6. előadás 11102024 SEJTVÁZ (CIT) PDF

SEJTVÁZ (CITOSZKELETON) struktúrák és funkciók  Sejtváz (citoszkeleton)  az eukarióta sejtek citoplazmájában előforduló  fehérjefonalakból álló háromdimenziós hálózat - a sejt legnagyobb mennyiségben előforduló fehérjéi -  nem merev hanem di...

SEJTVÁZ (CITOSZKELETON) struktúrák és funkciók  Sejtváz (citoszkeleton)  az eukarióta sejtek citoplazmájában előforduló  fehérjefonalakból álló háromdimenziós hálózat - a sejt legnagyobb mennyiségben előforduló fehérjéi -  nem merev hanem dinamikus struktúra  Sejtváz (citoszkeleton) Fő komponensei Mikrotubulusok Mikrofilamentumok Intermedier filamentumok átmérő:  aktinmolekulák és tubulinmolekulák- konzervatív fehérjék  intermedier filamentumok fibrilláris Általános tulajdonságok fehérjéi- nagy  fehérje alapegységekből épülnek fel változatosság  filamentumokká állhatnak össze (polimerizáció) és  ismét egységekre eshetnek szét (depolimerizáció)  Sejtváz (citoszkeleton) Vizsgálati módszerek fixált sejt élő sejt 1. Fluoreszcens mikroszkópia a. fixált (rögzített) készítmények - fluoreszcens molekulákkal jelzett antitestek kötődése a sejtváz fehérjéihez: hely-helyzet megfigyelése a. élő sejtek - a fehérjék sejten belüli működésének aktinfilamentumok mikrotubulusok megfigyelése 2. Digitális video mikroszkópia - felvételek számítógépes feldolgozása (computer enhanced): kontraszt növelése, „háttér zajok“ csökkentése „erősítés” előtt „erősítés” után 3. Elektronmikroszkópia - egyedi szálak megfigyelése vékony metszeteken vagy gyors-fagyasztási technikával nyert készítményeken aktinfilamentumok  Sejtváz (citoszkeleton) Feladatok  a sejt alakjának meghatározása  a citoplazma szerkezetének kialakítása  a „sejtmozgások” irányítása a sejt egészének alakváltozásai és mozgásai a sejtorganellumok helyzete és sejten belüli mozgásai sejtosztódáskor a kromoszómák mozgatása és a sejt kettéválasztása (két leánysejtre)  Sejtváz Feladatok kivitelezése, megvalósítása (I)  az igen változatos feladatkor elvégzését különböző segítők, kiegészítők teszik lehetővé Járulékos fehérjék:  az egyes filamentumrendszerekre jellegzetesek (specifikusak)  összekapcsolják az egyes rendszerek filamentumait egymással, más rendszer filamentumaival vagy membránfehérjékkel  szabályozzák a polimerizált (filamentum) és a depolimerizált (citoplazmában oldott alegysegek) állapot közötti egyensúly fenntartását  Sejtváz Feladatok kivitelezése, megvalósítása (II)  az igen változatos feladatkor elvégzését különböző segítők, kiegészítők teszik lehetővé Motorproteinek:  enzimek egy speciális csoportja  ATP-t v. GPT-t használnak energiaforrásként  elcsúsznak a mikrofilamentumokon vagy mikrotubulusokon  intermedier filamentumokhoz nem kapcsolódnak pl. miozin, kinezin, dinein  Mikrotubulusok (MT) ~ 25 nm átmérőjű MT MTOC  organizációs központra van szükségük (MTOC)  hosszú és viszonylag merev csőrendszer  ellenállók a húzással, torzítással szemben  Mikrotubulusok (MT) I. Citoplazmatikus (dinamikus) MT Nyugalmi sejt (interfázis)  nyugalmi (nem osztódó) sejtekben rendszerint a sejtközpont közelében levő kis struktúrából, a centroszómából fejlődnek ki organizációs központ = centroszóma feladata a membránhatárolta sejtorganellumok sejten belüli kihorgonyzása és a sejten belüli transzport  osztódó sejtben mitótikus orsóvá rendeződnek, amelynek segítségével Osztódó sejt a kromoszómák egyenlő módon szétosztódnak a leánysejtekben organizációs központ = az orsó pólusa Csillós sejt II. Stabil MT  csillók, ostorok organizációs központja a bazális test szerep a sejtek mozgásában, a sejtek felületén való anyag- (folyadék-) transzportban  Mikrotubulusok (MT) Szerkezet  25 nm átmérőjű néhány mikron hosszúságú üreges csövek  tubulinmolekula (globuláris): 55 kD, 4-5 nm átmérő  alapegység α- és β tubulinból álló heterodimér  protofilamentum: fej-farok orientációban összekapcsolódott α- és β-alegységek lineáris lánca; polarizált felépítésű  MT- 13 protofilamentum lateralisan egymáshoz illeszkedve és egymáshoz képest 0,9 nm-el elcsúszva polarizált szerkezetű: „gyors” plusz vég (szabad β –alegységek) „lassú” mínusz vég (szabad α -alegységek) MT keresztmetszete (13 tubulin molekula) és hosszmetszete  Mikrotubulusok (MT) Kialakulása és dinamikája  az élő sejtek mikrotubulusok és szabad tubulin-dimérek keverékét tartalmazzák  A MT tubulin-dimérek kapcsolódása révén alakul ki  kapcsolódott dimérek nukleációs központot (oligomérek) hoznak létre,  és további dimérek kapcsolódása révén növekednek (elongáció)  a MT növekedése v. rövidülése újabb heterodimereknek a cső végeire való asszociációjával ill. disszociációjával valósul meg  mindkét végen történhet plusz vég- gyors mínusz vég- lassú  a szabad heterodimerek koncentrációjának függvénye kritikus koncentráció: az időegység alatt történő ráépülés és leválás kiegyenlíti egymást („taposómalom”) fő jellemzője: dinamikus instabilitás  egyik végük gyorsan lebomlik, másik végük felépülhet  gyorsan szétszerelődnek és a sejt másik részén összeszerelődnek az összpolimér (az összes mikrotubulus) mennyisége a sejten belül időben ugyan jelentősen nem változik, de az egyes mikrotubulusok végei, hol növekedési fázisban, hol rövidülésben vannak Következmény: a sejt MT-apparátusa folyamatosan átépül. A sejt energiát (GTP-t) használ fel arra, hogy a MT-rendszert állandóan átalakulásra kész állapotban tartsa  A mikrotubulus dinamika befolyásolása: MT- mérgek Polimerizáció gátlás  MT- alegységeket kötnek  megakadályozzák a polimerizációt, az osztódási orsó kialakulását (anti-mitótikus szerek) Colchicin:  köszvényes rohamok kezelése (gátolja a neutrofil granulociták vándorlását)  humángenetikában kariogrammok készítése (a kromoszomákat metafázisban leállítják) Őszi kikerics, Colchicum autumnale, Rózsás meténg, Vinca rosea, Vincristin, Vinblastin hatóanyag: colchicin hatóanyag: vinblastin,  citosztatikumok: rákos daganatok kezelése vincristin Depolimerizáció gátlás Taxol  megköti és stabilizálja a MT-t, túlzott polimerizációt okoz  megakadályozza az osztódási orsó szétesését: leállítja a mitózist (anti-mitótikus szer)  az emlőrák kemoterápiájában használják Tiszafa, Taxus baccata, hatóanyag: taxol  Mikrotubulus asszociált fehérjék (MAP-ok) Strukturális (szerkezeti) MAP-ok - a MT-hoz asszociálva kilógnak azok felületéből a. elősegítik a tubulin polimerizációt, stabilizálják és kötegekbe rendezik mikrotubulusokat (kötegelés) b. destabilizálják a MT-kat  tau a MT oldalához kapcsolódik,  MAP2 keresztbeköti a MT-okat mint tau, de nagyobb távolságra nyúlik a MT-ok között  Catastrophin destabilizálja a MT-t MT-nyalábok Mikrotubulus asszociált fehérjék: MAP nagy mennyiségben fordulnak elő az idegszövetben dendritekben: MAP-2 axonban: tau  Mikrotubulus asszociált fehérjék a tau fehérje sejten belüli felhalmozódása miatt ún. Strukturális MAP-ok az idegszövetben taupáthiának is tartják  tau - normálisan az idegsejtek MT rendszerének része; az axonális transzportban játszik fontos szerepet (szállítás a sejttesttől a nyúlvány (axon) vége fele, ill. onnan vissza: vezikulák, sejtorganellumok, enzimek, metabolitok)  Alzheimer- kór (dementia)- kórosan foszforilálódott (hiperfoszforiláció) tau izoformák a sejteken belül kötegeket (aggregátumok) képeznek, melyek károsítják a MT rendszert; tönkreteszik az axonális anyagtranszportot, ami végül az idegsejtek pusztulásához vezethet széteső MT hiperfoszforilált tau-aggregátum  A citoplazmatikus mikrotubulusok szerepe  segítik a sejtszervecskék eukarióta sejtben való elhelyezkedését ER és Golgi ap. sejten belüli tipikus elhelyezkedése  „sínként” szolgálnak a sejtorganellumok, vezikulák sejten belüli mozgásához  sejtorganellumok orientációja  sejten belüli transzport  A citoplazmatikus mikrotubulusok szerepe  sejtorganellumok intracelluláris elhelyezkedése (orientációja) fragmentálodott Golgi ap. normális Golgi ap. (pl. MT mérgek hatására) sejtmag sejtmag a Golgi ap.(zöld) fragmentálódik a MT-k (piros) dezorganizációja után  A citoplazmatikus mikrotubulusok szerepe  intracelluláris transzport (teherszállítás)  a MT-k „sínként” szolgálnak az intracelluláris transzporthoz  a motorproteinek az intracelluláris transzport hajtóelemei  a mikrotubulusok motorproteinjei  mechanokémiai enzimek, képesek APT-t hidrolizálni, és a felszabaduló energiát mechanikai munka (elmozdulás) végzésére felhasználni  felismerik a MT polaritását és az egyik meghatározott vég felé haladnak 2 nagy család  kinezinek – plusz vég motorok  citoplazmatikus dineinek – mínusz vég motorok  két azonos molekulából álló dimérek homodimérek)  mindegyiknek van két gömbszerű feji része (MT-al kerül kapcsolatba) és egy farki része (nehéz és könnyű láncok)  A citoplazmatikus mikrotubulusok szerepe intracelluláris transzport (teherszállítás)  a motorproteinek globuláris feji részeik segítségével mozognak a MT mentén  a motorprotein farki része határozza meg, hogy a fehérje mit szállít: (vezikulákat , organellumokat) = „szelektivitás” a vándorlás a MT Axonális transzport mentén ATP-függő Retrográd transzport- dinein Hulladék Szinaptikus vezikulum Anterográd transzport -kinezin  Centroszóma  a mikrotubulusok legfontosabb organizációs központja (MTOC)  nem osztódó (interfázisban levő) sejtben a sejtmag közelében található kicsi (1-2 μm átmérőjű) bizonytalan kontúrú test, melyet membrán nem határol  innen sugároznak ki a MT-k a sejt perifériája felé egy pár centriolumból (anyai és leány centriólum) és az azt körülvevő amorf pericentrioláris anyagból áll  Centroszóma Centriólumok  henger alakú, nehány tized mikron hosszúságú A testek  falát 9 tubuluscsoport alkotja egy tubuluscsoport 3 MT-ból áll (triplet): B 9x3 MT (1 komplett (A) 2 inkomplett (B, C) MT)  (struktúrájuk az csillók és orsók bazális (alapi) C testéhez hasonló)  a MT kialakulásában nincs szerepük  funkciójuk még nem tisztázott  Centroszóma Pericentrioláris anyag  több száz, γ-tubulin-ból álló gyűrűt tartalmaz + más fehérjék = γ-tubulin- gyűrűkomplexum  hozzá adódnak az αβ-tubulin heterodimérek  egy γ-tubulin gyűrű: (25 nm), 13 alegységből áll  minden γ-tubulin-gyűrű egy nukleaciós központ, új MT kiindulási helye  a polimerizációjához GTP és Mg2+ jelenléte szükséges  a MT mínusz (–) vége a pericentrioláris anyagba ágyazódik, a plusz (+) vége a sejtperiféria felé mutat (növekedés csak a plusz végen történik) Következmény: 1. a MT-rendszer polarítása - irányított transzport- 2. a mínusz vég stabilizálódása  Centroszóma  Szerepe a sejtosztódásban  sejtosztódás előtt mindegyik centriólum megkettőződik, a centriólum párok - mint sejtközpontok – a sejtek ellentétes pólusára vándorolnak a mitótikus orsók szervező központjává alakulnak metafázis tubulin (zöld) DNS (kromoszómák) (kék) A centrószóma funkciói: összefoglalás 1. A MTOC révén kialakítja a MT rendszer irányítottságát (mínusz (-) végük a citocentrumban, plusz (+) végük a periféria felé) 2. Kialakítja az osztódási orsó pólusait, és ezzel irányítja a kromoszómák mozgatását. 3. A centriolumokból származik a csillók bazális testje (a sejtmembrán alá vándorolnak)  Centroszóma Gyakorlati jelentőség  a centrószóma számbeli eltérései- genom instabilitást és daganatos betegségek megjelenését eredményezheti  centroszómális proteineket kódoló gének defektusai: mikrocepháliát és törpenövést okozhatnak  Mikrotubulus hosszmetszet keresztmetszet Centroszóma Centriolum (keresztmetszet) 9 MT triplett: teljes A + nem teljes B es C mikrotubulus  Stabil (kötegbe rendeződött) mikrotubulusok Csillók (kinocilium) és ostorok (flagellum)  a sejtek felszínéről kinyúló, mozgékony, állandó sejtnyúlványok  szerkezetük lényegében azonos, axonéma ha sok van és rövidek, akkor csilló, (tengelyfonal) ha kevés és hosszú, akkor ostor.  bazális testből nőnek ki (XIX. sz.végén Lenhossék Mihály ismerte fel) bazális test  Stabil (kötegbe rendeződött) mikrotubulusok Csillók (kinocilium)  hossza: 5-10 µm  átmérő: 0,25 µm  száma: több száz/sejt  lokalizáció: hámok felszínén: pl. légzőhám, tubák hámja, gerincvelői csatorna és agykamrák sejtjei (kinocilium) axonéma (tengelyfonal)  szerepe: folyadékok, anyagok továbbítása a sejtek felszínén  felépítés: sejtmembrán borítja bazális test axonéma (járulékos fehérjeváz) 70%-a tubulin 25% dinein-mozgatófehérje, nexinfonalak, radiális küllők A csilló (kinocilium) szerkezete A A A B B C A- 13 protofilamentum Csilló B, C- 10-11 protofilamentum 9x2+2 palást: 9 kettős csőcsoport (dublett) központ: 2 különálló MT-cső minden pár A tagján két kar (dinein„karok”), amelyek a következő pár B tagja felé irányulnak Bazális (alapi) test 9x3+0 palást: 9 hármas MT-csoport (triplett) központ: MT hiányzik bazális test: a centriólum származéka A csilló (cilium) mozgása  dinein-karok: külső ill. belső, hosszanti sorban helyezkednek el az A- tubulusonon (külső sorban három, belső sorban kétfejű dineinek). külső dinein  az A-tubuluson lévő dineinkarok a szomszédos csőpár kar B-tubulusához reverzibilisen kötődnek  ATP hidrolízis  konformációváltozással fejük elmozdul és elcsúsztatja a B- tubulust, majd leválik  a nexin filamentumok (a tubuluspárokat kötik össze) - csak bizonyos határig engedik az elcsúszást - eredmény: a csilló elhajlik  egy csilló mozgása: belső dinein gyors csapás, lassú visszahúzódás kar  csillókkal fedett sejteken időbeli eltolódás van az egymás utáni sorok között: metachron összkép:„búzatábla hajladózik a szélben” Dinein hiányában nincs csillómozgás !! dinein gén defektusa:  primér ciliáris dyskinézia (PCD)- nincs öntisztulás a légutakban, nincs spermiummozgás (férfi sterilitás), nőknél méhen kívüli terhesség  Kartagener szindróma – PCD + situs inversus Légzőhám – csillók (kinocilium) a hámsejtek felszínln Toluidin-kék SEM Csillók-hosszanti metszet bazalis test TEM Csillók-keresztmetszet Figure 4-10 Copyright © McGraw-Hill Companies Ostor (flagellum)- hosszabb Előfordulás eukariótákban: egysejtűek, spermium, protozoák Mikrotubulusok elrendeződése 9x2+2 Ostorcsapás-szerű mozgás, hullámzás (háromfejű dineinek) Prokariótákban: flagellin - fehérje az ostor tövében elhelyezkedő, plazmamembránba rögzült motorkomplex Spermiumok ostorcsapás-szerű mozgása  Csillók szinte minden sejten előfordulnak ! Általános szabály: Mozgékony (motilis) csillók: Nem mozgékony ( nem motilis) axonéma többnyire: csillók: axonéma többnyire: 9x2 + 2 9x2 + 0 sejtenként rendszerint egy érző cilium pl. retina fotoreceptor sejtjein vannak kivételek !! Mozgékony (motilis) csillók: axonéma: 9x2 + 2 Nem mozgékony ( nem motilis) csillók: axonéma: 9x2 + 0 Antennák: kémiai, biologiai, mechanikus ingerekre Membránjába (sejttípusonként eltérő) jelátviteli rendszerek receptorai v. kezdeti fehérjéi épülnek be. „antennák”.  Mozgékony (motilis) csillók: axonéma: 9x2 + 0 !!! az embrionális „primitiv csomó” sejtjein (köröző mozgás:jobbról-balra történő folyadékáramlás) Primér nodális csilló a balra tartó áramlás az extraembrionális folyadékban szükséges a normális situs (bal-jobb aszimmetria) létrejöttéhez.  Gyakorlati jelentőség primér ciliáris dyskinézia Kartagener szindróma Csilló és ostor működési zavarának következményei:  belső szervek elhelyezkedési, morfológiai rendellenességei  agyi fejlődési rendellenességek: hydrocephalus  férfi sterilitás, csökkent női fertilitás  cisztás vesebetegségek fontosak az intraciliáris transzporthoz, ezáltal csillók  retina degeneráció- látás elvesztése kialakulásához és fennmaradásához Bardet-Biedl szindróma: bbs fehérjék génjeinek defektusa retina degeneráció, vesemalformáció, obezitás, polydaktilia, tanulási képesség csökkenése  a gyomorfekélyt okozó Helicobacter pylori flagellumait használja a nyákrétegen való áttöréshez, a hámsejtek eléréséhez