Kapitel 17. the cytoskeleton: microtubules. Søren Tvorup Christensen, Biokemisk afdeling, AKI, rum 526

Transkript

1 Kapitel 17 the cytoskeleton: microtubules Søren Tvorup Christensen, Biokemisk afdeling, AKI, rum 526

2 Tre typer af protein filamenter, som danner cytoskelletet OBS: mikrovilli ikke cilier

3 Mikrotubuli (MT)

4 Eksempler på organisering af MT vækst og polymerisering cytosolisk netværk spindelformation cilieformation

5 Opbygning af MT Opbygget af enkelt MT Opbygget af mange MT Diameter: 25 nm; længde: nm til mm

6 Centrosomet og funktionen af γ-tubulin organisering af MT netværk og spindel MT dynamisk instabilitet

7 GTP hydrolyse kontrollerer MTs vækst og instabilitet α β GTP-bunden tubulindimer: Binder kraftigt til (+)enden, og bevirker en polymerisering af MT α β GDP-bunden tubulindimer: Binder svagt til (+)enden, og bevirker en depolymerisering af MT (ses når GTP hydrolyseres til GDP) Shortcut to 16_1.lnk

8 Capping proteiner kan stabilisere MT Shortcut to 16_3.lnk

9 motorproteiner og deres transport langs MT Bevægelse som vi kender til i hverdagen Eksempler på bevægelser på cellulært niveau, som involverer MT Intracellulær transport Mitose, vesikel/organeltransport Cilie/flagelbevægelse Motormolekyler Dynein: (-) ende rettet transport Kinesin: (+) ende rettet transport

10 motorproteiner og deres transport langs MT Kinesins bevægelse langs MT 1) Binding af ATP til leading head får trailing head til at blive kastet foran til foranliggende bindingsite mod (+)enden af MT 2) Efter frigørelse af ADP fra det nye leading head samt hydrolyse af ATP fra det nye trailing head kan dimeren foretage endnu en cyklus mod (+)enden.

11 Forsøg med transport langs MT netværk Shortcut to 16_5.lnk

12 Transport af vesikler langs MT netværk nervecelle bindevævscelle Axoner: overlappende MT segmenter alle med samme polaritet med (+)enden mod synapsen for hurtig axonal transport. Anterograd transport: retning mod (+)-enden: foretages af kinesin Retrograd transport: retning mod (-)-enden: foretages af dynein

13 princippet i immunofluorescens-mikroskopi Mus anti-mt IgG Fluorochromkonjugeret ged anti mus IgG Kanin anti-rtk IgG Plasma membrane Golgi ER kerne MT MT RTK Fluorochromkonjugeret ged anti kanin IgG MT MT MT DAPI (binder DNA)

14 Immunofluorescensmikroskopisk billede af en bindevævscelle MT (anti-tubulin) RTK (anti-egf receptor) DAPI

15 MT drugs fra planter til behandling af kræft - blokering af mitose via MT Colchicin Colcemid lave konc: celler blokeres i deres metafase under celledeling (fasen hvor dublikerede kromosomer er fuldt kondenserede) Taxol Vinblastin Vincristin lave konc (Taxol): binder og stabiliserer MT ved hæmning af MT dynamik (kræft i æggestokkene, ovarierne)

16 MT drugs fra planter til behandling af kræft Taxol stabiliserer MT - Taxol + Taxol

17 Cilier og flageller - fra protozoe organismer til os

18 Cilier transporterer slim ud af luftvejene til fjernelse af bakterier og fremmedlegemer Placering af bevægelige cilier i luftvejen

19 Luftvejsepithelet består både af cilierede celler og af slimproducerende celler (gobletceller)

20 Cilier i æggelederen transporterer ægget til livmoderen Det kvindelige reproduktionssystem Livmoderen Æggelederen Ampulla (befrugtningsstedet) Sædcellens flagel Æggestokken livmoderhalsen Vagina

21 Sygdomme opstået som fejl i ciliers bevægelse i æggelederen Graviditet udenfor livmoderen (ektopisk gravititet)

22 De bevægelige cilier i hjernen Placering af bevægelige cilier i hjernens ventrikler Overfladen af det centrale nervesystem (CNS) er badet i en klar, farveløs væske, som betegnes spinalvæsken (cerebrospinal fluid; CSF eller hjerne- eller rygmarvsvæsken) Væsken opbevares i væskefyldte kar (ventrikler), og benyttes til: 1) Beskytter hjernen mod slag 2) Nedsætter trykket på den nederste del af hjernen, da væsken reducerer hjernens vægt. 3) Udskilning af affaldsprodukter til blodbanerne bort fra hjernen 4) Transporterer hormoner mellem de enkelte dele af hjernen.

23 Sygdomme opstået som fejl i ciliers bevægelse i ventriklerne Hydrocephali (ophobning af vand i hjernen under fosterudvikling) Akkumulering af spinalvæske inden i kraniet pga. nedsat ciliemotilitet. Kan være dødelig, men kan behandles bl.a. ved indsættelse af dræn.

24 Ciliets opbygning i en aksonemal 9+2 MT ultrastruktur TEM billede af et aksonemtværsnit Skematisk ultrastruktur af et cilietværsnit 100 nm Outer arm dynein (OAD): styrer cilieslagfrekvensen Inner arm dynein (IAD): styrer cilieslagformen

25 Regulering af cilie/flagelslaget en ATP-krævende proces Bevægelsen af ciliær dynein skaber bøjningen af ciliet

26 Regulering af cilie/flagelslaget en ATP-krævende proces Bevægelsen af ciliær dynein skaber bøjningen af ciliet

27 Vigtige MT koncepter MT tilhører gruppen af cytoskeletfilamenter, som er polære strukturer med (+)ende og (-)ende. MT er lange stive tubulære strukturer, som formes fra tubulin-dimerer (α- og β-tubulin) vha. GTPase aktivitet. Polymerisering og depolymerisering af MT forekommer hovedsageligt i (+)enden.

28 Vigtige MT koncepter MT-polymerisering organiseres ofte udfra centrioler (Mikro Tubuli Organiserende Centre; MTOC), hvor (-)-enden vedhæftes γ-tubulin to centrioler danner et centrosom, der organiserer cytosolisk MT netværk samt mitotisk spindel een centriole, der er basallegeme for dannelsen af cilier og flageller

29 Vigtige MT koncepter MT eksisterer både som dynamisk ustabile og stabile strukturer. Stabilitet er bl.a. afhængig af: 1) forholdet mellem GTP- og GDP-bundne tubulin-dimerer (MT subunits) 2) koncentrationen af frie tubulin-dimerer (MT subunits) 3) binding af Mikrotubuli-Associerede Proteiner (MAPs)

30 Vigtige MT koncepter Eksempler på MT funktioner: 1) adskillelse af kromatider til de to nye datterceller i det mitotiske spindelapparat 2) cytosolisk transport af vesikler, organeller, etc. og til transport langs axoner i nerveceller 3) opbygning af ciliers/flagellers aksonemstruktur 4) organisering af intracellulære strukturer Funktionen af MT er tæt knyttet til MT-associerede motorproteiner, der under forbrug af ATP vandrer langs MT: dynein (-)-ende rettet kinesin(+)-enderettet.