vincristine kan vara nerv-påverkan, ex nedsatt känsel i händer/fötter Rent mekanistiskt, utifrån dagens föreläsning, varför kan denna biverkan ske (dessa nervceller cell-delar sig ju inte)? 31

32 Ex på tentafråga Cellkravlande kan indelas i tre huvudsteg (utsträckning, vidhäftning, släpning). Beskriv kortfattat för vart och ett av stegen vad som sker, vilka komponenter som är inblandade och cytoskelettets roll Muskelfibrer i skelettmuskulatur (exempelvis i biceps) är specialiserade på att omvandla energi till rörelse/kraft. a) Förklara hur detta går till utifrån en enskild muskelfiber. b) Hur sker initieringen av muskelkontraktion efter att det att nervsignalen har nått fram till muskelcellen? c) Vilken jon inne i cellen är viktig i denna signalering/initiering, d) hur regleras sedan muskelkontraktionen på molekylär nivå i respons till koncentrationen av denna jon. 32