Filamenty pośrednie w
różnych typach komórek
Maria Hankus
Filamenty pośrednie
" mają średnicę pośrednią pomiędzy filamentami
aktynowymi (~6nm) i mikrotubulami (~24nm)
wynoszącą 7-11nm
" najbardziej stabilny element cytoszkieletu
" w komórce tworzą sieć wewnętrzną cytoplazmy
rozpościerającą się od jądra po brzegi komórki
" występują w miejscach połączeń
międzykomórkowych oraz znajdują
się w jądrze, gdzie tworzą blaszkę
jądrową
Funkcje
Ich główną funkcją jest przeciwstawianie
się stresom mechanicznym poprzez
napinanie się i rozkładanie efektu
miejscowo przyłożonych sił. W ten sposób
zapobiegają pękaniu komórek i ich błon w
odpowiedzi na rozciąganie.
Budowa filamentów pośrednich
Wszystkie filamenty pośrednie zbudowane są z
białek fibrylarnych, które wykazują trójdzielną
strukturę. Wyróżnia się tu: centralną alfa-helikalną
domenę pałeczkowatą o konserwatywnej strukturze
oraz N- i C-końcowe obszary niehelikalne
(globularne) - tzw. głowa i ogon, którymi zakończona
jest domena centralna.
Budowa filamentów pośrednich
Pojedyncze cząsteczki mają tendencję do
tworzenia dimerów przez helikalne nawijanie na
siebie dwóch cząsteczek. Dwa dimery agregują
antyrównolegle wzdłuż długiej osi. W ten sposób
powstaje protofilament.
Budowa filamentów pośrednich
Osiem protofilamentów (tetrametrów) tworzy
właściwy filament pośredni o średnicy 7 -11 nm.,
skręcajac się w sposób linopodobny, co
zwiększa odporność na rozciąganie.
Budowa filamentów pośrednich
Za podstawowe jednostki budujące filamenty pośrednie
uważa się tetramery, gdyż spotyka się je w stanie
wolnym w cytoplazmie w trakcie rozpadu filamentów
pośrednich np. w czasie mitozy. Dzięki temu, że dimery
łączą się w tetramery w taki sposób, że ich końce
aminowe i karboksylowe zwrócone są w przeciwnych
kierunkach (antyrównolegle), zbudowane z nich
filamenty pośrednie mają jednakowe końce, wobec
czego są strukturami niespolaryzowanymi.
Podział filamentów pośrednich
Z morfologicznego punktu widzenia filamenty
pośrednie są jednorodnym systemem
podobnych filamentów. Z drugiej jednak strony
stanowią chemicznie niejednorodną klasę
podjednostek białkowych, tkankowo
specyficznych, zupełnie inaczej niż
mikrofilamenty czy mikrotubule zbudowane
zasadniczo z jednego rodzaju białka
(odpowiednio aktyna i tubulina alfa oraz beta),
identycznego we wszystkich tkankach.
Podział filamentów pośrednich
Uwzględniając pochodzenie tkankowe i
podjednostki białkowe budujące filamenty
pośrednie, klasyfikuje się je na:
" keratynowe (cytokeratyny)
" desminowe
" wimentynowe i wimentynopodobne
" neurofilamenty
" laminy jądrowe
Podział filamentów pośrednich
Cechą charakterystyczną białek fibrylarnych
wszystkich klas jest to, że domena alfa-helikalna
jest bardzo podobna we wszystkich klasach
(wyjątek: laminy), co sprawia, że filamenty
pośrednie są składane w podobny sposób i
tworzą struktury o średnicy 7 - 11 nm. Natomiast
białka fibrylarne poszczególnych klas różnią się
końcami globularnymi, które mają zarówno
różne rozmiary jak i sekwencje. Służą one do
połączeń z innymi składnikami cytoszkieletu lub
z błoną komórkową.
Podział filamentów pośrednich
Różnice w wielkościach i właściwościach filamentów
pośrednich poszczególnych klas zależne są od różnic w
budowie domen końcowych.
Cytokeratyny
" zbudowane z obszernej rodziny białek keratyn
" wyróżnia się cytokeratyny kl. I (kwaśne) i kl. II
(obojętne i zasadowe)
" cytokeratyny są zawsze heterodimerami kl. I i II
w pojedynczym protofilamencie
" w różnych typach komórek nabłonkowych są
różne rodzaje keratyn,
będących produktami
różnych genów
Cytokeratyny
" filamenty keratynowe typowo spinają wewnątrz
każdej komórki nabłonkowej poszczególne
regiony błony komórkowej, a filamenty w
przylegających do siebie komórkach
nabłonkowych są pośrednio złączone poprzez
połączenia mechaniczne - desmosomy
" filamenty ułożone równolegle do powierzchni
nabłonka, są bardzo wytrzymałe na siły
rozciągające skórę
Filamenty wimentynowe
" zbudowane z białka fibrylarnego -wimentyny
" charakterystyczne dla komórek pochodzenia
mezenchymalnego
" zbliżone do cytokeratyn, ale mają krótsze
odcinki końcowe
" tworzą gęstą sieć wypełniającą całą cytoplazmę
komórek, siateczkę otaczającą jądro komórkowe
oraz cytoszkielet wypustek, którymi komórki w
wielu miejscach łączą się ze sobą
Filamenty glejowe
Zbudowane z glejowego włókienkowego
białka kwaśnego GFAP, które bierze
udział w utrzymaniu struktury komórki
glejowej.
Filamenty desminowe
" zbudowane są z białka desminy
" występują w komórkach mięśniowych
" zlokalizowane wokół miofibryli i dysków Z tworzą
gęsto utkaną sieć, która mechanicznie łączy
wszystkie miofilamenty podczas skurczu i
rozkurczu mięśnia
" ponadto desmina przyłącza się do
mitochondriów, siateczki sarkoplazmatycznej i
kanalików T
Filamenty desminowe
" nieprawidłowe gromadzenie desminy w
obrębie włókien mięśniowych może
spowodować zarówno osłabienie mięśni
szkieletowych, jak i nieprawidłowości w
pracy mięśnia sercowego
" obecność desminy jest kluczowa dla
prawidłowego funkcjonowania komórek
mięśniowych
Neurofilamenty
" zbudowane z trzech odmiennych
podjednostek białkowych: o niskiej (NIL),
średniej (NFM) i wysokiej masie
cząsteczkowej (NFH)
" występują w neuronach
" stanowią rusztowanie dla perikarionu oraz
znaczące wzmocnienie dla aksonów 
bardzo delikatnych i ekstremalnie długich
wypustek komórkowych
Białka pomocnicze
Większość filamentów pośrednich jest
dodatkowo stabilizowana i wzmacniana przez
białka pomocnicze, które łączą krzyżowo pęczki
filamentów tworząc mocne układy. Jednym z
takich białek jest plektyna, która oprócz
utrzymywania razem pęczków filamentów
pośrednich (zwłaszcza wimentynowych) łączy je
również z mikrotubulami, filamentami
aktynowymi i z adhezyjnymi strukturami w
desmosomie.
Białka pomocnicze
Mutacje genu plektyny powodują zniszczenie
keratyny skóry, filamentów pośrednich w
mięśniach oraz neurofilamentów. Wynika z tego,
że plektyna jest niezbędna do nadania
komórkom wytrzymałości, której potrzebują, aby
sprostać stresom mechanicznym.
Laminy jądrowe
" schemat budowy cząsteczki laminy jest
podobny do ogólnego, z tą różnicą, że
część centralna cząsteczki jest nieco
dłuższa i nie tak sztywna; domena przy C-
końcu jest dłuższa niż przy N-końcu
" są odpowiedzialne za kształt i architekturę
jądra, montaż otoczki jądrowej,
organizację i zakotwiczenie chromatyny
oraz za układ porów jądrowych
Laminy jądrowe
W przeciwieństwie do innych białek filamentów
pośrednich laminy są zorganizowane w dwuwymiarową
sieć, łatwo ulegają demontażowi (fosforylacją lamin) i
formowaniu na nowo (defosforylacja) przy każdym
podziale komórkowym, gdy otoczka jądra rozpada się
podczas mitozy i następnie tworzy na nowo w każdej
komórce potomnej.