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 316 - 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 ße-mail : Tor-Henning.Iversen@chembio.ntnu.no

3 Forelesninger i BI 316 - 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 316 - 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 316 - 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 316 - 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 316 - 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 316 - 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 316 - 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 316 - 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 18-5. Figure 18-4 Figure 18-5

11 Forelesninger i BI 316 - 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 316 - 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 316 - 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 316 - 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 18-8 - 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 316 - 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 18-11. Figure 18-11

16 Forelesninger i BI 316 - 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 18-12 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 316 - 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 18-14 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 316 - Cellebiologi III - 1. oktober 2002 Actin - dynamikk (Del 18.2) lRegulering av actin-polymerisering (forts.) ÝFigure 18-15 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 316 - 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 18-16. 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 316 - 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 18-17 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 18-18 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 18-19 viser hvordan polymerisering av actin og profilin i membranen på leading edge av en fibroblast-celle medfører at cellen kan ”krype” bortover overflaten. Figure 18-19 Figure 18-18

21 Forelesninger i BI 316 - 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 316 - 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 316 - 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 18-25 er vist hvordan ATP-hydrolyse er koblet til bevegelsen av myosin langs et actin-filament. Figure 18-24 Figure 18-25

24 Forelesninger i BI 316 - 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. 330.000 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 316 - 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 18-27 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 316 - 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 316 - 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 2.700.000) er 1 µm dvs. halve sarcomer-lengden. ÝNebulin (MW 700.000) 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 316 - 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 18- 31. Sentralt her er invagineringer i membranen (transverse (T) - tubules)som danner strukturer kalt triader nær SR. Figure 18-31

29 Forelesninger i BI 316 - 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 316 - 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 18-34.

31 Forelesninger i BI 316 - 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 316 - 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 18-38. Figure 18-37 Figure 18-38

33 Forelesninger i BI 316 - 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 316 - 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 18-42 Figure 18-41

35 Forelesninger i BI 316 - 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 316 - 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 18- 43a). 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