Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Tor-Henning Iversen Plantebiosenteret, Biologisk Institutt,

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Tor-Henning Iversen Plantebiosenteret, Biologisk Institutt,"— Utskrift av presentasjonen:

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

2 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) : Høyt konservert actin i eukaryoter
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Emner som gjennomgåes Innledning Actin Cytoskjellett (Del 18.1) : Høyt konservert actin i eukaryoter G- og F-actin Organisering av actin cytoskjellett Cellemembranen og kortikulært actin-nettverk Erythrocytt- og plate-cytoskjellett Actin - dynamikk (Del 18.2) : Actin-polymerisering skjer i tre trinn Polarisert vekst av actin-filamenter Regulering av actin-polymerisering Actin-polymerisering og bevegelser

3 Myosin - actin motorprotein (Del 18.3) Oppbygging av myosiner
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Emner som gjennomgåes Myosin - actin motorprotein (Del 18.3) Oppbygging av myosiner Myosin-bevegelser Myosin og kinesin - felles opphav ? Myosin-konformasjonsendringer og ATP Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) Skjellett-muskler inneholder actin og myosin Bevegelse av tykke og tynne filamenter under kontraksjon Titin og nebulin-filamenter Cytosolisk kalsium og muskel-kontraksjon Actin-bindingsproteiner og kontraksjons-regulering Myosin og muskelkontraksjon

4 Actin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5)
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Emner som gjennomgåes Actin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5) Actin og myosin II i celleadhesjon Actin og myosin II i cytokinese Membranbundet myosin og vesikel-bevegelse Cellebevegelse (Del 18.6) Keratinocyt-bevegelse og actin-filamenter Amøboide bevegelser og actin-nettverk Mysosin I og II og cellebevegelse

5 Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Innledning
Cellebevegelse omfatter forflytninger innen en celle eller av hele celler (f.eks. encellede organismer) Cellebevegelsen er et resultat av et mekanisk arbeid dvs. krever ATP og proteiner som kan omforme energien fra ATP over til bevegelse Cytoskjellettet spiller en sentral rolle i cellebevegelsen ved å gjennomgå rearrangementer som kan produsere bevegelser. Cytoskjellettet består av tre typer cytosoliske fibre : Mikrofilamenter Intermediære filamenter Mikrotubuli Cellen har utviklet to mekanismer for å igangsette bevegelser : Bruk av motor-proteiner (enzymer) Opp- og nedbygging av mikrofilamenter og mikrotubuli

6 Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 1
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin Cytoskjellett (Del 18.1) Innledningsvis 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. Maskineriet 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). Pga størrelsen kan de store actin-filament-strukturene endre cellens morfologi bare ved opp- og ned-bygging. Figure 18-1b

7 Høyt konservert actin i eukaryoter
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin Cytoskjellett (Del 18.1) Høyt konservert actin i eukaryoter Actin utgjør fra 1-10% av totalt protein i celler dvs. en betydelig del av cellens protein. Enkle 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. Mennesket har 6 actin-gener som koder for isoformer av proteiner, mens enkelte planter har 60 actin-gener. Til 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. Nylig er det i eukaryote påvist en familie av actin-relaterte proteiner (Arps) som har 50% homologi med actin.

8 Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 1
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin Cytoskjellett (Del 18.1) G- og F-actin Actin finnes både som globulære monomere (G-actin) og som linære filamentøse polymere (F-actin). Hvert actin-molekyl inneholder Mg2+ i komplekser med ATP og ADP. ATP (rød) og Mg2+ (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. Tilførsel av ioner (Mg2+ , 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. Bilder 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

9 Organisering av actin cytoskjellett
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin Cytoskjellett (Del 18.1) Organisering av actin cytoskjellett På 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. Både bunter og nettverk støtter opp om plasmamembranen og bestemmer derved cellens form. Buntene 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). Filamentene holdes sammen av actin-kryssbindende proteiner f.eks. fascin (kort protein i bunter) og filamin (langt protein i nettverk) - se Figure 18-5. Figure 18-4 Figure 18-5

10 Organisering av actin cytoskjellett (forts.)
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin Cytoskjellett (Del 18.1) Organisering av actin cytoskjellett (forts.) Mange 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).

11 Cellemembranen og kortikulært actin-nettverk
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin Cytoskjellett (Del 18.1) Cellemembranen og kortikulært actin-nettverk Cellens form avhenger både av actin-filamentene og de proteiner (membran-mikrofilament bindingsproteiner) som knytter filamentene til cellemembranen. De mest omfattende nettverksområder med actin-filamenter ligger i cortex - en smal sone under cellemembranen - derav betegnelsen kortikulært actin-nettverk. Det 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. Ulike 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

12 Erythrocytt- og plate-cytoskjellett
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin Cytoskjellett (Del 18.1) Erythrocytt- og plate-cytoskjellett Erythrocytt-cytoskjellettet gir blodlegemene styrke og fleksibilitet. Viktigste 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

13 Erythrocytt- og plate-cytoskjellett (forts.)
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin Cytoskjellett (Del 18.1) Erythrocytt- og plate-cytoskjellett (forts.) Platecytoskjellettet er mer komplisert enn erythrocytt-skjellettet. Et eksempel på kompliserte actin-skjellett-rearrangementer er vist i Figure fra venstre: hvilende celler, koagulering, oppløsning av koagulat. Den 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) Medisin: 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

14 Actin-polymerisering skjer i tre trinn
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin - dynamikk (Del 18.2) Actin-polymerisering skjer i tre trinn Mikrofilamentene er i stadig ned- og oppbygging dvs. dynamiske, noe som igjen reflekteres i store endringer i cellens form. Polymerisering fra globulært G-actin til F-actin filamenter skjer ved tilsetting av salter og kan måles ved viskositet, sedimentering og fluorescens spektroskopi. Polymeriseringen in vitro skjer i tre påfølgende faser (Figure 18-11): Fase 1: En lag-periode hvor ATP-G-actin danner korte, ustabile oligomerer (”kjerner”) Fase 2 : Kjernene forlenges til F-actin filamenter ved påleiring av actin monomerer til begge ender Fase 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

15 Polarisert vekst av actin-filamenter
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin - dynamikk (Del 18.2) Polarisert vekst av actin-filamenter (+)-enden av F-actin filamentene vokser 5-10 ganger raskere enn (-)-enden Forskjellen i veksthastighet kan demonstreres eksperimentelt ved blokkering av påleiring av ATP-G-actin monomerer (capping protein) til de respektive ender (Figure 18-13b). Polymeriseringen 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. Flere 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

16 Regulering av actin-polymerisering
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin - dynamikk (Del 18.2) Regulering av actin-polymerisering I reagensrøret kan actin-polymeriseringen startes ved tilsetting av salter til G-actin, eller depolymerisering av F-actin kan skje ved fortynning av filamentene I cellen skjer derimot reguleringen av polymeriseringen ved hjelp av cytosoliske actin-bindingsproteiner: to eksempler er tatt med - Thymosin 4 og Profilin. Målinger 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 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

17 Regulering av actin-polymerisering (forts.)
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin - dynamikk (Del 18.2) Regulering av actin-polymerisering (forts.) Figure viser ulike mekanismer for profilin: a. Ikke-aktivisert er profilin bundet til et cellemembranlipid (PIP2) 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

18 Regulering av actin-polymerisering (forts.)
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin - dynamikk (Del 18.2) Regulering av actin-polymerisering (forts.) To proteiner (Table 18-2) - gelsolin og cofilin - kontrollerer lengden på aktin-filamentene ved å korte dem ned til fragmenter. Virkningsmekanismen for denne avkortingen - som skjer etter tilførsel av Ca2+ og ved signalmolekyler - er vist i Figure Prosessen kalles avkutting (capping) og det dannes nye (-) ender samtidig som actin-nettverket oppløses. Også andre proteiner (CapZ og Tropomodulin) kan sørge for avkutting, men her dannes ikke nye (-)ender. Figure 18-16

19 Actin-polymerisering og bevegelser
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin - dynamikk (Del 18.2) Actin-polymerisering og bevegelser Ved 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). Noen 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. På 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. Figure viser hvordan polymerisering av actin og profilin i membranen på leading edge av en fibroblast-celle medfører at cellen kan ”krype” bortover overflaten. Figure 18-18 Figure 18-19

20 Oppbygging av myosiner
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Myosin - actin motorprotein (Del 18.3) Oppbygging av myosiner Mange 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). Kontraksjon -dvs. resultatet av samvirket mellom actin-filamenter og myosinet -skjer i muskelceller. Det 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. Struktur 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). Calmodulin (en Ca2+ -bindende regulatorisk underenhet) utgjør den lette kjeden i Myosin I og V. Lette kjeder (essentiell og regulatorisk) i Myosin II er også Ca2+ -bindende proteiner. De ulike myosiner reagerer forskjellig på Ca2+ -signaler. Figure 18-20

21 Forelesninger i BI 316 - Cellebiologi III - 1
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Myosin - actin motorprotein (Del 18.3) Myosin-bevegelser Studier av muskel-celler viser at myosin-hodene vandrer/beveger seg langs actin-filamenter. Ved 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. Myosin-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

22 Myosin og kinesin - felles opphav ?
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Myosin - actin motorprotein (Del 18.3) Myosin og kinesin - felles opphav ? Røntgen-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). Strukturelt ligner myosin på kinesin - et mikrotubuli-motorprotein (Kap. 19). Begge inneholder Ras-folden som antyder et felles opphav fra gamle nukleotid-bindingsproteiner. Myosin-konformasjonsendringer og ATP I Figure er vist hvordan ATP-hydrolyse er koblet til bevegelsen av myosin langs et actin-filament. Figure 18-24 Figure 18-25

23 Skjellett-muskler inneholder actin og myosin
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) Skjellett-muskler inneholder actin og myosin I muskler danner actin og myosin et kompleks kalt acto-myosin som kan effektivt utføre et arbeid. Muskelarbeidet er karakterisert ved power output og er f.eks ganger høyere enn for mitotisk spindel som separerer kromosomene. Må skille mellom skjellett-muskler og glatte muskler. De fundamentale funksjoner av disse to typer forutsettes at man har kunnskap om fra fysiologiemner. Skjellett-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

24 Bevegelse av tykke og tynne filamenter under kontraksjon
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) Bevegelse av tykke og tynne filamenter under kontraksjon Hver sarcomer inneholder to typer filamenter - tykke filamenter (myosin II) og tynne filamenter (actin). Figure 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. Den 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

25 Bevegelse av tykke og tynne filamenter under kontraksjon (forts.)
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) Bevegelse av tykke og tynne filamenter under kontraksjon (forts.) Ifølge ”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. I nærvær av ATP og Ca2+ 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

26 Titin og nebulin-filamenter
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) Titin og nebulin-filamenter En 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). Titin 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. Nebulin (MW ) danner lange ikke-elastiske filamenter som opprett-holder mønsteret til de tynne filamentene. Behandling 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

27 Cytosolisk kalsium og muskel-kontraksjon
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) Cytosolisk kalsium og muskel-kontraksjon Muskelkontraksjon startes ved en økning i den cytosoliske Ca2+ -konsentrasjonen I skjellett-muskel-celler opprettholdes et lavt Ca2+ -innhold i hvile ved bruk av Ca2+ - ATPase i det sarcoplasmatiske retikulum (SR). Når en nerveimpuls (depolarisering) når frem til muskelcellen, endres det elektriske potensialet over plasmamembranen som fører til en økning i den cytosoliske Ca2+ -konsentrasjonen. Dette kjemiske signalet starter kontraksjonen av muskelen. Detaljer 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

28 Actin-bindingsproteiner og kontraksjons-regulering
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) Actin-bindingsproteiner og kontraksjons-regulering Actin-bindingsproteinene tropomyosin (TM) og troponin (TN) vil ved styring av Ca2+ -signalet regulere kontraksjonen i både skjellett- og glatte muskler. Ca2+ -konsentrasjonen påvirker posisjonen av disse proteinene i de tynne filamenter som i sin tur kontrollerer myosin-actin-interaksjoner. TM 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). Det er antatt at TM under påvirkning av Ca2+ kan innta to posisjoner på de tynne filamentene - en ”off” og en ”on” tilstand. Figure 18-32

29 Myosin og muskelkontraksjon
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Muskler - En spesialisert kontraktil maskin (Del 18.4) Myosin og muskelkontraksjon Både glatte - og invertebrat-skjellettmuskelceller kan reguleres med utgangspunkt i myosin og ikke actin som er nevnt foran. Reguleringen her skjer ved at Ca2+ 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

30 Actin og myosin II i celleadhesjon
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5) Actin og myosin II i celleadhesjon Ikke-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. I 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 . I 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. I 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

31 Actin og myosin II i cytokinese
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5) Actin og myosin II i cytokinese Actin 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). Mens myosin II finnes i den kontraktile ring finnes myosin I ved cellens poler (Figure 18-37). Betydningen av myosin II under cytokinesen er vist i det praktiske forsøket skissert i Figure Figure 18-38 Figure 18-37

32 Membranbundet myosin og vesikel-bevegelse
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Actin og Myosin i ikke-muskelceller (Del 18.5) Membranbundet myosin og vesikel-bevegelse Hvordan 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. Det er funnet at mysosin I og myosin V kan bevege seg langs actin-filamenter med en vesikel som cargo. Flere eksempler er nevnt på slik transport f.eks. i tynntarm-epitelceller deltar myosin I i Golgi-vesikel transport. Membran 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). TEM-bildet (Figure 18-40b) viser en stor vesikel bundet til underliggende actin-filamenter. Figure 18-40

33 Keratinocyt-bevegelse og actin-filamenter
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Cellebevegelse (Del 18.6) Keratinocyt-bevegelse og actin-filamenter I 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). Det 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 18-42 Figure 18-41

34 Amøboide bevegelser og actin-nettverk
Forelesninger i BI Cellebiologi III - 1. oktober Cellebevegelse (Del 18.6) Amøboide bevegelser og actin-nettverk Bevegelser 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. Bevegelsen 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. Omformingen av gel->sol->gel skyldes ned- og oppbygging av actin-mikrofilamenter i cytosol regulert av actin-bindingsproteiner (profilin, actinin, filamin og cofilin).

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


Laste ned ppt "Tor-Henning Iversen Plantebiosenteret, Biologisk Institutt,"

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google