TARPINIAI SIŪLAI: STRUKTŪRA, TIPAI, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Į tarpinių gijų , taip pat žinomas literatūroje kaip "IF" (iš anglų tarpinių gijų), yra iš pluoštinių baltymų šeimos citozolinių netirpią dalyvauja visose daugialąsčių eukariotų ląstelėse.

Jie yra citoskeleto, kuris yra tarpląstelinis gijinis tinklas, dalis, daugiausia atsakinga už ląstelės struktūros palaikymą ir įvairius metabolinius bei fiziologinius procesus, tokius kaip pūslelių pernešimas, ląstelių judėjimas ir poslinkis ir kt.

Dviejų baltymų tarpinių astrocitų gijų (Vimentin ir GFAP) imunofluorescencinė mikroskopija (Šaltinis: GerryShaw per „Wikimedia Commons“)

Kartu su mikrotubuliais ir mikrofilamentais tarpiniai siūleliai dalyvauja tarpląstelinių organelių erdviniame organizavime, endocitozės ir egzocitozės procesuose, taip pat ląstelių dalijimosi ir tarpląstelinio bendravimo procesuose.

Pirmieji tarpiniai siūlai, kuriuos reikėjo ištirti ir aprašyti, buvo keratinai - viena iš pirmųjų baltymų rūšių, kurios struktūra buvo tiriama rentgeno spindulių difrakcija 1930-aisiais.

Tarpinių gijų sąvoka, devintajame dešimtmetyje, buvo pristatyta Lazarideso, kuris apibūdino juos kaip sudėtingus „mechaninius ląstelės erdvės integratorius“, pasižymintį jų netirpumu ir gebėjimu surinkti in vitro po denatūracijos.

Daugelis autorių juos laiko gyvūninių ląstelių streso „buferio“ elementais, nes jie yra lankstesni, palyginti su mikrotubuliais ir mikrofilamentais. Jie ne tik randami citoskelete, bet ir yra nukleoskeleto dalis.

Tarpiniai pluoštai, skirtingai nuo kitų pluoštinių citoskeleto komponentų, tiesiogiai nedalyvauja ląstelių judrumo procesuose, jie veikiau palaiko ląstelių struktūrinę priežiūrą ir mechaninį atsparumą.

Struktūra

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

Tarpinių gijų apytikslis skersmuo yra 10 nm, struktūrinė charakteristika, dėl kurios jie buvo įvardyti, nes jų dydis yra tarp dydžių, atitinkančių miozino ir aktino gijų, kurie yra nuo 25 iki 7 nm. atitinkamai.

Jie struktūriškai skiriasi nuo kitų dviejų tipų citoskeleto gijų, kurie yra rutuliniai baltymų polimerai, tuo, kad jų sudedamieji vienetai yra skirtingi ilgo ilgio α-spiraliniai pluoštiniai baltymai, kurie susilieja ir sudaro lynus panašias struktūras.

Visi baltymai, sudarantys tarpinius pluoštus, turi panašią molekulinę organizaciją, susidedantys iš α-spiralės arba „virvės“ domeno, turinčio skirtingą kiekį „ritę sudarančių“ to paties dydžio segmentų.

Šis spiralinis domenas yra C galo gale esančios N-galo ne spiralinės "galvos" ir ne spiralinės "uodegos", kurios abi skiriasi dydžiu ir aminorūgščių seka.

Šių dviejų galų sekoje pateikiami sutarimo motyvai, būdingi 6 žinomiems tarpinių gijų tipams.

Stuburiniuose gyvūnuose citosolinių tarpinių gijinių baltymų „styga“ yra maždaug 310 aminorūgščių liekanų, tuo tarpu bestuburių ir branduolinių citozolinių baltymų baltymai yra maždaug 350 aminorūgščių.

Asamblėja

Tarpiniai siūlai yra „savaime susidedančios“ struktūros, neturinčios fermentinio aktyvumo, o tai taip pat išskiria juos iš citoskeleto kolegų (mikrotubulų ir mikrofilamentų).

Iš pradžių šios struktūros yra sujungtos kaip gijinių baltymų tetramerai, kurie sudaro tik monovalentinius katijonus.

Šie tetramerai yra 62 nm ilgio, o jų monomerai susisieja vienas su kitu šonu, sudarydami vienetinio ilgio gijas (UFL), vadinamus jungimo 1 faze, kuri įvyksta labai greitai. .

UFL yra ilgų gijų pirmtakai ir, kadangi juos sudarantys dimerai yra sujungti antiparalleliai ir suskirstyti būdu, šie vienetai turi centrinę sritį su dviem besiribojančiais domenais, per kuriuos vyksta 2 pailgėjimo fazė. , kur atsiranda kitų UFL išilginė sąjunga.

Tai, kas vadinama 3 surinkimo faze, įvyksta siūlelių skersmens radialinis sutankėjimas, kuris sukuria subrendusius tarpinius siūlus, kurių skersmuo yra didesnis ar mažesnis kaip 10 nm.

funkcijos

Tarpinių gijų funkcijos labai priklauso nuo nagrinėjamos ląstelės tipo, o gyvūnams (įskaitant žmones) jų raiška yra reguliuojama specifiniam audiniui, taigi tai priklauso ir nuo audinio tipo. nei studijuojant.

Epitelija, raumenys, mezenchiminės ir glialinės ląstelės bei neuronai turi skirtingus gijų tipus, kurie specializuojasi pagal ląstelių, kurioms jie priklauso, funkciją.

Tarp šių funkcijų svarbiausios yra ląstelių struktūrinė priežiūra ir atsparumas skirtingiems mechaniniams įtempiams, nes šios struktūros turi tam tikrą elastingumą, kuris leidžia jiems sušvelninti įvairaus tipo jėgas, veikiamas ląstelėms.

Tarpinių gijų tipai

Baltymai, sudarantys tarpinius siūlelius, priklauso didelei ir nevienalytėms filamentinių baltymų, kurie yra chemiškai skirtingi, šeimai, kurie skirstomi į šešias klases pagal jų sekos homologiją (I, II, III, IV, V ir VI).

Nors tai nėra labai įprasta, skirtingos ląstelių rūšys labai specifinėmis sąlygomis (vystymasis, ląstelių transformacija, augimas ir kt.) Gali kartu ekspresuoti daugiau nei vieną tarpinių pluoštų formavimo baltymų klasę

I ir II klasės tarpiniai siūlai: rūgštiniai ir baziniai keratinai

Keratinai sudaro didžiąją dalį tarpinių gijų baltymų, o žmonėms - daugiau kaip tris ketvirtadalius tarpinių gijų.

Jų molekulinis svoris svyruoja nuo 40 iki 70 kDa ir nuo kitų tarpinių gijinių baltymų skiriasi dideliu glicino ir serino liekanų kiekiu.

Jie yra žinomi kaip rūgštiniai ir šarminiai keratinai dėl savo izoelektrinių taškų, kurie yra nuo 4,9 iki 5,4 rūgštiniams keratinams ir nuo 6,1 iki 7,8, esant pagrindiniams.

Šiose dviejose klasėse buvo aprašyta apie 30 baltymų ir jų yra ypač epitelio ląstelėse, kur abu baltymų tipai „kopolimerizuojasi“ ir sudaro junginius siūlus.

Daugelis tarpinių siūlinių I tipo keratinų yra tokiose struktūrose kaip plaukai, nagai, ragai, smaigai ir nagai, tuo tarpu II klasės medžiagų yra daugiausia citozolyje.

III klasės tarpiniai siūlai: desmino / vimentino tipo baltymai

„Desmin“ yra 53 kDa rūgštus baltymas, kuris, atsižvelgiant į jo fosforilinimo laipsnį, turi skirtingus variantus.

Kai kurie autoriai desmino gijas taip pat pavadino „tarpiniais raumenų siūlais“, nes jų buvimas gana ribotas, nors ir nedideliais kiekiais, visų rūšių raumenų ląstelėse.

Miofibrilėse desminas randamas Z linijoje, todėl manoma, kad šis baltymas, veikdamas miofibrilių ir plazminės membranos sankryžoje, prisideda prie raumenų skaidulų sutraukiamųjų funkcijų.

Baltymo tarp epitelio ir embriono ląstelių tarpinių gijų baltymo Vimentin dažymo nuotrauka (šaltinis: Viktoriia Kosach per Wikimedia Commons)

Savo ruožtu vimentinas yra baltymas, esantis mezenchiminėse ląstelėse. Tarpiniai gijimai, sudaryti iš šio baltymo, yra lankstūs ir buvo nustatyta, kad jie priešinasi daugeliui ląstelių ciklo metu vykstančių konformacijos pokyčių.

Jis randamas fibroblastų, lygiųjų raumenų ląstelėse, baltuosiuose kraujo kūneliuose ir kitose gyvūnų kraujotakos ląstelėse.

IV klasės tarpiniai siūlai: neurofilamentiniai baltymai

Ši tarpinių gijų klasė, dar vadinama „neurofilamentais“, apima vieną iš pagrindinių neuronų aksonų ir dendritų struktūrinių elementų; jie dažnai siejami su mikrotubuliais, kurie taip pat sudaro šias struktūras.

Buvo išskirti stuburinių gyvūnų neurofilamentai, nustatant, kad tai yra 200, 150 ir 68 kDa baltymų tripletas, dalyvaujantis surinkime in vitro.

Jie skiriasi nuo kitų tarpinių gijų tuo, kad turi šoninius strypus kaip „priedėlius“, kurie išsikiša iš to paties krašto ir kurie funkcionuoja kaimyninių gijų ir kitų konstrukcijų sąveikoje.

Gliaudinės ląstelės gamina specialų tarpinių gijų tipą, žinomą kaip gliažiniai tarpiniai gijiniai, kurie struktūriškai skiriasi nuo neurofilamentų tuo, kad yra sudaryti iš vieno 51 kDa baltymo ir pasižymi skirtingomis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis.

Tarpinė V kaitinimo siūlelių rūšis: branduolinės gijos

Visi sluoksniai, kurie yra branduolio skeleto dalis, iš tikrųjų yra tarpiniai gijiniai baltymai. Jų molekulinė masė yra nuo 60 iki 75 kDa ir jų yra visų eukariotų ląstelių branduoliuose.

Jie yra būtini branduolinių regionų vidinei organizacijai ir daugeliui šio organelio funkcijų, būtinų eukariotų egzistavimui.

Tarpinė gijinių siūlų VI klasė: „Nestinas“

Šio tipo tarpinis siūlas sveria apie 200 kDa ir daugiausia aptinkamas centrinės nervų sistemos kamieninėse ląstelėse. Jie išreiškiami neuronų vystymosi metu.

Susijusios patologijos

Žmonėms yra daugybė ligų, susijusių su tarpiniais siūlais.

Kai kurių rūšių vėžys, pavyzdžiui, piktybinės melanomos ar krūties karcinomos, pavyzdžiui, vimentino ir keratino tarpinių siūlelių bendra ekspresija lemia epitelio ir mezenchiminių ląstelių diferenciaciją ar tarpusavio ryšį.

Šis reiškinys eksperimentiškai įrodytas, kad padidina vėžio ląstelių migracinį ir invazinį aktyvumą, o tai turi didelę įtaką šiai būklei būdingiems metastazavimo procesams.

Erikssonas ir kt. (2009) apžvelgia skirtingas ligų rūšis ir jų ryšį su specifinėmis genų mutacijomis, dalyvaujančiomis formuojant šešių rūšių tarpinius siūlus.

Ligos, susijusios su genų, koduojančių dviejų tipų keratiną, mutacijomis, yra epidermolizinė bullosa, epidermolitinė hiperkeratozė, ragenos distrofija, keratoderma ir daugelis kitų.

III tipo tarpiniai siūleliai yra susiję su daugybe kardiomiopatijų ir įvairių raumenų ligų, daugiausia susijusių su distrofijomis. Be to, jie taip pat atsakingi už dominuojančią kataraktą ir kai kurias sklerozės rūšis.

Daugelis neurologinių sindromų ir sutrikimų yra susiję su IV tipo siūlais, tokiais kaip Parkinsono. Tuo pačiu būdu, genetiniai V ir VI tipo gijų defektai yra atsakingi už skirtingų autosomų ligų vystymąsi ir yra susiję su ląstelės branduolio funkcionavimu.

Jų pavyzdžiai yra Hutchinson-Gilford progeria sindromas, Emery-Dreifuss raumenų distrofija.

Nuorodos

1. Andertonas, BH (1981). Tarpiniai siūlai: homologinių struktūrų šeima. Žurnalas apie raumenų tyrimus ir ląstelių judrumą, 2 (2), 141–166.
2. Erikssonas, JE, Pallari, H., Robertas, D., Erikssonas, JE, Dechat, T., Grin, B.,… Goldman, RD (2009). Pristatome tarpinius siūlus: nuo atradimo iki ligos. Žurnalas apie klinikinius tyrimus, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Tarpiniai siūlai: struktūra, dinamika, funkcija ir liga. Annu. Biochem. , 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, „Seftor“, EA, Chu, YW, Trevor, KT, ir „Seftor“, REB (1996). Tarpinių gijų vaidmuo migracijoje, invazijoje ir metastazėse. Vėžio ir metastazių apžvalgos, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Tarpiniai siūlai: molekulinė struktūra, surinkimo mechanizmas ir integracija į funkciškai atskirus tarpląstelinius pastolius. Metinė biochemijos apžvalga, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Tarpiniai siūlai: struktūra ir surinkimas. Šaltojo pavasario uosto biologinės perspektyvos, 8, 1–22.
7. McLean, I., ir Lane, B. (1995). Tarpiniai gijų siūlai. Dabartinė nuomonė ląstelių biologijoje, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., ir Roop, D. (1988). Tarpinių gijų molekulinė ir ląstelių biologija. Metinė biochemijos apžvalga, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., ir Goldman, R. (1984). Tarpiniai siūlai. Žurnalas apie ląstelių biologiją, 99 (1), 1–6.