Промежуточная нить - Intermediate filament
| Промежуточный хвостовой домен филамента | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Структура глобулярного домена ламина а / с
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | IF_tail | ||||||||
| Pfam | PF00932 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001322 | ||||||||
| ПРОФИЛЬ | PDOC00198 | ||||||||
| SCOP2 | 1ivt / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Промежуточная область стержня накала | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Фрагмент виментиновой спирали человека 2b (cys2)
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Нить | ||||||||
| Pfam | PF00038 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR016044 | ||||||||
| ПРОФИЛЬ | PDOC00198 | ||||||||
| SCOP2 | 1gk7 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Область головки промежуточного филамента (связывание ДНК) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Filament_head | ||||||||
| Pfam | PF04732 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR006821 | ||||||||
| SCOP2 | 1gk7 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Периферин нейрональный промежуточный филаментный белок | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||
| Условное обозначение | PRPH | ||||||
| Альт. символы | NEF4 | ||||||
| Ген NCBI | 5630 | ||||||
| HGNC | 9461 | ||||||
| OMIM | 170710 | ||||||
| RefSeq | NM_006262.3 | ||||||
| UniProt | P41219 | ||||||
| Прочие данные | |||||||
| Locus | Chr. 12 кв. 13,12 | ||||||
| |||||||
| Белок промежуточных филаментов нестин нейрональных стволовых клеток | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||
| Условное обозначение | РЭШ | ||||||
| Ген NCBI | 10763 | ||||||
| HGNC | 7756 | ||||||
| OMIM | 600915 | ||||||
| RefSeq | NP_006608 | ||||||
| UniProt | P48681 | ||||||
| Прочие данные | |||||||
| Locus | Chr. 1 квартал 23,1 | ||||||
| |||||||
Промежуточные филаменты ( IFs ) представляют собой структурные компоненты цитоскелета, обнаруженные в клетках позвоночных и многих беспозвоночных . Гомологи белка IF были отмечены у беспозвоночного - цефалохордатной бранхиостомы .
Промежуточные филаменты состоят из семейства родственных белков, обладающих общими структурными особенностями и последовательностями. Первоначально обозначенные как «промежуточные», поскольку их средний диаметр (10 нм ) находится между диаметром более узких микрофиламентов (актина) и более широких миозиновых волокон, обнаруженных в мышечных клетках, диаметр промежуточных волокон в настоящее время обычно сравнивают с актиновыми микрофиламентами (7 нм) и микротрубочками ( 25 нм). Промежуточные филаменты животных подразделяются на шесть типов на основе сходства аминокислотной последовательности и структуры белка . Большинство типов являются цитоплазматическими , но один тип, Тип V, представляет собой ядерную ламину . В отличие от микротрубочек, распределение IF в клетках не обнаруживает хорошей корреляции с распределением митохондрий или эндоплазматического ретикулума .
Состав
Структура белков, образующих промежуточные филаменты (IF), была впервые предсказана компьютерным анализом аминокислотной последовательности эпидермального кератина человека, полученного из клонированных кДНК . Анализ второй последовательности кератина показал, что два типа кератинов имеют только около 30% гомологии аминокислотных последовательностей, но имеют сходные структуры доменов вторичной структуры. Согласно первой модели, все IF-белки, по-видимому, имеют центральный домен альфа-спирального стержня, который состоит из четырех альфа-спиральных сегментов (обозначенных как 1A, 1B, 2A и 2B), разделенных тремя линкерными областями.
Центральным строительным блоком промежуточного филамента является пара из двух переплетенных белков, которая называется структурой спиральной спирали . Это название отражает тот факт, что структура каждого белка является спиральной, и переплетенная пара также является спиральной структурой. Структурный анализ пары кератинов показывает, что два белка, образующие спиральную спираль, связываются гидрофобно . Заряженные остатки в центральном домене не играют главной роли в связывании пары в центральном домене.
Цитоплазматические IFs собираются в неполярные филаменты единичной длины (ULF). Идентичные ULFs соединяются латерально в расположенные в шахматном порядке антипараллельные растворимые тетрамеры, которые соединяют от головы к хвосту протофиламенты, которые латерально соединяются в протофибриллы, четыре из которых сворачиваются вместе в промежуточную нить. Часть процесса сборки включает этап уплотнения, на котором ULF затягивается и принимает меньший диаметр. Причины этого уплотнения не совсем понятны, и обычно наблюдается, что IF имеет диаметр в диапазоне от 6 до 12 нм.
N-конце и С-конце ПЧ белки не являются альфа-спиральных участков и показать широкий разброс в их длин и последовательностей через IF семей. N-концевой «головной домен» связывает ДНК . Головки виментина способны изменять ядерную архитектуру и распределение хроматина , а высвобождение головок протеазой ВИЧ-1 может играть важную роль в связанном с ВИЧ-1 цитопатогенезе и канцерогенезе . Фосфорилирование области головы может повлиять на стабильность филаментов. Было показано, что головка взаимодействует с стержневым доменом того же белка .
С-концевой «хвостовой домен» демонстрирует крайнюю вариацию длины между разными белками IF .
Антипараллельная ориентация тетрамеров означает, что, в отличие от микротрубочек и микрофиламентов, которые имеют положительный конец и отрицательный конец, IFs лишены полярности и не могут служить основой для подвижности клеток и внутриклеточного транспорта.
Кроме того , в отличие от актина или тубулина , промежуточные филаменты не содержат сайт связывания для нуклеозидтрифосфата .
Цитоплазматические IFs не подвергаются беговой дорожке, как микротрубочки и актиновые волокна, но являются динамическими.
Биомеханические свойства
ПФ - довольно деформируемые белки, которые можно растянуть в несколько раз по сравнению с исходной длиной. Ключ к облегчению этой большой деформации обусловлен их иерархической структурой, которая способствует каскадной активации механизмов деформации на разных уровнях деформации. Первоначально связанные альфа-спирали нитей единичной длины разматываются при растяжении, затем по мере увеличения напряжения они переходят в бета-слои , и, наконец, при увеличении напряжения водородные связи между бета-слоями скользят, и мономеры УНЧ скользят вдоль каждого из них. Другие.
Типы
Существует около 70 различных генов человека, кодирующих различные белки промежуточных филаментов. Тем не менее, разные типы IF имеют общие основные характеристики: в целом, все они представляют собой полимеры с диаметром от 9 до 11 нм в полностью собранном виде.
ПФ животных подразделяются на шесть типов на основе сходства аминокислотной последовательности и структуры белка :
Типы I и II - кислые и основные кератины
Эти белки являются наиболее разнообразными среди ПФ и составляют белки ПФ типа I (кислотные) и типа II (основные) . Многие изоформы делятся на две группы:
- эпителиальные кератины (около 20) в эпителиальных клетках (изображение справа)
- трихоцитарные кератины (около 13) ( кератины волос ), из которых состоят волосы , ногти , рога и чешуя рептилий .
Независимо от группы кератины бывают кислыми или основными. Кислые и основные кератины связываются друг с другом с образованием кислотно-основных гетеродимеров, и эти гетеродимеры затем связываются, образуя кератиновую нить.
Филаменты цитокератина латерально соединяются друг с другом, образуя толстый пучок радиусом ~ 50 нм. Оптимальный радиус таких пучков определяется взаимодействием между дальнодействующим электростатическим отталкиванием и ближним гидрофобным притяжением. Впоследствии эти пучки будут пересекаться через соединения, чтобы сформировать динамическую сеть, охватывающую цитоплазму эпителиальных клеток.
Тип III
Существует четыре белка, классифицируемых как белки ПФ типа III, которые могут образовывать гомо- или гетерополимерные белки.
- ПФ десмина являются структурными компонентами саркомеров в мышечных клетках и соединяют различные клеточные органеллы, такие как десмосомы, с цитоскелетом.
- GFAP (глиальный фибриллярный кислый белок) обнаружен в астроцитах и других глиях .
- Периферин обнаружен в периферических нейронах.
- Виментин , наиболее широко распространенный из всех белков ПФ, может быть обнаружен в фибробластах , лейкоцитах и эндотелиальных клетках кровеносных сосудов. Они поддерживают клеточные мембраны, удерживают некоторые органеллы в фиксированном месте в цитоплазме и передают сигналы мембранных рецепторов ядру.
Тип IV
- Альфа-интернексин
- Нейрофиламенты - семейство промежуточных филаментов IV типа, которые в высоких концентрациях обнаруживаются вдоль аксонов нейронов позвоночных.
- Synemin
- Синкойлин
Тип V - ядерные ламины
Ламины - это волокнистые белки, выполняющие структурную функцию в ядре клетки.
В клетках многоклеточных животных присутствуют ламины типа А и В, которые различаются длиной и pI. Клетки человека имеют три дифференцированно регулируемых гена. Ламины B-типа присутствуют в каждой клетке. Ламины типа B, ламин B1 и B2 , экспрессируются генами LMNB1 и LMNB2 на 5q23 и 19q13 соответственно. Ламины А-типа экспрессируются только после гаструляции . Ламины A и C являются наиболее распространенными ламинами A-типа и представляют собой сплайсинговые варианты гена LMNA, обнаруженного в 1q21.
Эти белки локализуются в двух областях ядерного компартмента, ядерной ламине - слое белковой структуры, прилегающем к внутренней поверхности ядерной оболочки и по всей нуклеоплазме в нуклеоплазматической пелене .
Сравнение ламинов с IF цитоскелета позвоночных показывает, что ламины имеют дополнительные 42 остатка (шесть гептад) внутри спирали 1b. С-концевой хвостовой домен содержит сигнал ядерной локализации (NLS), Ig-складчатый домен и в большинстве случаев карбокси-концевой CaaX-бокс, который изопренилирован и карбоксиметилирован (ламин C не имеет CAAX-бокса). Ламин А подвергается дальнейшей обработке для удаления последних 15 аминокислот и его фарнезилированного цистеина.
Во время митоза ламины фосфорилируются MPF, который запускает разборку пластинки и ядерной оболочки.
Тип VI
- Бисерные нити: Филенсин , Факинин .
- Нестин (когда-то предлагался для реклассификации, но из-за различий остается белком ПФ типа VI)
Только позвоночные. Относится к типу I-IV. Используется для содержания других недавно открытых белков ПФ, еще не отнесенных к какому-либо типу.
Функция
Клеточная адгезия
На плазматической мембране некоторые кератины или десмин взаимодействуют с десмосомами (межклеточная адгезия) и гемидесмосомами (адгезия клеточного матрикса) через адаптерные белки.
Связанные белки
Филаггрин связывается с кератиновыми волокнами в клетках эпидермиса. Плектин связывает виментин с другими волокнами виментина, а также с микрофиламентами, микротрубочками и миозином II. Кинезин изучается, и предполагается, что он связывает виментин с тубулином через моторные белки.
Кератиновые нити в эпителиальных клетках соединяются с десмосомами (десмосомы соединяют цитоскелет вместе) через плакоглобин , десмоплакин , десмоглеины и десмоколлины ; Десминовые нити связаны аналогичным образом в клетках сердечной мышцы.
Заболевания, возникающие из-за мутаций в генах ПФ
- Дилатационная кардиомиопатия (DCM), мутации в гене DES
- Аритмогенная кардиомиопатия (АКМ), мутации в гене DES
- Рестриктивная кардиомиопатия (РКМ), мутации в гене DES
- Кардиомиопатия без уплотнения, мутации в генах DES
- Кардиомиопатия в сочетании со скелетной миопатией ( DES )
- Простой буллезный эпидермолиз ; мутация кератина 5 или кератина 14
- Ламинопатии - это семейство заболеваний, вызванных мутациями в ядерных ламинах, в том числе синдром прогерии Хатчинсона-Гилфорда и различные липодистрофии и кардиомиопатии.
В других организмах
Белки ПФ универсальны среди животных в виде ядерной ламины. Гидра имеет дополнительный «нематоцилин», полученный из ламина. Цитоплазматические IF (тип I-IV), обнаруженные у людей, широко распространены у Bilateria ; они также возникли в результате дупликации гена с участием ядерного ламина V типа. Кроме того, несколько других различных типов эукариот содержат ламины, что свидетельствует о раннем происхождении белка.
На самом деле не существовало конкретного определения «белка промежуточных филаментов» в том смысле, что определение, основанное на размере или форме, не охватывает монофилетическую группу . С включением необычных белков, таких как сеткообразующие ламины с гранулами (тип VI), современная классификация переходит в кладу, содержащую ядерный ламин и множество его потомков, характеризующихся сходством последовательностей, а также структурой экзонов. Таким образом, функционально-подобные белки из этой клады, такие как полумесяцы , альвеолины, тетрины и эпиплазмины, являются только «IF-подобными». Вероятно, они возникли в результате конвергентной эволюции .
использованная литература
дальнейшее чтение
- Херрманн Х., Харрис-младший, ред. (1998). Промежуточные волокна . Springer. ISBN 978-0-306-45854-5.
- Омари МБ, Куломб, штат Пенсильвания, ред. (2004). Промежуточный цитоскелет филаментов . Gulf Professional Publishing. ISBN 978-0-12-564173-9.
- Парамио Дж. М., изд. (2006). Промежуточные волокна . Springer. ISBN 978-0-387-33780-7.
внешние ссылки
- Промежуточное звено + нить + белки в предметных рубриках медицинской тематики Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)