A Gyógyszerésztudományi Kar első évfolyamos hallgatói számára A sejtváz és a mozgás A Gyógyszerésztudományi Kar első évfolyamos hallgatói számára 2008. október 29. Dr. Fülöp A. Kristóf PhD, egyetemi docens Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet Semmelweis Egyetem

Motorfehérjék (mechanokémiai enzimek, melyek a sejtváz elemein mozognak) Dinein - végmotor MAP (mikrotubulus asszociált protein) Kinezin + végmotor Miozinok ABP (aktin kötő fehérje)

Nevezéktan Sejtváz = citoszkeleton Fehérjék dinamikus hálózata az eukaria citoplazmában (vö. magváz = nukleo- szkeleton)

Citoszkeleton funkciói Az eukaria sejt szinte minden működésében részt vesz Sejtalak és –polaritás Organellumok (beleértve kromoszómák) kihorgonyzása és mozgatása  Sejtek mozgása Húzószilárdságának befolyásolója

Intermedier filamentumok A sejtváz elemei Mikrofilamentumok 7 nm Mikrotubulusok 25 nm Intermedier filamentumok 8-12 nm

A mikrofilamentáris (MF) rendszer

A mikrofilametum szerkezete G-aktin (2 alegység) F-aktin

A Mf-ok energetikája és polaritása http://www.cytochemistry.net/Cell-biology/actin_filaments.htm

A Mf-ok dinamikája: dinamikus instabilitás Felépülés Lebomlás

A Mf-ok dinamikája: fragmentáció /összeépülés

A MF-dinamika befolyásolása Amanita phalloides (gyilkos galóca) Farmakológiás Gombametabolitok Depolimerizáció gátló: Falloidin phalloidin (green) http://www.bio.umass.edu/vidali/web/cell_motil/sept_28_long3.htm A REF52 cell stained with Alexa 488-phalloidin (green) and anti-VASP antibody (red)

A MF-dinamika befolyásolása Farmakológiás Gombametabolitok Polimerizáció gátlás: Citkalazinok Mel-c melanocyte treated with cytochalasin and stained for F-actin (blue), microtubules (red), and the melanosome marker TRP-1 (green). http://dir.nhlbi.nih.gov/labs/lcb/mcb/ Citokalazin kezelés után a kék aktin diffúzan látható a citoplazmában.

A MF-dinamika szabályozása Fiziólógiás Aktin kötő fehérjék: ABP (actin binding protein)

Az ABP-fajták / hatásaik Monomer felszabadítás Sapkázás, nukleáció Keresztkötés Darabolás Fragment. G-aktin kötés Hosszú filamentum Hálózat Köteg Pl. -aktinin Pl. filamin Pl. gelzolin Pl. profilin

A kérgi aktin réteg

Kérgi aktin réteg II. (sejtkéreg, hyaloplazma)

Figure 1 Filopodia and other thin, actin-rich cellular protrusions Aktin gazdag sejtfüggelékek a, b, c: Pseudopodia (állábak) Mikrovilli (mikrobolyhok), Stereocilia Filopodia are seen at the leading edge of migrating fibroblasts (a) and in neuronal growth cones (b). In both instances, filopodia are associated with lamellipodia. Filopodia are also found at the leading edge of epithelial sheets (c) during such processes as wound healing or Drosophila dorsal closure. The radial actin bundles found in those ‘zipping’ filopodia are linked to an actin- myosin ‘purse string’ cable. Depending on the cell type, apical filopodia or short microvilli seen on many cultured cells might be precursors of more mature actin-rich structures such as brush-border microvilli (d) and inner ear cell stereocilia (e). Biochemical Society Transactions www.biochemsoctrans.org Biochem. Soc. Trans. (2004) 32, 1115-1117

Kefeszegély (mikrobolyhok, microvilli) Felszívó hámsejtek apikális felszínén

Mikroboholy (microvillus)

Sejten belüli mozgások Aktin kötő motorfehérjék és a mikrofilamntumok szerepe a sejtmozgásokban Sejten belüli mozgások

Cíklózis (citoplazma áramlás) Plazma membrán N Actin gazdag kéreg, ectoplazma, hyaloplasma Endoplasma Miozin I.

Az aktin gazdag kéreg szerepe az állábképződésben és a fagocitózisban http://www.cat.cc.md.us/courses/bio141/lecguide/unit1/bacpath/actinan.html Pseudopodia: állábak

Sejtmozgások Amőboid mozgás

Állábképződés Szőkőkútmechanizmus

Az állábas mozgás Előfordulása Szabályozása Egysejtűek (pl. Gyökérlábúak) Fagociták vándorlása a szövetekben Sejtvándorlás az embriogenezis során Szabályozása Kemottraktánsok Bakteriális peptidek N-formil-metionin Kemokinek Gyulladásos mediátorok

Az uropodium retrakciója (behúzása) pseudopodium uropodium

Sejtmozgások Izommozgás

Izomszövetek Simaizom Harántcsíkolt izom Szívizom Vázizom Egysejtmagvú Soksejtmagvú izomrost (syntitium) Simaizom Szív- izom Váz- izom

Izomrost (sejt) Vázizom  Miofibrillum 

A szarkomer Vastag filamentum Vékony filamentum Vékony filamentum

A szarkomer kereszmetszetben (is) Vékony filamentum Vastag filamentum

A miofilamnetumok összetétele Vastag filamentum Miosin II köteg Vékony filamentum A többi motorfehérje szerkezet is hasonló! (Nehézlánc (fej, farok), könnyű lánc)

A szarkomer járulékos fehérjéi -aktinin

Mi van a miofibrillumok között? Egyéb citoplazma elemek SER (szarko- plazmás retikulum) Glikogén Mitokondrium Stb. Tranzverzális tubulus SER terminális ciszterna SER longitudinális ciszternák

A T-tubulus és SER szerepe az ideg-izom ingerület áttevődésben

A Ca++ konformációvátozást okoz Miozin kötőhely

Aktin-miozin elcsúszás (sliding) ! !

Izomkontrakció

Simaizom kontrakció: hasonló egységek, eltérő szabályozás http://www.colorado.edu/kines/Class/IPHY3430-200/image/actin.jpg CaM: kalmodulin, MLC(K): miozin künnyűlánc (kináz)

A mikrotubuláris (MT) rdsz. MTOC

A MT szerkeze-te

A MT energetikája és dinamikája dinamikus instabilitás

Taposómalom

A MT-dinamika befolyásolása Polimerizáció gátlás Kolhicin, Vincristin Depolimeri- záció gátló Taxol

A MT-dinamika befolyásolása Polimerizáció gátlás Kolhicin, Vincristin Depolimeri- záció gátló Taxol Tiszafa (Taxus baccata) Őszi kikerics (Colchicum autumnale) Kis télizöld (Vinca minor)

A dinamika szabályozása Mikrotubulus asszociált fehérjék: MAP Pl. kötegelés

Nukleáció az MTOC-ban (Mikrotubulos Organizáló Centrum, centroszóma)

A MT-rdsz. is dinamikus struktúra növekvő és rövidülő MT-okkal

Az MTOC és MT-rdsz funkciója Interfázisos sejt Osztódó sejt Idegsejt centrosoma bazális test Csilló magorsó axon Sejtpolaritás A többi citoszkeletális elem orientációja Sejten belüli szállítás vezikuláris transzport kromoszómák vándorlása Csillós és ostoros mozgád

A sejtorganellumok orientációja After exposure to nocodazole, which causes microtubules to depolymerize (see Table 16-2), the Golgi apparatus fragments and is dispersed throughout the cell cytoplasm

A Golgi fragmentálódik a MT-k dezorganizációja után. After exposure to nocodazole, which causes microtubules to depolymerize (see Table 16-2), the Golgi apparatus fragments and is dispersed throughout the cell cytoplasm

Teherszállítás a mikrotubuláris rdsz. segítségével kinezin dynein mikrotubulus könnyű láncok nehéz lánc dinein

Vezikuláris transzport

Csillós (2-10 m) és ostoros (10- 200 m) mozgás Sejtmozgások Csillós (2-10 m) és ostoros (10- 200 m) mozgás

A csilló (cilium), ostor(flagellum) és a bazális test (cenriólum) axonéma (tengelyfonal) bazális test (centriólum) SER

A csilló szerkezete dinein kar küllő központi burok központi mikrotubulus központi burok küllő

Korlátozott elcsúszás (sliding) nexin Izolált mikro- tubulusok: elcsúszás Ostorban: elhajlás

A csillómozgás Csilló: csapás Ostor: hullámzás

Szabályozás Ca++ Membrán polarizáció

A csillós/ostoros mozgás szerepe Állatok Csillós hám (trachea, méhkürt) Spermium Egysejtűek http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/actin.htm

Intermedier filamentumok (IF)

monomer ! Szerke-zet subfilamentum Intermedier filamentum

Fajtái Citoplazmatikus (Szövetspecifitás!) Nukleáris laminok Keratin (hám) Vimentin (kötő és izomsz.) Dezmin (izom) Neurofilamentum (neuron) Nukleáris laminok

Elhelyezkedésük Sejtkapcsoló struktúrákhoz kapcsolódva. Perinukláris „kosár”

Funkciójuk Mechanikai stressz elleni védelem A sejtek alakjának stabilizálása Együttműködés sejtkapcsoló struktúrákkal

Összefoglalás: Mi kell a mozgáshoz? Motorfehérjék Sejtváz elemek Mikrofilamentum Mikrotubulus (Intermedier filamentumok) Központok Adhéziós struktúrák Sejt-sejt Sejt-mátrix Nukleációs helyek Membrán (fehérjék) MTOC (centroszóma) Bazális test Energia ATP Szabályozás Szervetlen ionok Ca++, Mg++ Szerves Ca-kötő fehérjék Kinázok és foszfatázok