Mezivlákno - Intermediate filament - Wikipedia

Ocasní doména se středním vláknem
PDB 1ifr EBI.jpg
Struktura globální a laminární domény
Identifikátory
SymbolIF_tail
PfamPF00932
InterProIPR001322
STRÁNKAPDOC00198
SCOP21ivt / Rozsah / SUPFAM
Doména tyče se středním vláknem
PDB 1gk4 EBI.jpg
Lidský vimentinový cívkový fragment 2b (cys2)
Identifikátory
SymbolVlákno
PfamPF00038
InterProIPR016044
STRÁNKAPDOC00198
SCOP21gk7 / Rozsah / SUPFAM
Oblast hlavy středního vlákna (DNA vázající)
Identifikátory
SymbolFilament_head
PfamPF04732
InterProIPR006821
SCOP21gk7 / Rozsah / SUPFAM
Periferní neuronální meziproduktový vláknitý protein
Identifikátory
SymbolPRPH
Alt. symbolyNEF4
Gen NCBI5630
HGNC9461
OMIM170710
RefSeqNM_006262.3
UniProtP41219
Další údaje
MístoChr. 12 q13.12
Nestinový protein neuronálních kmenových buněk s intermediárním vláknem
Identifikátory
SymbolNES
Gen NCBI10763
HGNC7756
OMIM600915
RefSeqNP_006608
UniProtP48681
Další údaje
MístoChr. 1 q23.1

Mezilehlá vlákna (IF) jsou cytoskeletální strukturální komponenty nalezené v buňkách obratlovců, a mnoho bezobratlých.[1][2][3] Homology IF proteinu byly zaznamenány v bezobratlý, cephalochordate Branchiostoma.[4]

Mezivlákna se skládají z rodiny příbuzných bílkoviny sdílení společných strukturálních a sekvenčních funkcí. Původně označeno jako „střední“, protože jejich průměrný průměr (10nm ) je mezi těmi užšími mikrofilamenta (aktin) a širší myosin vlákna nalezená ve svalových buňkách, průměr meziproduktů je nyní běžně srovnáván s aktin mikrofilamenta (7 nm) a mikrotubuly (25 nm).[1][5] Zvířecí meziproduktová vlákna jsou subkategorizována do šesti typů na základě podobností v aminokyselinové sekvenci a protein struktura.[6] Většina typů je cytoplazmatický, ale jeden typ, typ V je a jaderný lamin. Na rozdíl od mikrotubulů nevykazuje distribuce IF v buňkách žádnou dobrou korelaci s distribucí ani jednoho z nich mitochondrie nebo endoplazmatické retikulum.[7]

Struktura

Struktura mezivlákna

Struktura proteinů, které tvoří přechodná vlákna (IF), byla nejprve předpovězena počítačovou analýzou aminokyselinová sekvence lidské epidermis keratin odvozeno od klonovaného cDNA.[8] Analýza druhé keratinové sekvence odhalila, že tyto dva typy keratinů sdílejí pouze přibližně 30% homologii aminokyselinové sekvence, ale sdílejí podobné vzorce domén sekundární struktury.[9] Jak naznačuje první model, zdá se, že všechny IF proteiny mají centrální alfa-šroubovice prutová doména, která se skládá ze čtyř alfa-šroubovicových segmentů (pojmenovaných jako 1A, 1B, 2A a 2B) oddělených třemi spojovacími oblastmi.[9][10]

Centrálním stavebním blokem intermediárního vlákna je dvojice dvou propletených proteinů, které se říká a struktura svinuté cívky. Tento název odráží skutečnost, že struktura každého proteinu je spirálovitá a propletený pár je také spirálovitá struktura. Strukturální analýza dvojice keratinů ukazuje, že dva proteiny, které tvoří svinutou cívku, se váží hydrofobní.[11][12] Nabité zbytky v centrální doméně nemají hlavní roli ve vazbě páru v centrální doméně.[11]

Cytoplazmatické IF se shromažďují do nepolárních jednotkových vláken (ULF). Identické ULF se sdružují bočně do rozložených, antiparalelní, rozpustné tetramery, které sdružují od hlavy k patě protofilamenty, které se spárují bočně do protofibril, z nichž čtyři se navinou dohromady na střední vlákno.[13]Část procesu montáže zahrnuje krok zhutnění, při kterém ULF utáhne a předpokládá menší průměr. Důvody tohoto zhutnění nejsou dobře pochopeny a je běžně pozorováno, že IF mají průměry v rozmezí 6 až 12 nm.

The N-konec a C-konec IF proteiny jsou non-alfa-helikální oblasti a vykazují velké rozdíly v jejich délkách a sekvencích napříč rodinami IF. N-koncová „hlavní doména“ se váže DNA.[14] Vimentin hlavy jsou schopné se měnit jaderný architektura a chromatin distribuce a osvobození hlav HIV-1 proteáza může hrát důležitou roli v cytopatogenezi spojené s HIV-1 a karcinogeneze.[15] Fosforylace oblasti hlavy může ovlivnit stabilitu vlákna.[16] Ukázalo se, že hlava interaguje s doménou tyče stejné protein.[17]

C-koncová „koncová doména“ vykazuje extrémní délkové variace mezi různými IF bílkoviny.[18]

Antiparalelní orientace tetramerů znamená, že na rozdíl od mikrotubulů a mikrofilament, které mají kladný a záporný konec, IF nemají polaritu a nemohou sloužit jako základ pro buněčnou motilitu a intracelulární transport.

Také na rozdíl od aktin nebo tubulin, mezivlákna neobsahují a vazebné místo pro nukleosid trifosfát.

Cytoplazmatické IF nepodstupují běžecký pás jako mikrotubuly a aktinová vlákna, ale jsou dynamické.[19]

Biomechanické vlastnosti

IF jsou spíše deformovatelné proteiny, které lze natáhnout několikanásobně oproti své původní délce.[20] Klíčem k usnadnění této velké deformace je jejich hierarchická struktura, která umožňuje kaskádovou aktivaci deformačních mechanismů na různých úrovních napětí.[12] Zpočátku se spojené alfa-šroubovice vláken délky jednotky odvíjejí, když jsou napjaté, poté, jak se napětí zvyšuje, přecházejí do beta-listy a nakonec při zvýšeném napětí vodíkové vazby mezi beta-deskami sklouzávají a monomery ULF klouzají po sobě.[12]

Typy

Existuje asi 70 různých lidských genů kódujících různé proteiny intermediárních vláken. Různé druhy IF však sdílejí základní charakteristiky: Obecně se jedná o všechny polymery, které při úplném sestavení měří průměr mezi 9–11 nm.

Živočišné IF jsou subkategorizovány do šesti typů na základě podobností v aminokyselinové sekvenci a protein struktura:[6]

Typy I a II - kyselé a bazické keratiny

Keratin střední vlákna (obarvená červeně) kolem epitelové buňky.
Další informace: cytokeratin

Tyto proteiny jsou nejrůznější mezi IF a tvoří se typ I (kyselý) a typ II (základní) IF proteiny. Mnoho izoformy jsou rozděleny do dvou skupin:

Bez ohledu na skupinu jsou keratiny buď kyselé, nebo zásadité. Kyselé a bazické keratiny se navzájem váží a vytvářejí kyselinobazické heterodimery a tyto heterodimery se potom spojí a vytvoří keratinové vlákno.[6]

Typ III

Vimentin vlákna v fibroblasty.

Existují čtyři proteiny klasifikované jako IF proteiny typu III, které se mohou tvořit homo- nebo heteropolymerní bílkoviny.

Typ IV

Typ V - jaderné lamináty

Laminy jsou vláknité proteiny se strukturální funkcí v buněčném jádru.

V buňkách metazoan existují lamináty typu A a B, které se liší svou délkou a pí. Lidské buňky mají tři odlišně regulované geny. V každé buňce jsou přítomny lamináty typu B. Lamináty typu B, lamin B1 a B2, jsou exprimovány z genů LMNB1 a LMNB2 na 5q23 a 19q13. Lamináty typu A jsou exprimovány pouze po gastrulace. Lamin A a C jsou nejběžnější lamináty typu A a jsou sestřihovými variantami genu LMNA nalezeného v 1q21.

Tyto proteiny se lokalizují do dvou oblastí jaderného kompartmentu, jaderné laminy - vrstvy proteinové struktury pod vnitřní povrch jaderný obal a skrz nukleoplazmu v nukleoplazmatický závoj.

Porovnání laminů s cytoskeletálními IF obratlovců ukazuje, že lamináty mají v cívce lb dalších 42 zbytků (šest heptád). C-koncová koncová doména obsahuje signál nukleární lokalizace (NLS), Ig-krát podobnou doménu a ve většině případů karboxyterminální CaaX box, který je isoprenylovaný a karboxymethylovaný (lamin C nemá CAAX box). Lamin A se dále zpracovává, aby se odstranilo posledních 15 aminokyselin a jeho farnesylovaný cystein.

Během mitózy jsou lamináty fosforylovány MPF, který řídí demontáž laminy a jaderného obalu.[6]

Typ VI

  • Korálková vlákna: Filensin, Phakinin.[6]
  • Nestin (bylo jednou navrženo pro reklasifikaci, ale kvůli rozdílům zůstává jako IF protein typu VI)[21]

Pouze obratlovci. Souvisí s typem I-IV. Používá se k uložení dalších nově objevených proteinů IF, které dosud nebyly přiřazeny k určitému typu.[22]

Funkce

Adheze buněk

Na plazmatická membrána, některé keratiny interagují s desmosomy (adheze buňka-buňka) a hemidesmosomy (adheze buňka-matice) prostřednictvím adaptačních proteinů.

Přidružené proteiny

Filaggrin váže se na keratinová vlákna v epidermálních buňkách. Plectin spojuje vimentin s jinými vlákny vimentinu, stejně jako s mikrofilamenty, mikrotubuly a myosin II. Kinesin je předmětem výzkumu a navrhuje se, aby spojoval vimentin s tubulinem prostřednictvím motorických proteinů.

Keratinová vlákna v epitelových buňkách odkazují na desmosomy (desmosomy spojují cytoskeleton dohromady) skrz plakoglobin, desmoplakin, desmogleiny, a desmocolliny; desmin vlákna jsou spojena podobným způsobem v buňkách srdečního svalu.

Nemoci vznikající z mutací genů IF

V jiných organismech

IF proteiny jsou mezi zvířaty univerzální ve formě jaderného laminátu. Hydra má další „nematocilin“ odvozený z laminátu. Cytoplazmatické IF (typ I-IV) nacházející se u lidí jsou velmi rozšířené Bilateria; také vznikly z a genová duplikace událost zahrnující jaderný lamin „typu V“. Kromě toho má několik dalších různých typů eukaryot lamináty, což naznačuje časný původ proteinu.[22]

Ve skutečnosti neexistovala konkrétní definice „bílkoviny se středním vláknem“ v tom smyslu, že definice založená na velikosti nebo tvaru nepokrývá monofyletická skupina. Se zahrnutím neobvyklých proteinů, jako jsou vrstvené korálky vytvářející síť (typ VI), se současná klasifikace přesouvá k kladu obsahujícímu jaderný lamin a jeho mnoho potomků, charakterizovaných sekvenční podobností i strukturou exonu. Funkčně podobné proteiny z této kladu, jako půlměsíce, alveoliny, tetriny a epiplazminy, jsou tedy pouze „podobné IF“. Pravděpodobně vznikli skrz konvergentní evoluce.[22]

Reference

  1. ^ A b Herrmann H, Bär H, Kreplak L, Strelkov SV, Aebi U (červenec 2007). "Mezivlákna: od buněčné architektury k nanomechanice". Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 8 (7): 562–73. doi:10.1038 / nrm2197. PMID  17551517. S2CID  27115011.
  2. ^ Chang L, Goldman RD (srpen 2004). "Mezivlákna zprostředkovávají přeslechy cytoskeletů". Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 5 (8): 601–13. doi:10.1038 / nrm1438. PMID  15366704. S2CID  31835055.
  3. ^ Traub, P. (2012), Mezivlákna: recenze Springer Berlin Heidelberg, str. 33, ISBN  9783642702303CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  4. ^ Karabinos A, Riemer D, Erber A, Weber K (říjen 1998). „Homologové proteinů obratlovců typu I, II a III s intermediárními vlákny (IF) u bezobratlých: multigenní rodina IF cephalochordate Branchiostoma“. FEBS Dopisy. 437 (1–2): 15–8. doi:10.1016 / S0014-5793 (98) 01190-9. PMID  9804163. S2CID  7886395.
  5. ^ Ishikawa H, Bischoff R, Holtzer H (září 1968). „Mitóza a středně velká vlákna ve vývoji kosterního svalstva“. J. Cell Biol. 38 (3): 538–55. doi:10.1083 / jcb.38.3.538. PMC  2108373. PMID  5664223.
  6. ^ A b C d E F Szeverenyi I, Cassidy AJ, Chung CW, Lee BT, Common JE, Ogg SC, Chen H, Sim SY, Goh WL, Ng KW, Simpson JA, Chee LL, Eng GH, Li B, Lunny DP, Chuon D, Venkatesh A , Khoo KH, McLean WH, Lim YP, Lane EB. "Databáze lidských meziproduktových vláken". PMID  18033728.
  7. ^ Soltys, BJ a Gupta RS: Vzájemné vztahy endoplazmatického retikula, mitochondrií, intermediárních vláken a mikrotubulů - čtyřnásobná studie značení fluorescence. Biochem. Buňka. Biol. (1992) 70: 1174-1186
  8. ^ Hanukoglu I, Fuchs E (listopad 1982). „Sekvence cDNA lidského epidermálního keratinu: divergence sekvence, ale zachování struktury mezi bílkovinami mezi vlákny“. Buňka. 31 (1): 243–52. doi:10.1016 / 0092-8674 (82) 90424-X. PMID  6186381. S2CID  35796315.
  9. ^ A b Hanukoglu I, Fuchs E (červenec 1983). „Sekvence cDNA cytoskeletálního keratinu typu II odhaluje konstantní a variabilní strukturní domény mezi keratiny“. Buňka. 33 (3): 915–24. doi:10.1016 / 0092-8674 (83) 90034-X. PMID  6191871. S2CID  21490380.
  10. ^ Lee CH, Kim MS, Chung BM, Leahy DJ, Coulombe PA (červenec 2012). „Strukturální základ pro heteromerní seskupení a perinukleární organizaci keratinových vláken“. Nat. Struct. Mol. Biol. 19 (7): 707–15. doi:10.1038 / nsmb.2330. PMC  3864793. PMID  22705788.
  11. ^ A b Hanukoglu I, Ezra L (leden 2014). "Proteopedia: Coiled-coil struktura keratinů". Biochem Mol Biol Educ. 42 (1): 93–94. doi:10,1002 / bmb.20746. PMID  24265184. S2CID  30720797.
  12. ^ A b C Qin Z, Kreplak L, Buehler MJ (2009). „Hierarchická struktura řídí nanomechanické vlastnosti vimentinových intermediálních vláken“. PLOS ONE. 4 (10): e7294. Bibcode:2009PLoSO ... 4.7294Q. doi:10,1371 / journal.pone.0007294. PMC  2752800. PMID  19806221.
  13. ^ Lodish H, Berk A, Zipursky SL a kol. (2000). Molekulární buněčná biologie. New York: W. H. Freeman. p.Oddíl 19.6, Mezivlákna. ISBN  978-0-07-243940-3.
  14. ^ Wang Q, Tolstonog GV, Shoeman R, Traub P (srpen 2001). „Místa vázající nukleové kyseliny v proteinech podjednotky přechodných filamentů typu I-IV“. Biochemie. 40 (34): 10342–9. doi:10.1021 / bi0108305. PMID  11513613.
  15. ^ Shoeman RL, Huttermann C, Hartig R, Traub P (leden 2001). „Amino-terminální polypeptidy vimentinu jsou odpovědné za změny v jaderné architektuře spojené s aktivitou proteázy typu 1 viru lidské imunodeficience v buňkách tkáňové kultury“. Mol. Biol. Buňka. 12 (1): 143–54. doi:10.1091 / mbc.12.1.143. PMC  30574. PMID  11160829.
  16. ^ Takemura M, Gomi H, Colucci-Guyon E, Itohara S (srpen 2002). "Ochranná role fosforylace při obratu gliálního fibrilárního kyselého proteinu u myší". J. Neurosci. 22 (16): 6972–9. doi:10.1523 / JNEUROSCI.22-16-06972.2002. PMC  6757867. PMID  12177195.
  17. ^ Parry DA, Marekov LN, Steinert PM, Smith TA (2002). "Role pro segmenty 1A a L1 tyčové domény v organizaci hlavové domény a funkci přechodných vláken: strukturní analýza trichocytového keratinu". J. Struct. Biol. 137 (1–2): 97–108. doi:10.1006 / jsbi.2002.4437. PMID  12064937.
  18. ^ Quinlan R, Hutchison C, Lane B (1995). "Meziproduktové vláknové proteiny". Profil bílkovin. 2 (8): 795–952. PMID  8771189.
  19. ^ Helfand, Brian T .; Chang, Lynne; Goldman, Robert D. (15. ledna 2004). „Mezivlákna jsou dynamické a pohyblivé prvky buněčné architektury“. Journal of Cell Science. 117 (2): 133–141. doi:10,1242 / jcs.00936. PMID  14676269. Citováno 8. prosince 2019.
  20. ^ Herrmann H, Bär H, Kreplak L, Strelkov SV, Aebi U (červenec 2007). "Mezivlákna: od buněčné architektury k nanomechanice". Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 8 (7): 562–73. doi:10.1038 / nrm2197. PMID  17551517. S2CID  27115011.Qin Z, Kreplak L, Buehler MJ (2009). „Hierarchická struktura řídí nanomechanické vlastnosti vimentinových intermediálních vláken“. PLOS ONE. 4 (10): e7294. Bibcode:2009PLoSO ... 4.7294Q. doi:10,1371 / journal.pone.0007294. PMC  2752800. PMID  19806221.Kreplak L, Fudge D (leden 2007). "Biomechanické vlastnosti intermediálních vláken: od tkání po jednotlivá vlákna a zpět". BioEssays. 29 (1): 26–35. doi:10.1002 / bies.20514. PMID  17187357. S2CID  6560740.Qin Z, Buehler MJ, Kreplak L (leden 2010). "Víceúrovňový přístup k pochopení mechanobiologie přechodných vláken". J. Biomech. 43 (1): 15–22. doi:10.1016 / j.jbiomech.2009.09.004. PMID  19811783.Qin Z, Kreplak L, Buehler MJ (říjen 2009). "Nanomechanické vlastnosti dimerů intermediárních vláken vimentinu". Nanotechnologie. 20 (42): 425101. Bibcode:2009Nanot..20P5101Q. doi:10.1088/0957-4484/20/42/425101. PMID  19779230.
  21. ^ Bernal, Aurora; Arranz, Lorena (červen 2018). „Progenitorové buňky exprimující Nestin: funkce, identita a terapeutické důsledky“. Buněčné a molekulární biologické vědy. 75 (12): 2177–2195. doi:10.1007 / s00018-018-2794-z. PMC  5948302. PMID  29541793.
  22. ^ A b C Kollmar, M (29. května 2015). „Polyphyly jaderných laminových genů naznačuje časný eukaryotický původ proteinů intermediálních vláken metazoanového typu“. Vědecké zprávy. 5: 10652. Bibcode:2015NatSR ... 510652K. doi:10.1038 / srep10652. PMC  4448529. PMID  26024016.
  23. ^ Klauke B, Kossmann S, Gaertner A, Brand K, Stork I, Brodehl A, Dieding M, Walhorn V, Anselmetti D, Gerdes D, Bohms B, Schulz U, Zu Knyphausen E, Vorgerd M, Gummert J, Milting H (prosinec 2010). „De novo desmin-mutace N116S je spojena s arytmogenní kardiomyopatií pravé komory“. Hučení. Mol. Genet. 19 (23): 4595–607. doi:10,1093 / hmg / ddq387. PMID  20829228.
  24. ^ Brodehl A, Hedde PN, Dieding M, Fatima A, Walhorn V, Gayda S, Šarić T, Klauke B, Gummert J, Anselmetti D, Heilemann M, Nienhaus GU, Milting H (květen 2012). „Dvoubarevná fotoaktivační lokalizační mikroskopie desminových mutantů spojených s kardiomyopatií“. J. Biol. Chem. 287 (19): 16047–57. doi:10.1074 / jbc.M111.313841. PMC  3346104. PMID  22403400.

Další čtení

externí odkazy

Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR001322
Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR006821