Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Cell Motility and Shape I: Microfilaments - Kap. 18 Tor-Henning Iversen Plantebiosenteret,

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Cell Motility and Shape I: Microfilaments - Kap. 18 Tor-Henning Iversen Plantebiosenteret,"— Utskrift av presentasjonen:

1

2 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Cell Motility and Shape I: Microfilaments - Kap. 18 Tor-Henning Iversen Plantebiosenteret, Biologisk Institutt, NTNU, 7491 Trondheim ßPBS`hjemmeside :www.plantebiosenteret.no ß

3 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Emner som gjennomgåes Innledning lActin Cytoskjellett (Del 18.1) : lHøyt konservert actin i eukaryoter lG- og F-actin lOrganisering av actin cytoskjellett lCellemembranen og kortikulært actin-nettverk lErythrocytt- og plate-cytoskjellett lActin - dynamikk (Del 18.2) : lActin-polymerisering skjer i tre trinn lPolarisert vekst av actin-filamenter lRegulering av actin-polymerisering lActin-polymerisering og bevegelser

4 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Emner som gjennomgåes lMyosin - actin motorprotein (Del 18.3) lOppbygging av myosiner lMyosin-bevegelser lMyosin og kinesin - felles opphav ? lMyosin-konformasjonsendringer og ATP lMuskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) lSkjellett-muskler inneholder actin og myosin lBevegelse av tykke og tynne filamenter under kontraksjon lTitin og nebulin-filamenter lCytosolisk kalsium og muskel-kontraksjon lActin-bindingsproteiner og kontraksjons-regulering lMyosin og muskelkontraksjon

5 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Emner som gjennomgåes lActin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5) lActin og myosin II i celleadhesjon lActin og myosin II i cytokinese lMembranbundet myosin og vesikel-bevegelse lCellebevegelse (Del 18.6) lKeratinocyt-bevegelse og actin-filamenter lAmøboide bevegelser og actin-nettverk lMysosin I og II og cellebevegelse

6 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Innledning l Cellebevegelse omfatter forflytninger innen en celle eller av hele celler (f.eks. encellede organismer) l Cellebevegelsen er et resultat av et mekanisk arbeid dvs. krever ATP og proteiner som kan omforme energien fra ATP over til bevegelse l Cytoskjellettet spiller en sentral rolle i cellebevegelsen ved å gjennomgå rearrangementer som kan produsere bevegelser. l Cytoskjellettet består av tre typer cytosoliske fibre : Ü Mikrofilamenter Ü Intermediære filamenter Ü Mikrotubuli l Cellen har utviklet to mekanismer for å igangsette bevegelser : Ü Bruk av motor-proteiner (enzymer) Ü Opp- og nedbygging av mikrofilamenter og mikrotubuli

7 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) ÜInnledningsvis er det beskrevet to typer av bevegelser hos dyreceller ; a) en hudcelle (keratinocytt) som ligner amøber med deres hurtige bevegelse og b) en saktebevegende fibroblast. ÜMaskineriet for cellebevegelsen er bygget fra actin-cytoskjellettet som kan visualiseres ved fluorescens- mikroskopi av en vifteformet fibroblast etter farging f.eks. ved bruk av rhodamine phalloidin (se Figure 18-1b). ÜPga størrelsen kan de store actin- filament-strukturene endre cellens morfologi bare ved opp- og ned- bygging. Figure 18-1b

8 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) lHøyt konservert actin i eukaryoter ÝActin utgjør fra 1-10% av totalt protein i celler dvs. en betydelig del av cellens protein. ÝEnkle encellete eukaryoter (gjær og amøber) har ett enkelt actin-gen mens de mer komplekse har multiple actin-gener med utgangspunkt i en stor høyt konservert genfamilie. ÝMennesket har 6 actin-gener som koder for isoformer av proteiner, mens enkelte planter har 60 actin-gener. ÝTil tross for minimale forskjeller mellom isoformene har de ulike funksjoner - sml.  -actin i kontraktile strukturer med  -actin som er i fronten av cellen hvor actin-filamentene polymeriserer. ÝNylig er det i eukaryote påvist en familie av actin-relaterte proteiner (Arps) som har 50% homologi med actin.

9 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) lG- og F-actin ÝActin finnes både som globulære monomere (G-actin) og som linære filamentøse polymere (F-actin). ÝHvert actin-molekyl inneholder Mg 2+ i komplekser med ATP og ADP. ÝATP (rød) og Mg 2+ (gul) er bundet i en ATP-bindings-kløft som sammen med to fliker (lobes) kalles en ATPase-fold - se modell av  -actin monomer med fire subdomain (I-IV) i Figure 18-2a. ÝTilførsel av ioner (Mg 2+, K +, Na + ) til en løsning med G-actin starter en polymerisering av G-actin til F-actin-filamenter (kan reverseres ved reduksjon av ionestyrken). Denne reversibiliteten er en viktig egenskap ved actin. ÝBilder av tvinnede F-actin filamenter er vist i Figure 18-2b (TEM, negativ farging) og basert på monomeren i Figure 18-2a av en helix-modell av actin- underenheter (Figure 18-2c). Merk (-) og (+) enden på filament-modellen - noe som viser polaritetsegenskaper. Figure 18-2

10 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) lOrganisering av actin cytoskjellett ÝPå Figure 18-4 (plasmamembranen er fjernet) er vist den typiske form som cytoskjellettet kan observeres på i cellen. Actin-bunter (bundles) går ut fra cellen som eike(spoke)- lignende filopodier mens actin- filamenter danner et nettverk som fyller hele cytosol. ÝBåde bunter og nettverk støtter opp om plasmamembranen og bestemmer derved cellens form. ÝBuntene er bygget av tettpakkete og paralelle actin-filamenter mens i nettverket - som kan være 2D eller 3D - ligger filamentene i kryss (oftest i rette vinkler). ÝFilamentene holdes sammen av actin-kryssbindende proteiner f.eks. fascin (kort protein i bunter) og filamin (langt protein i nettverk) - se Figure Figure 18-4 Figure 18-5

11 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) lOrganisering av actin cytoskjellett (forts.) ÝMange av kryssbindingsproteinene tilhører calpolin-homology-domain (CH- domain) superfamilien (Table 18-1). Hvert av disse proteinene har et par actin- bindende domainer som har sekvenser homologe med calpolin (et muskelprotein).

12 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) Cellemembranen og kortikulært actin- nettverk ÝCellens form avhenger både av actin- filamentene og de proteiner (membran- mikrofilament bindingsproteiner) som knytter filamentene til cellemembranen. ÝDe mest omfattende nettverksområder med actin-filamenter ligger i cortex - en smal sone under cellemembranen - derav betegnelsen kortikulært actin-nettverk. ÝDet finnes ”fingerlignende” overflatestrukturer f.eks. mikrovilli (Figure 18-10) i epitelceller i tynntarmen og filopodier som understøttes av actin- filamenter. På figuren kan man se de ulike koblinger mikrovilli har til spectrin og keratin. ÝUlike måter å organisere det kortikulære nettverket kan demonstreres i det enkle erythrocytoskjellettet og det mer kompliserte plate- og epitel- cytoskjellettet og i muskler (neste ark). Figure 18-10

13 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) lErythrocytt- og plate- cytoskjellett ÝErythrocytt-cytoskjellettet gir blodlegemene styrke og fleksibilitet. ÝViktigste komponent er fiber-proteinet spectrin som danner lange eiker med mørkere felt av ankyrin (Figure 18-6) - et integralt protein. Hver spectrin- tetramer utgjør en eike som går ut fra junctional complexes (Figure 18-7) som består av et actin-filament, adducin, tropomyosin og tropomodulin.  Band 4.1-protein er også en del av et junctional complex og bindes til det integrale membran-proteinet glycophorin. Figure 18-6 Figure 18-7

14 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) lErythrocytt- og plate- cytoskjellett (forts.) ÝPlatecytoskjellettet er mer komplisert enn erythrocytt- skjellettet. ÝEt eksempel på kompliserte actin- skjellett-rearrangementer er vist i Figure fra venstre: hvilende celler, koagulering, oppløsning av koagulat. ÝDen ikke-kjernete platecellen som er viktig i blodkoagulering og sårheling, har evne til å overføre endringer av cytoskjellettet inne i cellen til såret på utsiden via felles kontakt med proteinet Gp1b-IX (Figure 18-9a) ÝMedisin: Membran-cytoskjellett er av betydning for både muskel- dystrofi (genfeil for prod. av dystrophin) og cystisk fibrose (Figure 18-9b og c) Figure 18-8 Figure 18-9

15 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin - dynamikk (Del 18.2) lActin-polymerisering skjer i tre trinn ÝMikrofilamentene er i stadig ned- og oppbygging dvs. dynamiske, noe som igjen reflekteres i store endringer i cellens form. ÝPolymerisering fra globulært G-actin til F-actin filamenter skjer ved tilsetting av salter og kan måles ved viskositet, sedimentering og fluorescens spektroskopi. ÝPolymeriseringen in vitro skjer i tre påfølgende faser (Figure 18-11): HFase 1: En lag-periode hvor ATP-G-actin danner korte, ustabile oligomerer (”kjerner”) HFase 2 : Kjernene forlenges til F-actin filamenter ved påleiring av actin monomerer til begge ender HFase 3 : ”Steady state” hvor ATP-G-actin-monomerer skiftes ut ved endene av filamentene. Den stabile delen av filamentet er hvit på Figure Figure 18-11

16 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin - dynamikk (Del 18.2) Polarisert vekst av actin-filamenter Ý(+)-enden av F-actin filamentene vokser 5-10 ganger raskere enn (-)-enden ÝForskjellen i veksthastighet kan demonstreres eksperimentelt ved blokkering av påleiring av ATP-G-actin monomerer (capping protein) til de respektive ender (Figure 18-13b). ÝPolymeriseringen er avhengig av en kritisk konsentrasjon (Cc) av G-actin monomerene i likevekt med actin-filamenter. Under Cc vil det ikke skje en polymerisering - over skjer denne inntil Cc nåes (Figure b). Mellom disse Cc- konsentrasjonene for (+) og (-)enden kan actin- monomerene flyte gjennom filamentet fra (+) mot (-)-enden (Figure 18-13c) hvor det avsnøres -”tredemølle”-prinsippet. ÝFlere toksiner påvirker likevekten mellom actin- monomerene og filamentene ; cytochalasin D (blokkerer påleiring av monomerer ved (+)- enden), latrunculin binder opp G-actin og hindrer påleiring og phalloidin som låser underenheter sammen og hindrer depolymerisering. Figure 18-13

17 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin - dynamikk (Del 18.2) lRegulering av actin-polymerisering ÝI reagensrøret kan actin-polymeriseringen startes ved tilsetting av salter til G-actin, eller depolymerisering av F-actin kan skje ved fortynning av filamentene ÝI cellen skjer derimot reguleringen av polymeriseringen ved hjelp av cytosoliske actin- bindingsproteiner: to eksempler er tatt med - Thymosin  4 og Profilin. ÝMålinger av G-actin viser opp til 40% i cellen mens nivået teoretisk skulle vært meget lavt. Det høye nivået opprettholdes ved at cellen bruker Thymosin  4 (T  4 ) og danner et kompleks med ATP-G-actin som hindrer polymeriseringen av G-actin. T  4 virker som en buffer for monomert actin : F-actin  G- actin + T  4  G-actin/ T  4 Ý Profilin fremmer actin polymeriseringen på flere måter. Figure viser at profilin bindes til kanten av subdomain I (kfr. Figure 18-2) noe som gir den frie ATP-bindingsenden [(-) enden] muligheten til å assosieres med (+)enden av filamentet - før profilinet fjernes igjen. Figure 18-14

18 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin - dynamikk (Del 18.2) lRegulering av actin-polymerisering (forts.) ÝFigure viser ulike mekanismer for profilin: a. Ikke- aktivisert er profilin bundet til et cellemembranlipid (PIP 2 ) mens T  4 binder ATP-G-actin, b. Aktivisert etter et cellesignal (kjemotaktisk molekyl) hydrolyseres profilin fra membranen og inntar T  4 -plassen som gir profilin-G-actin komplekser som kan samles til filamenter.c. Profilin-G-actin kompleksene samvirker med prolin- rike proteiner i membranen hvor profilin henger på actin- monomerer til (+) enden av filamentene. d. ADP-G-actin underenheter som har dissosiert fra filamentene omformes til ATP- G-actin av profilin og øker derved cellens pool av ATP-G-actin. Figure 18-15

19 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin - dynamikk (Del 18.2) lRegulering av actin- polymerisering (forts.) ÝTo proteiner (Table 18-2) - gelsolin og cofilin - kontrollerer lengden på aktin-filamentene ved å korte dem ned til fragmenter. ÝVirkningsmekanismen for denne avkortingen - som skjer etter tilførsel av Ca 2+ og ved signalmolekyler - er vist i Figure Prosessen kalles avkutting (capping) og det dannes nye (-) ender samtidig som actin-nettverket oppløses. ÝOgså andre proteiner (CapZ og Tropomodulin) kan sørge for avkutting, men her dannes ikke nye (-)ender. Figure 18-16

20 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin - dynamikk (Del 18.2) lActin-polymerisering og bevegelser ÝVed actin-polymerisering og depolymerisering kan cellen skape krefter som kan produsere bevegelser f.eks. i den klassiske acrosome-reaksjonen i en sjøpinnsvin- sperm-celle (se Figure og teksten i boken). ÝNoen bakterier (f.eks. Listeria sp. fra en gravid kvinne til fosteret) og virus unnslipper fra en infisert celle koblet til enden av et actin-filament. Actinet sikrer den kraften som er nødvendig for bevegelsen. ÝPå Figure er vist antistoff-fargete røde bakterier som binder cellulært profilin. Bak hver bakterie er en hale av actin farget med fluorescerende phalloidin (grønt). Bakteriene overføres til andre celler ved fagocytose. ÝFigure viser hvordan polymerisering av actin og profilin i membranen på leading edge av en fibroblast-celle medfører at cellen kan ”krype” bortover overflaten. Figure Figure 18-18

21 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Myosin - actin motorprotein (Del 18.3) lOppbygging av myosiner ÝMange cellulære bevegelser er basert på samvirke mellom actin-filamenter og myosin - en ATPase også kalt et mekanokjemisk enzym eller et motorprotein (myosin=motor, actin-filamentet=sporene og ATP= brennstoffet). ÝKontraksjon -dvs. resultatet av samvirket mellom actin-filamenter og myosinet -skjer i muskelceller. ÝDet er kjent 13 medlemmer i myosin-genfamilien. Myosin I og II samt V er godt karakterisert og fungerer som motorproteiner - Myosin II:muskel- kontraksjon + cytokinese, MI og MV :transport av vesikler dvs. cytoskjellett/membran-interaksjoner. ÝStruktur av myosin (Figure 18-20): 1-2 tunge og flere lette kjeder (regulerer hodet), globulært hode (m/actin og ATP-bindingseter), et nakke (neck)- område og en hale (bestemmer spesifikk rolle for hvert myosin). ÝCalmodulin (en Ca 2+ -bindende regulatorisk underenhet) utgjør den lette kjeden i Myosin I og V. Lette kjeder (essentiell og regulatorisk) i Myosin II er også Ca 2+ -bindende proteiner. De ulike myosiner reagerer forskjellig på Ca 2+ -signaler. Figure 18-20

22 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Myosin - actin motorprotein (Del 18.3) lMyosin-bevegelser ÝStudier av muskel-celler viser at myosin-hodene vandrer/beveger seg langs actin-filamenter. ÝVed bruk av fluorescens-teknikk gjennomføres sliding-filament assay på et dekkglass. Myosin-molekylene som er festet til glasset kan ikke bevege seg mens myosin-hodene reagerer med actin-filamentene som glir langs myosin- laget når ATP er tilstede (Figure 18-22a). Actin-filamentene beveger seg alltid med (-)enden foran. ÝMyosin-hodene beveges i diskrete trinn som hver er koblet til hydrolyse av ett ATP-molekyl. Dette kan måles i en optical trap. Figure 18-22a

23 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Myosin - actin motorprotein (Del 18.3) lMyosin og kinesin - felles opphav ? ÝRøntgen-krystallografiske analyser av myosin S1-fragmenter har gitt mye kunnskap om form, posisjonen til de regulatoriske lette kjeder og ATP- og actin- bindingstedene (Figure 18-24). ÝStrukturelt ligner myosin på kinesin - et mikrotubuli- motorprotein (Kap. 19). Begge inneholder Ras-folden som antyder et felles opphav fra gamle nukleotid-bindingsproteiner. lMyosin-konformasjonsendringer og ATP ÝI Figure er vist hvordan ATP-hydrolyse er koblet til bevegelsen av myosin langs et actin-filament. Figure Figure 18-25

24 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) lSkjellett-muskler inneholder actin og myosin ÝI muskler danner actin og myosin et kompleks kalt acto-myosin som kan effektivt utføre et arbeid. ÝMuskelarbeidet er karakterisert ved power output og er f.eks ganger høyere enn for mitotisk spindel som separerer kromosomene. ÝMå skille mellom skjellett-muskler og glatte muskler. De fundamentale funksjoner av disse to typer forutsettes at man har kunnskap om fra fysiologiemner. ÝSkjellett-muskler består av en bunt flerkjernete muskelceller eller myofibre (Figure 18-26a). Hver celle er pakket med actin- og myosin-filamenter som er organisert i myofibriller som i sin tur er bygget opp av lyse (I-band) og mørke ( A- bånd) bånd. Dette gir en stripet form på myofiberen. Øvrige elementer er H-sone, Z-sone og kjeder av sarcomerer (de funksjonelle enheter under kontraksjonen). Figure 18-26

25 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) lBevegelse av tykke og tynne filamenter under kontraksjon ÝHver sarcomer inneholder to typer filamenter - tykke filamenter (myosin II) og tynne filamenter (actin). ÝFigure viser sarcomerens struktur: a. lengdesnitt i TEM- svakt farget. På hver side av Z-disk er lyse I-band av actin-filamenter som infilterer de mørke myosin-tykke filamenter og utgjør A-band. ÝDen mørke AI-zonen inneholder både tykke og tynne filamenter mens den lyse H- zonen inneholder kun tykke myosin filamenter. Den primære oppgaven til Z-disken er å forankre (+)endene av actin-filamentene. Figure 18-27

26 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) lBevegelse av tykke og tynne filamenter under kontraksjon (forts.) ÝIfølge ”Sliding-filament”- modellen vil ikke tykke og tynne filamenter endre lengde når sarcomeren forkortes (Figure 18-29). På øvre del av figuren er vist tykke mysosin- og tynne actin-filamenter når muskelen er avslappet. ÝI nærvær av ATP og Ca 2+ vil myosin-hodene under kontraksjonen vandre langsetter og trekke de tynne actin-filamenter mot sentrum av sarcomeren. Siden de tynne filamentene er forankret i Z- disken, vil derved sarcomerens lengde reduseres under kontraksjonen av muskelen. Figure 18-29

27 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) lTitin og nebulin-filamenter ÝEn muskel er elastisk som et gummiband. Den innebyggete elastisiteten skyldes ekstremt lange proteiner - kalt titin (=connectin) og nebulin - som organiserer de tykke og tynne filamenter i deres 3D-mønstre (Figure 18-30). ÝTitin forbinder endene av myosin-tykke filamenter til Z-disken og fortsetter langs de tykke filamentene til H-sonen. Lengden på titin (MW ) er 1 µm dvs. halve sarcomer-lengden. ÝNebulin (MW ) danner lange ikke-elastiske filamenter som opprett- holder mønsteret til de tynne filamentene. ÝBehandling med proteinet gelsolin fjerner de tynne filamenter, nebulin kondenserer ved Z-disken og lar titin- filamentene og myosin-tykke filamenter være tilbake. Figure 18-30

28 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) lCytosolisk kalsium og muskel- kontraksjon ÝMuskelkontraksjon startes ved en økning i den cytosoliske Ca 2+ - konsentrasjonen ÝI skjellett-muskel-celler opprettholdes et lavt Ca 2+ -innhold i hvile ved bruk av Ca 2+ - ATPase i det sarcoplasmatiske retikulum (SR). ÝNår en nerveimpuls (depolarisering) når frem til muskelcellen, endres det elektriske potensialet over plasmamembranen som fører til en økning i den cytosoliske Ca 2+ - konsentrasjonen. Dette kjemiske signalet starter kontraksjonen av muskelen. ÝDetaljer i den anatomiske struktur og mekanismen er vist i Figure Sentralt her er invagineringer i membranen (transverse (T) - tubules)som danner strukturer kalt triader nær SR. Figure 18-31

29 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) lActin-bindingsproteiner og kontraksjons- regulering ÝActin-bindingsproteinene tropomyosin (TM) og troponin (TN) vil ved styring av Ca 2+ - signalet regulere kontraksjonen i både skjellett- og glatte muskler. ÝCa 2+ -konsentrasjonen påvirker posisjonen av disse proteinene i de tynne filamenter som i sin tur kontrollerer myosin-actin- interaksjoner. ÝTM er bundet sammen fra hode til hale langs hvert actin-filament, og bindes til TN gjennom et kompleks av tre underenheter (TN-T, TN-I og TN-C). TN-C er den kalsium-bindende underenheten og kontrollerer - gjennom TN-T og TN-I - posisjonen av TM på overflaten av et actin- filament (Figure 18-32). ÝDet er antatt at TM under påvirkning av Ca 2+ kan innta to posisjoner på de tynne filamentene - en ”off” og en ”on” tilstand. Figure 18-32

30 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) lMyosin og muskelkontraksjon ÝBåde glatte - og invertebrat-skjellettmuskelceller kan reguleres med utgangspunkt i myosin og ikke actin som er nevnt foran. ÝReguleringen her skjer ved at Ca 2+ aktiviserer myosin på to måter : 1. ved binding til regulatoriske lette myosin-kjeder eller 2. ved stimulering av kalsium-avhengig fosforylering av de lette kjeder. For detaljer se Figure

31 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5) lActin og myosin II i celleadhesjon ÝIkke-muskel-celler har betydelige mengder actin og myosin II filamenter i de deler av en celle som er i kontakt med et substrat eller andre celler. ÝI ikke-muskel-celler vil actin-buntene utgjøre den sentrale del av f.eks. mikrovilli eller filopodier. Mens mysosin er tett bygget inn i kontraktile actin-bunter, finnes det kun litt myosin II i ikke-muskel-celler. ÝI epitel-celler finnes kontraktile elementer som et ”circumferential belt” lokalisert nær den apikale overflate av cellen (Figure 18-35). Dette medvirker ved kontroll av cellens form og ved sårheling. ÝI celler som dyrkes i overflaten på glass/plast finnes stress-fibre som er bunter av actin- mikrofilamenter. Man antar at disse - til tross for at de er kontraktile - fungerer ved celle- adhesjon fremfor ved bevegelse. Figure 18-35

32 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5) lActin og myosin II i cytokinese ÝActin og myosin II vil under mitose samles opp i ekvatorplanet i en celle i deling hvor de danner en kontraktil ring (ligner stress-fiber og circumferential belt). ÝMens myosin II finnes i den kontraktile ring finnes myosin I ved cellens poler (Figure 18-37). ÝBetydningen av myosin II under cytokinesen er vist i det praktiske forsøket skissert i Figure Figure Figure 18-38

33 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5) lMembranbundet myosin og vesikel-bevegelse ÝHvordan transport av vesikler i cytosol foregår har forundret forskerne. Idag antar man at vesiklene styres i spor av actin-filamenter eller mikrotubuli og med et motorprotein som kraftkilde. ÝDet er funnet at mysosin I og myosin V kan bevege seg langs actin-filamenter med en vesikel som cargo. ÝFlere eksempler er nevnt på slik transport f.eks. i tynntarm-epitelceller deltar myosin I i Golgi-vesikel transport. ÝMembran bundet myosin er også viktig i cytoplasmastrømninger i de store algene Nitella og Chara. Her er det observert at bunter av actin- filamenter tett knyttet til ER, finnes lang cellens lengdeakse. Viskøse cytosol-strømmer drives av myosin-motor-protein (blå prikker) knyttet til ER langs de stasjonære actin-filamentene (røde) (Figure 18-40a). ÝTEM-bildet (Figure 18-40b) viser en stor vesikel bundet til underliggende actin-filamenter. Figure 18-40

34 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Cellebevegelse (Del 18.6) lKeratinocyt-bevegelse og actin-filamenter ÝI en hurtig-bevegende keratinocyt starter bevegelsen av cellen med dannelsen av et lammelipodium (Figure 18-41) som følges av en kontrollert polymerisering av actin- filamenter fra cellens leading edge med påfølgende kryssbinding i bunter og nettverk (Figure 18-42). ÝDet antas at membranen skyves fremover pga polymerisering av actin- filamentene før den forankres til substrat- overflaten. Etterslepet dvs. de-adhesion skjer ved at focal adhesion blir brutt og bakre del av cellen skyves fremover. Figure Figure 18-41

35 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Cellebevegelse (Del 18.6) lAmøboide bevegelser og actin-nettverk ÝBevegelser hos amøber ligner bevegelsen hos keratinocyter. Starter med at plasmamembranen danner en ”falsk fot” (pseudopodium) - sml. lamellipodium hos vertebrater. Fester seg på underlaget og fylles med cytosol som strømmer frem i cellen.Deretter trekkes resten av amøben forover og bryter opprinnelig kontaktpunkt med underlaget. ÝBevegelsen følges av endringer i cytosolets viskositet som svinger mellom en flytende (sol) og en gel-tilstand. Det sentrale endoplasmaet (flytende del) strømmer raskt til cellens fremdel dvs. psudopodiet hvor endoplasmaet --> ectoplasma (gel). Det hele reverseres etter som cellen beveges forover. ÝOmformingen av gel->sol->gel skyldes ned- og oppbygging av actin-mikrofilamenter i cytosol regulert av actin-bindingsproteiner (profilin, actinin, filamin og cofilin).

36 Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Cellebevegelse (Del 18.6) lMysosin I og II og cellebevegelse ÝVed bruk av antistoff/immunofluorescens er myosin I og II lokalisert i bevegelige amøber til respektivt leading edge (grønn) og halen (rød) (Figure a). Tyder på at myosin I er viktig for bevegelse fremover - myosin II for tilbaketrekking. Figure 18-43


Laste ned ppt "Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Cell Motility and Shape I: Microfilaments - Kap. 18 Tor-Henning Iversen Plantebiosenteret,"

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google