Az intermedier filamentumok

A mikrotubulusok és aktinfonalak mellett a legtöbb eukariotákban egy további vázrendszer is kialakult, az intermedier filamentumok (IF) hálózata. A rendszert mintegy 10 nm átmérőjű, hosszú, hajlékony fonalak alkotják, melyek az intermedier fehérjék polimerjei (35. ábra).

35. ábra (A) IF hálózat GFAP-t expresszáló asztrocitában; (B) GFAP kimutatása immunarany elektronmikroszkópiával. A GFAP lokalizációját az aranyszemcsék (nyíl) jelzik.

Az “intermedier” elnevezés arra utal, hogy vastagságuk az aktinfonalak (7-8nm) és a mikrotubulusok (25nm) mérettartománya közé esik. Az IF fehérjék változatos családot alkotnak (human szervezetben kb. 70 különböző IF fehérjét kódoló gén ismert), egyes tagjaik a citoplazmában, míg mások ( laminok) a magban hoznak létre IF hálózatot. Az IF fehérjék hosszú, pálcikaalakú molekulák, melyek három részre, az N-terminális fejre, a C-terminális farokra és kettőt összekötő centrális szakaszra (rod domén) tagolódnak. A család tagjai a fej és farok rész hosszában, aminosav szekvenciájában jelentősen különböznek egymástól, míg centrális szakasz szerkezetében erősen konzervált: kb. 45nm hosszú, mindig -helikális szerkezetű és a citoplazmatikus IF fehérjékben általában 310, a laminokban kb.350 aminosavból áll. A laminok farki régiójában NLS (nukleáris lokalizációs szignál) és egy speciális, kb.100 aminosav hosszúságú Ig (immunoglobulin-szerű) domén is kimutatható, melyek a citoplazmatikus IF fehérjékből hiányoznak (36.ábra).

36. ábra (A) Az IF fehérjék szerkezete. A molekula három részből – fej, centrális -helikális rod domén, farok - áll. A rod domén további szakaszokra (coil 1A/1B, coil 2A/2B) tagolható, melyeket linker szakaszok (L) kötnek össze. (B)A laminok farki részén NLS (nukleáris lokalizációs szignál) és egy Ig-szerű domén (Ig fold) található és a rod doménjük a Coil1B-ben egy 42 aminosav hosszúságú inszerciót tartalmaz. Az inzert, valamint az NLS és az Ig fold a citoplazmás IF fehérjékből hiányzik. A fej és a farok hossza tipusonként eltérő (zárójelben az aminosavak száma). A dimer a rod domének egymásköré tekeredésével jön létre.

A tubulintól és aktintól eltérően, az IF fehérjék nem kötnek nukleotidokat, ezért polimerizációjuk sem kapcsolt nukleotid hidrolízishez. Eltérés van az előfordulásukban is, míg az előbbiek minden eukariotában megtalálhatók, az IF hálózat a növényekből, gombákból hiányzik, továbbá soksejtű állatokban a laminok ugyan mindig expresszálódnak, de a citoplazmatikus IF fehérjék hiányoznak olyan nagy csoport, mint az izeltlábúak sejtjeiből. További eltérés, hogy az IF-hez nem kapcsolódnak motor-fehérjék.

Az IF fehérjéket többféle szempont szerint lehet osztályozni. Szekvencia hasonlóság alapján öt, a polimerizáció sajátosságai alapján három alosztályba sorolhatók (37. ábra).

37. ábra Az IF fehérjék csoportjai

A legnépesebb csopotot a savas (I.alosztály) és bázikus (II. alosztály) keratinok alkotják (az elnevezés az izoelektromos pontok különbözőségére utal). Epiteliális sejtekben expresszálódnak és obligát heteropolimerekbe szerveződnek, melyekben 1:1 arányban fordul elő valamelyik savas, illetve bázikus keratin. A III. alosztály három jellegzetes képviselője a a mezenchimális sejtekben expresszálódó vimentin, az izomsejtekben megjelenő dezmin és a glia fibrilláris fehérje. Mindhárom homopolimereket alkot. A IV. alosztályba a neuronokban megjelenő kis (NF-L), közepes (NF-M) és nagy (NF-H) molekulatömegű neurofilamentumok (NF) tartoznak. Kopolimereket alkotnak, melyekben a polimer magját az NF-L képezi és ehhez oldalirányban kilógó NF-M és NF-H molekulák aszociálódnak. Az V. alosztály tagjai a laminok. Humán sejtekben többféle lamin mutatható ki (Lamin A, B1,B2, C), melyek homopolimerekké állnak össze és a maghátya belső oldalához kapcslódva azt kimerevítik.

A polimerizácó menetét a 38. ábra szemlélteti.

38. ábra Intermedier filamentum (vimentin) kialakulása. A polimerizáció kezdő lépése a dimerizáció: két monomer rod doménjeikkel egymásköré tekeredve parallel dimért alkot. Ezután két dimér antiparallel elrendeződésben és egymáshoz képest elcsúszva tetramerizálódik. Több tetramer laterális asszociációjával blokkok (ULF – unit lenght filament) alakulnak ki, melyek végikkel összekapcsolódva hozzák létre a hosszú és kb. 10 nm átmérőjű filamentumot.

A folyamat dimerképződéssel indul: két monomer rod doménjeikkel egymás köré tekeredve összekapcsolódik parallel módon (azaz a két monomer N- illetve C-teminálisai egymás mellett helyezkednek el). A következő lépésben két dimer összeáll tetramerré. A tetramerben a dimerek antiparallel módon és egymáshoz képest kissé elcsúszva rendeződnek el. Ezután több tetramer oldalirányban és végeikkel összekapcsolódik és így jön létre a tipikus kb 10nm átkérőjű IF, mely rendkivül stabil, húzásnak ellenálló struktura. Mérések szerint eredeti hosszának hármszorosára is nyújtható anélkül, hogy elszakadna. Az antiparallel elrendeződés következtében az IF szál két vége nem különbözik egymástól, nincs “plusz” és “minusz” vég. Mechanikai stabilitásuk ellenére az IF-ek nem statikus struktúrák. Mérések szerint a filamentumokon belül alegységeik (tetramerek) kicserélődhetnek és foszforilálás hatására a filamentum szétszerelődik.

Az IF hálózat térbeli szerveződését számos járulékos fehérje biztosítja. Egyik jellegzetes képviselőjük a plectin, egy hosszú, szálszerű molekula,mely képes keresztkötéseket létrehozni a egyes intermedier filamentumok illetve aktinszálak és mikrotubulusok között (39.ábra).

39. ábra A plectin hosszú, pálcikaszerű molekula, mely képes hálózatba szervezni az aktin, mikrotubulus és az IF vázrendszert. Ez azért lehetséges, mert a molekula N-terminálisán aktinkötő (ABD), illetve mikrotubulus-kötő (MBD) domén található, centrális helikális rod doménjén (lila) keresztül dimerizálódik, C-terminálisán elhelyezkedő úgynevezett plákin szekvenciák (B,C) pedig az IF –hoz kötik.

Más járulékos fehérjék a sejt-sejt, vagy sejt-matrix kapcsolatot létrehozó deszmoszómákhoz, hemideszmoszómákhoz (l.Sejt-sejt kapcsolat, adhezió fejezet) kapcsolják a sejt IF hálózatát (40. ábra).

40. ábra Deszmoszóma elektronmikrószkópos képe. A deszmoszómák foltszerű, stabil, húzásnak ellenálló sejkapcsoló struktúrák. A két sejtet a plazmamembránba beépült adhéziós molekulák (desmoglein, desmocollin, nyílhegy)) kapcsolják össze, melyek citoplazmatikus régióihoz intermedier filamentumok sűrű szövedéke rögzül (nyíl). Forrás:

Így stabil, húzásnak-nyomásnak ellenálló szöveti szerkezet tud kialakulni.