Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 311
Текст из файла (страница 311)
Цитоплазматические промежуточные филаменты близкородственны своим предкам, более распространенным ядерным лачинам. Ядерные ламины — это белки, относящиеся к промежуточным филаментам. Они образуют сеть, выстилающую внутреннюю мембрану эукариотической ядерной оболочки, и создают сайты заякоривания хромосом и ядерных пор (их динамическое поведение в процессе ФВЛ.цамосоорка и динамическая структура фипаментов цитоскапета 1509 миозины кяе деление клеток, почкование, полярность «)В)в секреция, зндоцитоз синтез липидов «аа)» динамика филвмвнтов пру п>е Рис.
16.1В. Сеть взаимодействия витина. Во всех зукариотических клетках актин связывается с очень большим числом дополнительных белков. На схеме показано большинство взаимодействий акти на в дрожжах 5ассьогоп>усек сегеияое, обнаруженных генетическими и биохимическими методами. Дополнительные белки, участвующие в одном и том же внутриклеточном процессе, показаны одним цветом [см. ключ). [Адаптировано из О.
зонте>п ет а)., тье Мо)ее о[а» апд Сей и[а г В>о)обу остье Уеац й>ссьагоп>усек [1 й. Вгоась, 1 а. Рппб[е, Е. УУ. )опек, ред.), Сой 5рппб НагЬог. МУ: Соы 5рппб НагЬог Еаьогатогу Ргем, 1991.) клеточного деления рассматривается в главе 12). В процессе эвола>ции многоклг. точных гены ламинов, по видимому, несколько раз дуплицировалисьч и копии эволюционировали с образованием похожих на канат цитоплазматических про. межуточных филаме>гсов. Отдельные полипептиды промежуточных филаментов представляют собой удлиненные молекулы с центральным а спиральным доменом, образующим параллельную закрученную спираль с другим мономером.
Затем параллельный димер антипараллельно связывается г другим димером с образованием ступенчатого те трамера. Этот тетрамер представляет собой растворимую субъединицу, аналогичную димеру а)) тубулина или мономеру актина (рис. [б. [з). В отличие от актина и тубулина, субъединицы промежуточного филамента не несут сайтов связывания нуклеозидтрифгюфата. Поскольку тетрамерные субъединицы состоят из двух димеров, указывающих в противоположных направлениях, их концы идентичны. Таким образом, собранный промежуточный филамент лишен структурной полярноспц играющей критическую , 16.1, Саззосборка и динамическая структура филаментов цннзскелета 15И' 16,1.12. Промежуточные фипаменты придают животным клеткам ~еха~~~ес~ую устойчивость Промежуточные филаменты подразделяются на множество типов с большей изменчивостью последовательностей изоформ субъединиц, чем в случае актина и тубулина. Центральный а спиральный домен несет около 40 повторяющихся мотивов, состоящих из семи аминокислот и образуюгцих вытянутую двуспираль ную структуру (см.
рис. 3.9). Этот домен мало отличается у различных изоформ, но ГЧ и С концевые домены могут значительно различаться. Различные семейства промежуточных филаментов экспрессируются в разных типах клеток (таблица 16.1). Кератины -- наиболее разнообразное семейство про межуточных филаментов: в эпителиальных клетках человека содержится около 20 типов, и еще около 1О специфичны для ногтей и волос; анализ последовательности человеческого генома показал существование примерно 50 различных кератинов. Отдельный кератиновый филамент состоит из равной смеси кератиновых цепей типа 1 (кислая цепь) и типа П (нейтральная основная цепь); цепи образуют гетеродимеры, два из которых образуют основную тетрамерную субъединицу (см.
рис. 16. 19). Поперечно сшитые кератиновые сети, удерживаемые дисульфидными связями, способны пережить даже смерть своей клетки. Они образуют твердые оболочки животных: внешний слой кожи, волосы, ногти, когти и чешуйки. Разнообразие кератинов полезно для медицины — оно используется для диагностики раков эпителия (карцином), поскольку определенный набор экспрессируемых кератинов Твблицв 1б.1.
Основные типы белков промежуточных Фнлвментов (ПФ) клеток позвоночных Йдернелламйиь'-(Внутреиийй выиилхв лдериой оболочки) многие Ю)епегмезеихимвльиого пролсжзхаенил гллальные клетки (встроцлзы и некоторые щваииовсхие клецоб иехоторые нейроны впптвлпвльиые клетки и их производные . (Т.е., волоави ногти) ,вимеитлн десмин гливльиый фибрилллриый . кислый белок . периферии хервтииытипв((кислые).
хервтиив типа а (основные) иейрофлпаментиые белки ' (нг-с,нг-ми нг-н) Эпимливльиые белков, по видимому, регулирует разборку точно так же, как фосфорилирование регулирует разборку ядерных ламинов при митозе (см. рис. 12.20). Меченые субъединицы, введенные в культуру клеток ткани, в течение нескольких минут добавляются к существующим промежуточным филаментам, тогда как введение пептидов из спирального участка субъединицы приводит к быстрой разГюрке сети промежуточных филаментов.
Эти эксперименты указывают на быстрый круго ворот данного типа цитоскелетных белков. В некоторых случаях при введении пептидов спиратьно~ о участка также может происходить разборка сетей актиновых филаментов и микротру(ючек, что указывает на существование фундаментальной механической интеграции трех типов цигоскелетных систем. 1612 > Часть Ф. (зй)(тренняя 0(зганизаС)яя клетки способен указать на эпителиальную ткань, где исходно возник рак. Такой подход позволяет выбрать правильное направление лечения, Отдельная зпителиальная клетка может синтезировать различные типы кератинов, полимеризующихся в общук> сеть (рис. 16.26).
Кератиновые филаменты придают эпителиальным тканям механическую жесткость частично за счет заякори нация промежуточных филаментов в сайтах межклеточных контактов, деслгосожах, или сайтах контакта клеток с матриксом, полудеслгосомах (см. рис. 16.5). Более подробно мы рассмотрим эти важные адгезионные структуры в главе 19. Мутации генов кератинов приводят к нескольким генетическим заболеваниям человека. Например, когда дефектные кератины экспрессируются в базальном слое клеток эпидермиса, это приводит к заболеванию, носящему название бул тезноао эпидермолиза.
У больных при малейшем механическом нажатии на коже возника к>т волдыри, вызванные разрывом базальных клетсж (рис. 16.21). Подобного рода заболевания, затрагивающие также роговую полост>ч пищевод и роговую оболочку глаза, являются результатом мутаций различных кератинов, специфичных для дан ных тканей. Для всех этих заболеваний свойственен разрыв клеток как следствие мехщ>ической травмы и дезорганизации или агрегации цитоскелетных кератиновых филаментов.
Многие спегщфические мутации, вызывающие эти заболевания, из меняют концы центрального домена, что указывает на значение этой части белка для правильной сборки филамептов. Представители второго семейства промежуточных филаментов — иейрофиламенты -- в больших концентрациях встречаются вдоль аксонов нейронов по звоночных (рис. 16.22). Три типа нейрофиламентных белков()х(Г 1, >чГ М, (х(Г Н) соГ>ираклся тп птоо с образованием гегерги>г>лил>ерг>в, содержащих ХГ 1 и один из белков другого типа.
Белки )ч(Г М и ХГ-Н несут длинный С концевой домен, связывающийся с соседними филаментамн и создающий организованные структуры с одинаковым расстоянием между филаментами. Во время роста аксона новые субь единицы нейрофиламентов выстраиваются вдоль аксона в динамическом п(юцессе, при кото(юм субъединиць> добавля ются как к концам филамента, так и по всей его длине. После того как аксон достиг своей клетки ми щени и соединился с ней, его диа метр может увеличиться в пять раз.
По.видимому, уровень экспрессии генов нейрофиламентов напрямую Рис. 16.20. Кервтиновые филвменты в зпителивльиык клетках. Иммунофлуоресцентная микрофотография сети кератиновых филаментов (зеленые) в слое зпителизльных клеток в кулыуре. Филаменты каждой клетки косвенно связаны с филаментами соседних клеток через десмосомы (см. главу 19). Второй белок (синий) окрвшен для того, чтобы были видны границы клеток.
(С любезного разрешения Ка>Ь!ееп бгееп и Ечапбейпе Ап>агап.) 10 мкм 16;1. Самаеборка идиибгаическаяс~руктура з)вепааеентов цитосзгейета 1513 в) 40 мкм базальная клетка эпидермиса и, -,:::Ч)~РЬ;,: к:, . а)4!~", .. // базальнвя Фг двфюгптая.овть пашина "'"'удвсмосомы кератиновых'фипамшиов Рис. 16.21.
Образование волдырей на ноже, вызванное мугантным геном кератина. Мутантный ген, кодирующий укороченный кератин (без и- и С-концевых доменов), экспрессировался в трансгенной мыши. Дефектный белок присоединяется к нормальным кератинам и нарушает сеть кератиновых филаментов базальных клеток кожи. Полученные световым микроскопом микрофотографии поперечных срезов нормальной (а) и мутантной (б) кожи показывают, что волдырь является результатом разрыва клеток базального слоя мугантного эпидермиса (короткие красные стрелки]. е) Набросок наблюдаемых в электронный микроскоп трех клеток базального слоя мугантного эпидермиса.
Нраснал стрелка указывает на разрыв между ядром и полудесмосомами (ои. главу 19), соединяющими кератиновые филаменты с нижележащей базальной ламиной. (Из Р. А. Соо(огпье ет а)., 1 Сей Вю1 115: 1661-1674, 1991. С любезного разрешения издательства Тпе аос(ге(ейег () п(чепйту Ргем.) контролирует диаметр аксона, который, в свою очередь, влияет на то, как быстро по аксону передаются электрические сипталы.
Нейродегенеративное заболевание боковой амиотрофический склероз (БАС, или болезнь Лу Герига) связано с накоплением и неправильной сборкой нейрофи ламентов в телах моторных нейронов и аксонах, что может нарушить нормальный 1514 . Часть)(г,внутренняя организация к(татки б) в) (00 им 250 им иейрофипвмеиты Рис. 16.22. Два типа промежуточных филвмеитов клеток нервной системы. а) Полученное при помощи зле«тронной микроскопии по методу замораживания изображение иейрофиламеитов аксона нервной клетки показывает многочисленные поперечные «мостики», которые, по-видимому, придают зтим клеточным отросткам большую устойчивость к растяжению.
Поперечные мостики образованы длинными иеспирвльиыми С-концевыми доменами самого крупного иейрофиламеитиого белка НР-Н. б) Также полученное изображение глиальиых клеток показывает, что зги промежуточные филвмеиты гладкие и почти ие имеют поперечных сшивок. в) Обычная зле«тронная микрофотография поперечного среза аксона, из которой видно регулярное расстояние между иейрофиламеитвми и их преобладание над микротрубочквми, (С любезного разрешения Моьита(гз Нгго(геша (а и б) и (опп Норыпз (в).) аксональный транспорт. Дегенерация аксонов приводит к мышечной слабости и атрофии, а затем и к смерти. Избыточная экспрессия человеческих )ч Г 1 и )х) Г П в мышах приводит к развитию в них БАС-подобного заболевания.
Виментин подобные филаменты — это третье семейство промежуточных филаментов. Представитель этого семейства десмин экспрессируется в скелетных, сердечной и гладких мышцах. Мыши, у которых десмин отсутствует, сначала развивак>тся нормально, но у взрослых особей наблюдаются различные патологии мышц, включая неправильно расположенные мышечные волокна. 16. г.
г 3. Токсмм(»( влогут впмптв» ма попе(аварв(зацмнг фмпаавамтов Поскольку выживание эукариотических клеток зависит от уравновешенной сборки и разборки высококонсерватнвных цптоскелетных филаментов, образованных актнном и тубулином, эти два типа фнламентов часто являются мишенью естественных токсинов. Этн токсины, обычно парушакяцие реакцию полимеризации филаментов, синтезируются в качестве самозащиты растениями, грибами и губками, которые не хотят быть сьеденными хищниками, но не способны убежать. Токсин при соединяется к филаменту или свободной субъединице полимера, смещая равновесие реакции в сторону образования формы, с которой связывается токсин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
