FILAMENTS INTERMEDIS (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Biologia Cel·lular
Año del apunte 2013
Páginas 13
Fecha de subida 18/10/2014
Descargas 57
Subido por

Descripción

Professora: Laura Tusell

Vista previa del texto

Introducció. Concepte de filament intermedi.
Els filaments intermedis són estructures semblants a cordes, d'un diàmetre aproximat de 10 nm (un diàmetre entremig entre microtúbuls i filaments d'actina). Estan formats per proteïnes de filaments intermedis, que són una família força nombrosa i heterogènia com explicarem més endavant.
Un dels tipus de filaments intermedis que trobem en la cèl·lula forma una xarxa anomenada làmina nuclear localitzada just a sota la membrana nuclear interna. L'altre tipus de filaments intermedis s'estén pel llarg del citoplasma proporcionant a la cèl·lula resistència mecànica. En cèl·lules epitelials, aquests filaments intermedis s'estenen pel citoplasma des d'una unió cel·lular fins una altra, proporcionant així resistència a l'epiteli sencer.
Representació gràfica dels tres tipus d'elements del citoesquelet que trobem a la cèl·lula. En groc trobem l'estructra general d'un filament intermedi.
Característiques generals Al contrari que microtúbuls i filaments d'actina, els filaments d'actina només formen filaments citoplasmàtics en alguns tipus de metazous (com ara vertebrats, nematodes i mol·luscs). Fins i tot així, els filaments intermedis no són necessaris en el citoplasma de totes les cèl·lules d'aquests organismes. On sí que els trobarem és en cèl·lules sotmeses a estrès mecànic, degut a que sembla que aquests filaments intermedis citoplasmàtics tenen un paper important en la transmissió de la força mecànica en teixits d'animals "tous" (sense exosquelet).
Ara bé, els filaments intermedis que formen part de la làmina nuclear són molt més comuns.
Formen una xarxa que delimita la membrana interna del nucli de les cèl·lules eucariotes, proporcionant llocs d'ancoratge per cromosomes i els porus nuclears.
Una altra diferència entre els filaments intermedis i els microtúbuls i filaments d'actina és que els filaments intermedis són polímers de proteïnes molt diferents entre elles, no només un tipus de monòmer com passa amb l'actina i la tubulina (α i β). Més endavant explicarem més coses sobre les proteïnes dels filaments intermedis i la seva polimerització. Els filaments intermedis són molt més estables que microtúbuls i filaments d'actina. Tampoc participen en moviments cel·lulars.
Podem classificar els filaments intermedis segons la seva situació intracel·lular en:   Filaments intermedis citosòlics. Es troben al citosol de la cèl·lula, com el seu nom indica. Són els encarregats de resistir tensions mecàniques i deformacions cel·lulars.
S'ancoren als complexes d'unió com els desmosomes i hemidesmosomes, cosa que permet la cohesió entre cèl·lules contigües i, per tant, la cohesió cel·lular.
Filaments intermedis de la làmina nuclear. Es troben situats formant una xarxa sota la membrana interna del nucli. La seva funció principal és la de donar estructura a l'embolcall nuclear, més d'interactuar amb la cromatina. Durant la mitosi, la fosforilació de les proteïnes que constitueixen la làmina nuclear promou a seva desorganització i disgregació.
Filaments intermedis de la làmina nuclear Filaments intermedis citosòlics Esquema de la disposició dels filaments intermedis en una cèl·lula.
1 Mecanisme de polimerització. Estructura i composició dels filaments intermedis.
Els filaments intermedis polimeritzen d'una forma molt diferent a microtúbuls i filaments d'actina. Per començar, no tenen un pol positiu ni negatiu; ambdós extrems del filament són equivalents.
Per polimeritzar filaments intermedis es segueixen els següents passos, Comencem tenint la subunitat més bàsica del filament intermedi: és un polipèptid allargat en estructura de hèlix-α.
A banda una banda té el seu domini Nter i a l'altra banda té el seu domini Cter. Dos d'aquests polipèptids s'uneixen entre ells enroscant-se de forma paral·lela (és a dir, els dos extrems Nter junts i els Cter junts) per formar un dímer.
Dos d'aquests dímers es col·loquen un al costat de l'altre de forma esglaonada i antiparal·lela per formar un tetràmer. Això és, dos dímers es col·loquen amb el seu extrem Nter juntament amb el extrem Cter de l'altre dímer i una mica desplaçats l'un respecte l'altre. Aquesta disposició de tetràmer és la unitat funcional dels filaments intermedis (vindria a ser com les subunitats d'actina-G o els heterodímers de tubulina). El tetràmer és soluble. La disposició un al costat de l'altre dels dos dímers permet que hi hagin moltes interaccions laterals i per això els filaments intermedis són difícils de trencar per torsió.
Ara els tetràmers s'uneixen extrem amb extrem, formant així un protofilament d'un filament intermedi. Per formar el filament intermedi, són necessaris 8 protofilaments enrotllats els uns sobre els altres. Això fa que també hi hagin molts contactes laterals entre les fibres del filament (augmenta la resistència).
Si ens fixem, el fet que en la construcció del tetràmer els dos dímers es col·loquin de forma antiparal·lela fa que no hi hagi polaritat en aquest tipus de filaments ja que ambdós costats són iguals.
2 Polipèptid (subunitat més bàsica).
Les parts en blau fort estan en hèlix-α, mentre que els segments en blau fluixet no. Els caps són globulars.
Dímer (dos polipèptids enroscats amb els extrems Nter junts en una mateixa banda) Teràmer (unió de dos dímers de forma esglaonada, és a dir, un d'ells més desplaçats cap a la dreta; i antiparal·lela, és a dir, l'extrem Nter d'un dels dímers al costat de l'extrem Cter de l'altre dímer). És la unitat funcional bàsica .
Els tetràmers s'uneixen linealment. A aquesta unió se l'anomena protofilament.
8 protofilaments enroscats els uns sobre els altres formen finalment el filament intermedi.
3 Encara es sap bastant poc sobre el mecanisme d'acoblament i desacoblament dels filaments intermedis si ho comparem amb els microtúbuls i filaments d'actina. En condicions normals és probable que el se desacoblament estigui regulat per la fosforilació de proteïnes (utilitzant cinases), d'una forma similar al que passa a la làmina nuclear durant la mitosi. Amb les fosfatases (eliminen fosfats), es produiria l'efecte contrari.
En filaments intermedis no és necessària la hidròlisi de nucleòtids per la seva polimerització.
Les subunitats tampoc tenen un domini per fixar ATP ni GTP.
Com ja hem dit abans, els filaments intermedis són més estables que els microtúbuls i filaments d'actina. Això no vol dir, però, que siguin completament estàtics. S'ha vist que es produeix un intercanvi de proteïnes de filaments intermedis. En un experiment, es va injectar queratina (un tipus de proteïna de filaments intermedis com veurem més endavant) marcada.
A les 2 hores, la proteïna s'havia incorporat en la seva totalitat per tot l'esquelet de queratina prèviament existent.
Tipus de proteïnes dels filaments intermedis. Subtipus de filaments intermedis.
Com ja hem explicat anteriorment, els filaments intermedis es classificaven en filaments intermedis de la làmina nuclear i filaments intermedis citosòlics. Dins els filaments intermedis citosòlics trobem la següent subdivisió.
Filaments intermedis Làmina nuclear Citosòlics Proteïnes relacionades amb la vimentina Queratines (epitelials) Neurofilaments (axonals) 4 A la següent taula podem veure els diferents tipus de proteïnes presents en cada tipus de filaments intermedis1. Cadascuna d'elles es pot polimeritzar amb sí mateixa només (formarà homopolímers) o es pot polimeritzar juntament amb altres proteïnes d'una mateixa família (heteropolímers).
Tipus de FI Làmina nuclear Proteïnes Lamines A, B i C Vimentina Proteïnes relacionades amb la vimentina Epitelial Axonal Desmina Proteïna glial acídica fibril·lar Periferina Queratines tipus I (àcides) Queratines tipus II (bàsiques/neutres) Proteïnes dels neurofilaments (NF-L, NF-M i NF-H) Exemples de localització La làmina nuclear Cèl·lules d'origen mesenquimàtic Múscul Astròcits i algunes cèl·lules de Schwann Algunes neurones Cèl·lules epitelials i derivats (ungles, cabell...) Axons de les neurones Les queratines són la família més diversa de proteïnes dels filaments intermedis (es calcula que podrien existir-ne prop de 50 queratines diferents). Cada filament intermedi de queratina està format per una quantitat idèntica de queratines tipus I (àcides) i queratines tipus II (bàsiques/neutres). En la formació del dímer, cada cadena és de un tipus (formen un heterodímer de queratina). Les xarxes de queratina entrellaçades es mantenen unides per mitjà de enllaços disulfur.
Una sola cèl·lula epitelial pot sintetitzar diversos tipus de queratina a la vegada, que polimeritzaran totes en la mateixa xarxa de queratina (les queratines formen sempre heteropolímers). Com ja hem explicat, els filaments de queratina proporcionen força mecànica als teixits epitelials ja que s'ancoren als punts de contacte cèl·lula-cèl·lula (desmosomes) o cèl·lula-matriu (hemidesmosomes). Les denominades "queratines dures" formen estructures com el cabell i les ungles, mentre que les "queratines toves" estan presents en el citoplasma de cèl·lules epitelials.
Micrografia d'immunofluorescència de la xarxa de filaments de queratina (en verd) 1 Cada llibre (Alberts, Lodish i Cooper) fa una classificació lleugerament diferent de les proteïnes dels filaments intermedis. Els noms de les famílies poden variar mínimament entre llibre i llibre. La taula d'aquesta pàgina és la que surt referenciada a Alberts – Biología Molecular de la Célula 5 Els neurofilaments (o proteïnes del tipus IV) es troben en concentracions molt elevades als axons neuronals de vertebrats. Trobem tres tipus de proteïnes: la NF-L, NF-M i NF-H (Light, Medium and High, respecte al seu pes molecular). Es creu que duen a terme un paper importantíssim en el suport d'aquestes prolongacions neuronals. Durant el creixement axonal es van incorporant noves subunitats als neurofilaments. El nivell d'expressió del neurofilament està directament controlat pel diàmetre de l'axó, que a la vegada influeix la velocitat a la que viatja el senyal elèctric al llarg de l'axó.
La NF-L formarà heteropolímers amb la NF-M o bé amb la NF-H. Tot i així, la NF-L també pot formar homopolímers ella mateixa.
Electromicrografia d'un axó tallat transversalment. Les  senyalen els neurofilaments, mentre que les  senyalen els microtúbuls. Noti's que els neurofilaments estan presents en un major nombre en comparació als microtúbuls.
6 Parlem ara de les proteïnes relacionades amb la vimentina (o proteïnes del tipus III). En trobem de 4 tipus, i totes elles poden formar tant heteropolímers com homopolímers. La vimentina és la més abundant i comú, i la podem trobar en leucòcits, endoteli dels vasos sanguinis, algunes cèl·lules epitelials, múscul llis i principalment fibroblasts. Els filaments de vimentina formen una xarxa que s'estén des del nucli cap a la perifèria cel·lular. Els filaments de vimentina contribueixen a sostenir les membranes cel·lulars i mantenen el nucli i altres orgànuls en un lloc definit de la cèl·lula. Sovint la vimentina s'associa a microtúbuls (el reticle de filaments de vimentina és paral·lel al de microtúbuls).
Les altres proteïnes relacionades amb la vimentina tenen una distribució molt més limitada. LA desmina s'expressa de manera específica en les cèl·lules musculars, on connecta els discs Z dels elements contràctils individuals. La proteïna glial acídica fibril·lar forma filaments en astròcits i cèl·lules glials que envolten les neurones. Per acabar, la periferina es troba a les neurones del sistema nerviós perifèric (es sap poc d'ella).
Finalment, trobem 3 tipus de proteïnes a la làmina nuclear (també anomenades proteïnes del tipus V): la lamina A, lamina B i lamina C2. Cadascun dels 3 tipus de lamina (A,B i C) forma homopolímers amb ella mateixa. La làmina nuclear es troba en la immensa majoria de cèl·lules eucariotes, formant una xarxa ortogonal sobre la que se situa l'envolta nuclear i que s'estén difusament cap a l'interior nuclear.
Il·lustració on es representa un tall al nucli. En verd trobem representada l'estructura de la làmina nuclear.
2 Noti's que el conjunt de les 3 lamines es diu LÀMINA (amb accent), però les proteïnes individuals es diuen LAMINES (sense accent).
7 Proteïnes associades als filaments intermedis De la mateixa manera que trobem proteïnes associades als filaments d'actina o als microtúbuls, existeixen les proteïnes associades als filaments intermedis (també conegudes com a IFAPs; Intermediate Filaments Associated Proteins).
A diferència de les proteïnes fixadores d'actina i les associades a microtúbuls, cap de les IFAPs secciona o forma casquets en els filaments intermedis, segresta proteïnes de filaments intermedis ni actua com a proteïna motora. Més aviat sembla que les IFAPs duen a terme un paper important en la organització del citoesquelet de filaments intermedis, integrant-lo en el citoesquelet d'actina i microtúbuls, i unint-lo a la membrana nuclear i plasmàtica (sobretot en unions cel·lulars).
Parlarem de 5 d'elles.
IFAPs Plectina Anquirina Placoglobina Desmoplaquina 8 Filagrina ...y muchas más !! Plectina La plectina és una IPAF pertanyent a la família de les plaquines. Les plaquines són proteïnes amb funció de unir filaments intermedis amb altres estructures cel·lulars. La plectina és responsable de la unió dels filaments intermedis amb els microtúbuls i filaments d'actina. A més, interactua amb altres proteïnes del citoesquelet (com ara l'espectrina), proteïnes associades a microtúbuls i lamina B. La plectina també uneix els filaments de queratines a les integrines en els hemidesmosomes.
La plectina també uneix fibres de vimentina entre sí i amb miosina II.
Microfotografia immunoelectrònica d'un fibroblast. Els microtúbuls estan fasament acolorits en vermell, els filaments intermedis en blau i la plectina en verd.
Il·lustració es veu la manera com la plectina uneix les queratines amb les integrines als hemidesmosomes.
9 Anquirina L'anquirina és una proteïna considerada el principal pont d'unió entre la membrana plasmàtica i el citoesquelet. S'uneix a l'espectrina i a una proteïna transmembranal anomenada Banda 3.
Experiments d'unió in vitro suggereixen que els filaments de vimentina s'uneixen a anquirina, de manera que el citoesquelet de vimentina s'adhereix a la membrana plasmàtica i proporciona una estructura de sostén flexible.
Recordem que hem explicat abans que en el múscul, el sarcòmer està rodejat per un enreixat compost per una banda de filaments de desmina. Aquests filaments rodegen el disc Z i estableixen enllaços creuats amb la membrana plasmàtica a través de vàries IPAF, entre elles l'anquirina.
Il·lustració on es veu la unió de l'anquirina amb l'espectrina i la Banda 3. En aquest cas, no es mostren filaments intermedis, sinó filaments d'actina.
10 Placoglobina i desmoplaquina La placoglobina és una proteïna de la família de les catenines. La desmoplaquina és una proteïna de la família de les plaquines associada a desmosomes, i té una funció anàloga a la plectina en els hemidesmosomes. Aquestes 2 proteïnes desenvolupen la seva funció conjuntament.
En els desmosomes, les cadherines desmosòmiques3 (la desmogleïna s'associen amb els filaments intermedis mitjançant aquestes 2 proteïnes: desmoplaquina. Els filaments intermedis s'uneixen a la desmoplaquina, que s'uneix a la placoglobina. La placoglobina llavors s'uneix a les cadherines encarregades de la funcionalitat del desmosoma.
i desmocolina), la placoglobina i a la seva vegada desmosòmiques, Il·lustració on es veu la estructura molecular d'un desmosoma. Podem veure de quina manera interactuen els filaments intermedis amb la desmoplaquina i la placoglobina i, a la seva vegada, amb les cadherines desmosòmiques.
11 Filagrina La filagrina és una proteïna associada als filaments intermedis de queratina en les cèl·lules epitelials. Forma enllaços creuats entre aquestes fibres, i es creu que la filagrina duu a terme un paper molt important en la mort programada de les cèl·lules epitelials degut a la queratinització (les cèl·lules de les capes més externes moren i es queratinitzen, formant així una barrera impermeable).
És essencial per la regulació de l'homeòstasi epidèrmica.
12 ...