KÖZTES SZÁLAK: SZERKEZET, TÍPUSOK, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A közbenső szálak, amelyeket az irodalomban IF-nek (az angol közbenső filamentumoknak) is ismertek, rostos fehérjék családját képezik, amelyekben a citoszolos oldhatatlan oldatok a többsejtű eukarióták valamennyi sejtjében megtalálhatók.

A citoszkeleton részét képezik, amely egy intracelluláris rostos hálózat, amely elsősorban a sejt szerkezetének és a különféle metabolikus és élettani folyamatoknak, például a vezikulák transzportjának, a sejtek mozgatásának és elmozdulásának, stb.

Az asztrocita köztes filamentumok két fehérjének (Vimentin és GFAP) immunfluoreszcens mikroszkópos vizsgálata (Forrás: GerryShaw a Wikimedia Commons segítségével)

A mikrotubulusok és a mikroszálak mellett a közbenső filamentumok részt vesznek az intracelluláris organellák térbeli szervezésében, az endocitózis és exocitózis folyamatában, valamint a sejtosztódás és az intercelluláris kommunikáció folyamatában.

Az első vizsgált és leírt köztes szálak a keratinok voltak, az egyik első olyan fehérje típus, amelynek szerkezetét az 1930-as években röntgendiffrakcióval elemezték.

A közbenső szálak fogalmát azonban az 1980-as években vezette be Lazarides, aki ezeket a sejttér komplex "mechanikus integrátoraiként" írta le, amelyeket oldhatatlanságuk és képességeik képesek in vitro újra összeállítani denaturálás után.

Sok szerző úgy véli, hogy az állati sejtek stressz "puffer" elemeinek tekintik őket, mivel rugalmasabbak, mint a mikrotubulusok és a mikroszálak. Nemcsak a citoszkeletonban találhatók, hanem a nukleoszkeleton részei is.

A citoszkeleton többi rostos alkotórészével ellentétben a közbenső szálak nem vesznek részt közvetlenül a sejtmobilitás folyamatában, hanem a sejtek szerkezeti fenntartásában és mechanikai ellenállásában játszanak szerepet.

Szerkezet

Forrás:

A közbenső szálak hozzávetőleges átmérője 10 nm, amely szerkezeti jellemzőt kaptak nekik, mivel méretük a miozin- és aktinszálaknak megfelelő méretek között van, amelyek 25 és 7 nm között vannak. illetőleg.

Szerkezetükben különböznek a citoszkeletális szálak másik két típusától, amelyek globális fehérjék polimerjei, mivel alkotóegységeik megkülönböztethető hosszú hosszúságú α-spirális rostos fehérjék, amelyek összefüggenek és kötélszerű struktúrákat képeznek.

Az összes fehérje, amely a közbenső szálakat alkotja, hasonló molekuláris felépítésű, egy α-spirális vagy "kötél" doménből áll, amelynek különböző mennyiségű, "tekercset alkotó" szegmense azonos méretű.

Ezt a spirális domént egy N-terminális nem-spirális "fej" és egy nem-spirális "farok" a C-terminális végén, mindkettő méretében és aminosav-szekvenciájában egyaránt változik.

E két vég sorozatán belül megtalálhatók a konszenzus motívumok, amelyek általánosak az ismert 6 köztes szál számára.

A gerinces állatokban a citoszolos közbenső filamentumfehérjék "akkord" doménje körülbelül 310 aminosavmaradék, míg a gerinctelen és a nukleáris lamina citoszolos fehérjék nagyjából 350 aminosav hosszúak.

gyülekezés

A közbenső szálak "önszereplő" struktúrák, amelyek nem mutatnak enzimatikus aktivitást, ami megkülönbözteti őket a citoszkeletális társaiktól (mikrotubulusok és mikrofilamentumok).

Ezeket a struktúrákat kezdetben a rostos fehérjék tetramerjeiként állítják össze, amelyek csak monovalens kationok hatására képezik őket.

Ezek a tetramerek 62 nm hosszúak, és monomerjeik oldalirányban asszociálódnak, hogy egységnyi hosszúságú filamenteket (UFL) képezzenek, az úgynevezett összeállítás 1. fázisa, amely nagyon gyorsan megtörténik..

Az UFL-ek a hosszú szálak előfutárai, és mivel az őket alkotó dimerok párhuzamosan és szakaszosan vannak egymással összekapcsolva, ezeknek az egységeknek egy központi doménje van két szomszédos doménnel, amelyeken keresztül a meghosszabbítás 2. fázisa megtörténik., ahol más UFL-ek hosszanti összekapcsolása történik.

Az összeszerelés 3. fázisa alatt a szálak átmérőjének sugárirányú tömörülése következik be, amely 10 nm-nél nagyobb átmérőjű érett közbenső szálakat eredményez.

Jellemzők

A közbenső filamentumok funkciója nagymértékben függ a figyelembe vett sejttípustól, és állatok (beleértve az embereket is) expresszióját egy szövetspecifikus módon szabályozzák, tehát ez függ a szövetek típusától is mint a tanulmányban.

Az epitéliában, az izmokban, a mezenchimális és a gliasejtekben és az idegsejtekben különféle szálak vannak, amelyek azon sejtek funkciója szerint vannak specializálva, amelyekhez tartoznak.

Ezen funkciók között a legfontosabbak a cellák szerkezeti fenntartása és a különféle mechanikai igénybevételekkel szembeni ellenállás, mivel ezeknek a szerkezeteknek van bizonyos rugalmassága, amely lehetővé teszi számukra a cellákra kifejtett különféle erők tompítását.

A közbenső szálak típusai

A közbenső szálakat alkotó fehérjék egy olyan, fonalas fehérjék nagy és heterogén családjába tartoznak, amelyek kémiai szempontból különböznek, de szekvenciahomológiájuk alapján hat osztályba sorolhatók (I, II, III, IV, V és VI).

Noha ez nem túl gyakori, a különféle sejttípusok, nagyon különleges körülmények között (fejlődés, sejttranszformáció, növekedés stb.), A közbenső filamentumképző fehérjék egynél több osztályát expresszálhatják.

I. és II. Osztályú közbenső szálak: savas és bázikus keratinok

A középszálakban a fehérjék nagy részét a keratinok képviselik, és emberekben a köztes szálak több mint háromnegyedét képviselik.

Molekulatömegük 40 és 70 kDa között van, és a többi köztes filamentumos fehérjétől nagy glicin- és szerinmaradék-tartalommal különböznek.

Savas és bázikus keratinnek nevezik őket izoelektromos pontjaik miatt, amelyek savas keratinek esetében 4,9 és 5,4, míg a bázikusok esetében 6,1 és 7,8 között vannak.

Ebben a két osztályban körülbelül 30 fehérjét írtak le, és különösen az epiteliális sejtekben vannak jelen, ahol mindkét típusú fehérje "kopolimerizálódik" és összetett szálakat képez.

A közbenső filamentumú I típusú keratinek sok olyan struktúrában találhatóak, mint a haj, a köröm, a szarv, a tüskék és a karom, míg a II. Osztályú keratinok a legelterjedtebbek a citoszolban.

III. Osztályú közbenső szálak: Desmin / vimentin típusú proteinek

A Desmin egy 53 kDa-os savas fehérje, amelynek foszforilációs fokától függően különböző variánsok vannak.

Egyes szerzők a desmin filamentumokat "közbenső izomszálaknak" is nevezték, mivel jelenlétük meglehetősen korlátozott, bár kis mennyiségben, minden típusú izomsejtre.

A myofibrillumokban a demin a Z vonalban található, ezért úgy gondolják, hogy ez a fehérje hozzájárul az izomrostok összehúzódó funkcióinak működéséhez azáltal, hogy a myofibrillák és a plazmamembrán találkozásán működik.

Fénykép a Vimentin fehérje, az epiteliális és az embrionális sejtek köztes filamenteinek fehérjefestéséről (Forrás: Kosach Viktoriia a Wikimedia Commons segítségével)

A vimentin viszont egy olyan protein, amely jelen van a mezenchimális sejtekben. Az e fehérje által alkotott közbenső szálak rugalmasak, és úgy találták, hogy ellenállnak a sejtciklus során bekövetkező számos konformációs változásnak.

A fibroblasztokban, simaizomsejtekben, fehérvérsejtekben és az állatok keringési rendszerének más sejtjeiben található.

IV. Osztályú közbenső szálak: neurofil fehérjék

A "közbenső filamentumok" néven is ismert, a közbenső filamentumok ezen osztálya a neuronális axonok és dendritek egyik alapvető szerkezeti elemét tartalmazza; gyakran kapcsolódnak a mikrotubulusokhoz, amelyek szintén alkotják ezeket a struktúrákat.

A gerinces állatok idegszálait elkülönítettük, és megállapítottuk, hogy 200, 150 és 68 kDa fehérjék triplettjei vesznek részt az összeállításban in vitro.

A többi köztes filamenttől abban különböznek, hogy oldalkarokkal rendelkeznek, mint "függelékek", amelyek ugyanazon peremrészről kinyúlnak, és amelyek a szomszédos izzók és más szerkezetek közötti kölcsönhatásban funkcionálnak.

A gliasejtek speciális típusú közbenső filamentumokat állítanak elő, az úgynevezett gliális közbenső filamenteket, amelyek szerkezetileg különböznek a neurofilamentektől abban, hogy egyetlen 51 kDa-os fehérjéből állnak, és eltérő fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek.

V közbenső izzóspirál: atommag-rétegek

Az összes olyan réteg, amely a nukleoszkeleton részét képezi, valójában közbenső filamentumos proteinek. Ezek molekulatömege 60-75 kDa, és az összes eukarióta sejtmagjában megtalálható.

Alapvető fontosságúak a nukleáris régiók belső szervezetéhez és ezen organellek sok olyan funkciójához, amelyek nélkülözhetetlenek az eukarióták létezéséhez.

Köztes szál izzószál, VI. Osztály: Nestinas

Az ilyen típusú közbenső szál körülbelül 200 kDa súlyú, és elsősorban a központi idegrendszer őssejtjeiben található. Ezek expresszálódnak a neuronális fejlődés során.

Kapcsolódó patológiák

Az emberekben több olyan betegség van, amelyek köztes szálakkal kapcsolatosak.

Egyes rákfajtákban, például rosszindulatú melanómákban vagy emlőkarcinómákban, például a vimentin és a keratin köztes filamentumainak együttes expressziója az epiteliális és a mezenchimális sejtek differenciálódásához vagy összekapcsolódásához vezet.

Kísérletileg kimutatták, hogy ez a jelenség növeli a rákos sejtek vándorlási és invazív aktivitását, ami fontos következményekkel jár az e betegségre jellemző áttétes folyamatokra.

Eriksson és munkatársai (2009) áttekinti a betegségek különféle típusait és azok kapcsolatát a specifikus mutációkkal a génekben, amelyek a hat típusú közbenső filamentum kialakulásához kapcsolódnak.

A két típusú keratint kódoló gének mutációival kapcsolatos betegségek az epidermolysis bullosa, az epidermolytic hyperkeratosis, a szaruhártya disztrófia, a keratoderma és még sokan mások.

A III. Típusú közbenső filamentumok számos kardiomiopátiában és különféle izombetegségben vesznek részt, elsősorban disztrófiákkal összefüggésben. Ezen felül felelõsek a domináns szürkehályogért és a szklerózis egyes típusaiért.

Számos neurológiai szindróma és rendellenesség kapcsolódik a IV. Típusú filamentumokhoz, például a Parkinson kimeneteléhez. Ugyanígy, a V és VI típusú filamentumok genetikai hibái felelősek a különféle autoszomális betegségek kialakulásáért és a sejtmag működéséért.

Ezekre példa a Hutchinson-Gilford progeria szindróma, többek között az Emery-Dreifuss izomdisztrófia.

Irodalom

1. Anderton, BH (1981). Köztes szálak: homológ struktúrák családja. Az izomkutatás és a sejtmozgás folyóiratának 2. (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B.,… Goldman, RD (2009). Köztes szálak bemutatása: a felfedezéstől a betegségig. A Journal of Clinical Investigation, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E. és Weber, K. (1994). Köztes szálak: felépítés, dinamika, funkció és betegség. Annu. Biochem., 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, és Seftor, REB (1996). A közbenső szálak szerepe a vándorlásban, invázióban és áttétekben. Cancer and Metastasis Reviews, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H. és Aebi, U. (2004). Köztes szálak: molekuláris felépítés, összeszerelési mechanizmus és integráció funkcionálisan megkülönböztetett intracelluláris állványokba. Éves áttekintés a biokémiáról, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H. és Aebi, U. (2016). Köztes szálak: Felépítés és összeszerelés. Cold Spring Harbor perspektívák a biológiában, 8, 1–22.
7. McLean, I. és Lane, B. (1995). Köztes szálak a betegségben. Jelenlegi vélemény a sejtbiológiában, 7. (1), 118–125.
8. Steinert, P. és Roop, D. (1988). A közbenső filamentumok molekuláris és sejtbiológiája. Éves áttekintés a biokémiáról, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., és Goldman, R. (1984). Köztes szálak. The Journal of Cell Biology, 99 (1), 1–6.