ПРОМІЖНІ НИТКИ: БУДОВА, ТИПИ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці проміжні волокна , також відомі в літературі як «IFs» (з ниток англійського середніх), являють собою сімейство білків волокнистих цитозольні нерозчинні присутні у всіх клітинах багатоклітинного еукаріоти.

Вони входять до складу цитоскелету, що є внутрішньоклітинною нитковою мережею, яка головним чином відповідає за підтримку клітинної структури та різні метаболічні та фізіологічні процеси, такі як транспорт міхурців, переміщення та переміщення клітин тощо.

Імунофлуоресцентна мікроскопія двох білків проміжних ниток астроцитів (Vimentin та GFAP) (Джерело: GerryShaw через Wikimedia Commons)

Поряд з мікротрубочками та мікрофілами, проміжні нитки беруть участь у просторовій організації внутрішньоклітинних органел, у процесах ендоцитозу та екзоцитозу, а також у процесах поділу клітин та міжклітинної комунікації.

Першими проміжними нитками, які вивчали та описували, були кератини, один із перших типів білків, структура яких була проаналізована за допомогою рентгенівської дифракції у 1930-х роках.

Однак концепція проміжних ниток була введена в 1980-х Лазаридами, які описали їх як складні "механічні інтегратори клітинного простору", що характеризуються своєю нерозчинністю і здатністю знову збирати in vitro після денатурації.

Багато авторів розглядають їх як «буферні» елементи для клітин тварин, оскільки вони є більш гнучкими нитками, ніж мікротрубочки та мікроволокни. Вони не тільки знаходяться в цитоскелеті, але вони також входять до складу нуклеоскелету.

На відміну від інших волокнистих компонентів цитоскелету, проміжні нитки не беруть участі безпосередньо в процесах мобільності клітин, а скоріше функціонують у підтримці структур і механічної стійкості клітин.

Будова

Джерело: http://rsb.info.nih.gov/ij/images/

Проміжні нитки мають приблизний діаметр 10 нм, структурна характеристика, за якою вони були названі, оскільки їх розміри знаходяться між розмірами, що відповідають міозиновим та актиновим ниткам, які становлять від 25 до 7 нм. відповідно.

Вони структурно відрізняються від інших двох типів цитоскелетних ниток, які є глобулярними білковими полімерами, тим, що їх складові одиниці є чіткими волокнистими білками α-спіралі, що скупчуються разом, утворюючи мотузоподібні структури.

Всі білки, що складають проміжні нитки, мають подібну молекулярну організацію, що складається з α-спірального або "мотузкового" домену, який має різну кількість сегментів, що утворюють котушки, однакового розміру.

Цей спіральний домен утворений N-кінцевою не-спіральною «головою» та не-спіральним «хвостом» на кінцевому кінці С, обидва вони змінюються як за розмірами, так і за амінокислотною послідовністю.

У послідовності цих двох кінців знаходяться мотиви консенсусу, спільні для відомих 6 типів проміжних ниток.

У хребетних домен "хорди" цитозольних білків проміжних ниток становить близько 310 амінокислотних залишків, тоді як безхребетні та цитозольні білки безхребетної тканини мають приблизно 350 амінокислот.

Збірка

Проміжні нитки - це «самозбірні» структури, що не володіють ферментативною активністю, що також відрізняє їх від цитоскелетних аналогів (мікротрубочок і мікроволокна).

Ці структури спочатку збираються у вигляді тетрамерів ниткоподібних білків, які складають їх під впливом лише одновалентних катіонів.

Ці тетрамери мають 62 нм завдовжки, і їх мономери асоціюються один з одним бічно, утворюючи нитки довжини одиниці (UFL), відомі як фаза 1 складання, що відбувається дуже швидко. .

UFL є попередниками довгих ниток, і оскільки димери, що їх складають, з'єднуються між собою антипаралельно і поетапно, ці одиниці мають центральний домен з двома фланговими доменами, через які відбувається фаза 2 подовження. , де відбувається поздовжнє з'єднання інших УФЛ.

Під час того, що було названо фазою 3 складання, відбувається радіальне ущільнення діаметра ниток, що дає зрілі проміжні нитки діаметром більше або менше 10 нм.

Особливості

Функції проміжних ниток значно залежать від типу клітини, що розглядається, і у випадку тварин (включаючи людей) їх експресія регулюється тканинно-специфічним чином, тому це також залежить від типу тканини ніж у навчанні.

Епітелії, м’язи, мезенхімальні та гліальні клітини та нейрони мають різні типи ниток, спеціалізовані відповідно до функції клітин, до яких вони належать.

Серед цих функцій найбільш важливими є структурна підтримка клітин та стійкість до різних механічних навантажень, оскільки ці структури мають певну еластичність, що дозволяє їм придушувати різні типи сил, накладених на клітини.

Типи проміжних ниток

Білки, що складають проміжні нитки, належать до великого та неоднорідного сімейства ниткоподібних білків, які хімічно відрізняються, але їх виділяють у шість класів відповідно до їх гомології послідовностей (I, II, III, IV, V і VI).

Хоча це не дуже часто, різні типи клітин за дуже конкретних умов (розвиток, трансформація клітин, ріст тощо) можуть спільно експресувати більше одного класу проміжних ниток, що утворюють нитки

Проміжні нитки класу I та II: кислі та основні кератини

Кератини представляють більшість білків в проміжних нитках, а у людини вони представляють понад три чверті проміжних ниток.

Вони мають молекулярну вагу, яка варіюється від 40 до 70 кДа і відрізняється від інших проміжних білків нитки своїм високим вмістом гліцину та серинових залишків.

Вони відомі як кислі та основні кератини через їх ізоелектричні точки, які складають між 4,9 та 5,4 для кислих кератинів та між 6,1 та 7,8 для основних.

У цих двох класах було описано близько 30 білків, які присутні особливо в епітеліальних клітинах, де обидва типи білків "кополімеризуються" і утворюють сполучні нитки.

Багато кератинів проміжних ниток I нитки містяться в таких структурах, як волосся, нігті, роги, шипи та кігті, тоді як ті, що належать до II класу, є найбільш поширеними в цитозолі.

Проміжні нитки класу III: Білки типу Десмін / Віментин

Десмін - кислий білок 53 кДа, який залежно від ступеня фосфорилювання має різні варіанти.

Деякі автори також називають десмінові нитки "проміжними м'язовими нитками", оскільки їх наявність досить обмежена, хоча і в невеликій кількості, всіма м'язовими клітинами.

У міофібрилах десмін знаходиться у лінії Z, тому вважається, що цей білок сприяє скоротливим функціям м’язових волокон, функціонуючи на стику міофібрил та плазматичної мембрани.

Фотографія фарбування білка Vimentin, білка проміжних ниток епітеліальних та ембріональних клітин (Джерело: Вікторія Косач через Wikimedia Commons)

У свою чергу, віментин - це білок, присутній у клітинах мезенхіми. Проміжні нитки, утворені цим білком, є гнучкими, і було виявлено, що вони чинять опір багатьом конформаційним змінам, що відбуваються протягом клітинного циклу.

Він міститься у фібробластах, клітинах гладкої мускулатури, лейкоцитах та інших клітинах кровоносної системи тварин.

Проміжні нитки класу IV: нейрофіламентні білки

Також відомий як "нейрофіламенти", цей клас проміжних ниток включає один з основних структурних елементів нейронних аксонів і дендритів; вони часто асоціюються з мікротрубочками, які також складають ці структури.

Нейрофіламенти хребетних тварин були виділені, визначаючи, що це трійка білків 200, 150 і 68 кДа, які беруть участь у складанні in vitro.

Вони відрізняються від інших проміжних ниток тим, що вони мають бічні руки як «придатки», які виступають з тієї ж периферії та функціонують у взаємодії сусідніх ниток та інших структур.

Гліальні клітини продукують особливий тип проміжних ниток, відомий як проміжні нитки гліалу, які структурно відрізняються від нейрофіламентів тим, що вони складаються з одного білка 51 кДа і мають різні фізико-хімічні властивості.

Проміжні нитки класу V: нитки ядерної пластинки

Усі пластинки, що входять до складу нуклеоскелету, є насправді білками проміжних ниток. Вони мають між молекулярною масою від 60 до 75 кДа і знаходяться в ядрах усіх еукаріотичних клітин.

Вони є важливими для внутрішньої організації ядерних регіонів і для багатьох функцій цього органели, необхідних для існування еукаріотів.

Проміжний філаментний клас VI: Нестіни

Цей тип проміжних ниток важить близько 200 кДа і знаходиться переважно в стовбурових клітинах центральної нервової системи. Вони виражаються під час розвитку нейронів.

Супутні патології

У людини є кілька захворювань, які пов'язані з проміжними нитками.

Наприклад, при деяких видах раку, таких як злоякісні меланоми або карциноми молочної залози, спільна експресія проміжних ниток віментину та кератину призводить до диференціювання або взаємоперетворення епітеліальних та мезенхімальних клітин.

Це явище було експериментально показано для підвищення міграційної та інвазивної активності ракових клітин, що має важливе значення для метастатичних процесів, характерних для цього стану.

Eriksson et al. (2009) переглядають різні типи захворювань та їх зв’язок із специфічними мутаціями в генах, що беруть участь у формуванні шести типів проміжних ниток.

Захворювання, пов’язані з мутаціями в кодуючих генах для двох типів кератину, - це епідермоліз буллоза, епідермолітичний гіперкератоз, дистрофія рогівки, кератодермія та багато інших.

Проміжні нитки типу III беруть участь у численних кардіоміопатіях та різних м'язових захворюваннях, пов'язаних переважно з дистрофіями. Крім того, вони також відповідають за домінуючу катаракту та деякі види склерозу.

Багато неврологічних синдромів і розладів пов'язані з нитками IV типу, такими як Паркінсон. Таким же чином генетичні дефекти ниток типу V і VI відповідають за розвиток різних аутосомних захворювань і пов'язаних з функціонуванням ядра клітини.

Прикладами цього є синдром прогерії Хатчінсона-Гілфорда, м'язова дистрофія Емері-Дрейфуса, серед інших.

Список літератури

1. Андертон, штат Білорусь (1981). Проміжні нитки: сімейство гомологічних структур. Журнал досліджень м'язів та рухливості клітин, 2 (2), 141–166.
2. Ерікссон, Ж.Є., Палларі, Х., Роберт, Д., Ерікссон, Ж.Є., Дечат, Т., Грін, Б.,… Голдман, РД (2009). Введення проміжних ниток: від відкриття до хвороби. Журнал клінічних досліджень, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Проміжні нитки: структура, динаміка, функція та захворювання. Ану. Преподобний Біохім. , 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, & Seftor, REB (1996). Роль проміжних ниток у міграції, інвазії та метастазах. Огляди раку та метастазів, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Проміжні нитки: молекулярна структура, механізм складання та інтеграція у функціонально виражені внутрішньоклітинні риштування. Щорічний огляд біохімії, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Проміжні нитки: Структура та збірка. Перспективи холодного весняного порту в біології, 8, 1–22.
7. McLean, I., & Lane, B. (1995). Проміжні нитки при захворюванні. Сучасна думка з клітинної біології, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Молекулярна та клітинна біологія проміжних ниток Щорічний огляд біохімії, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Проміжні нитки Журнал клітинної біології, 99 (1), 1–6.