МЕЖДИННИ НИШКИ: СТРУКТУРА, ВИДОВЕ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В междинните филаменти, известни в литературата като "ако" (на нишките на английски Междинните) са семейство от влакнести протеини цитозолни неразтворимите присъстват във всички клетки на многоклетъчни еукариоти.

Те са част от цитоскелета, който представлява вътреклетъчна нишковидна мрежа, която е отговорна главно за поддържането на клетъчната структура и различни метаболитни и физиологични процеси, като транспорт на везикули, движение и изместване на клетките и др.

Имунофлуоресцентна микроскопия на два протеина от междинните нишки на астроцитите (Vimentin и GFAP) (Източник: GerryShaw чрез Wikimedia Commons)

Наред с микротрубовете и микрофиламентите, междинните нишки участват в пространствената организация на вътреклетъчните органели, в процесите на ендоцитоза и екзоцитоза, а също и в процесите на клетъчно делене и междуклетъчна комуникация.

Първите междинни нишки, които трябва да бъдат изследвани и описани, бяха кератините, един от първите видове протеини, чиято структура беше анализирана чрез рентгенова дифракция през 30-те години.

Концепцията за междинните нишки обаче е въведена през 80-те години от Лазаридес, който ги описва като сложни „механични интегратори на клетъчното пространство“, характеризиращи се с неразтворимостта и способността си да съберат in vitro след денатурация.

Много автори ги смятат за елементи за стрес "буфер" за животинските клетки, тъй като те са по-гъвкави нишки от микротрубочки и микрофиламенти. Те не само се намират в цитоскелета, но и са част от нуклеоскелета.

За разлика от другите влакнести компоненти на цитоскелета, междинните нишки не участват директно в процесите на клетъчна подвижност, а функционират по-скоро при структурното поддържане и механичната устойчивост на клетките.

структура

Източник:

Междинните нишки имат приблизителен диаметър 10 nm, структурна характеристика, заради която са наречени, тъй като размерът им е между размерите, съответстващи на миозиновите и актиновите нишки, които са между 25 и 7 nm. съответно.

Те се различават структурно от другите два вида цитоскелетни филаменти, които са кълбовидни протеинови полимери, по това, че съставните им единици са ясно изразени а-спирални влакнести протеини с голяма дължина, които се струпват заедно и образуват подобни на въже структури.

Всички протеини, които съставляват междинните нишки, имат подобна молекулярна организация, състояща се от α-спирален или "въжен" домейн, който има различни количества сегменти "образуващи намотка" със същия размер.

Този спирален домен е свързан с N-терминална не-спирална "глава" и не-спирална "опашка" в края на С-края, като и двете се различават както по размер, така и по аминокиселинна последователност.

В последователността на тези два края се намират консенсусните мотиви, които са общи за известните 6 вида междинни нишки.

При гръбначните животни доменът "акорд" на протеини на междинните нишки на цитозолните съединения е около 310 аминокиселинни остатъци, докато безгръбначните и ядрените ламинирани цитозолни протеини са дълги приблизително 350 аминокиселини.

монтаж

Междинните нишки са "самосглобяващи се" структури, които не притежават ензимна активност, което също ги отличава от техните цитоскелетни колеги (микротрубове и микрофиламенти).

Тези структури първоначално са сглобени като тетрамери на нишковидните протеини, които ги съставят под влияние само на едновалентни катиони.

Тези тетрамери са с дължина 62 nm и техните мономери се свързват един с друг, за да образуват нишки с дължина на единица (UFL), известни като фаза 1 на сглобяване, която протича много бързо.,

UFL са предшественици на дълги нишки и тъй като димерите, които ги съставят, са съединени по антипаралелен и стъпаловиден начин, тези единици имат централен домейн с две странични области, през които настъпва фаза 2 на удължаване., където се случва надлъжното съединение на други UFL.

По време на това, което е наречено фаза 3 на сглобяване, се получава радиално уплътняване на диаметъра на нишките, което произвежда зрелите междинни нишки с диаметър повече или по-малък от 10 nm.

Характеристика

Функциите на междинните нишки зависят значително от вида на разглежданата клетка и при животните (включително хората) тяхната експресия се регулира по специфичен за тъканите начин, поради което зависи и от типа тъкан отколкото в проучване.

Епителиите, мускулите, мезенхимните и глиалните клетки и невроните имат различни видове нишки, специализирани според функцията на клетките, към които принадлежат.

Сред тези функции най-важни са структурното поддържане на клетките и устойчивостта на различни механични натоварвания, тъй като тези структури имат определена еластичност, която им позволява да притискат различни видове сили, наложени върху клетките.

Видове междинни нишки

Протеините, които съставляват междинните нишки, принадлежат към голямо и хетерогенно семейство от нишковидни протеини, които са химически различни, но които се разграничават в шест класа според хомологията на тяхната последователност (I, II, III, IV, V и VI).

Въпреки че не е много често, различните видове клетки, при много специфични условия (развитие, клетъчна трансформация, растеж и др.), Могат да експресират повече от един клас междинни нишки, образуващи филаменти

Междинни нишки от клас I и II: киселинни и основни кератини

Кератините представляват по-голямата част от протеините в междинните нишки и при хората представляват повече от три четвърти от междинните нишки.

Те имат молекулни тегла, които варират между 40 и 70 kDa и се различават от останалите междинни нишки от протеини по високото съдържание на глицин и серинови остатъци.

Те са известни като кисели и основни кератини поради техните изоелектрични точки, които са между 4,9 и 5,4 за кисели кератини и между 6,1 и 7,8 за основни.

В тези два класа са описани около 30 протеина, които присъстват особено в епителните клетки, където и двата вида протеини се "полимеризират" и образуват съединителни нишки.

Много от кератините на междинните нишки I случай се намират в структури като коса, нокти, рога, шипове и нокти, докато кератините от II клас са най-обилните в цитозола.

Междинни нишки от клас III: Протеини от тип Десмин / Виментин

Desmin е киселинен протеин с 53 kDa, който в зависимост от степента си на фосфорилиране има различни варианти.

Някои автори също наричат ​​десмин филаменти "междинни мускулни нишки", тъй като тяхното присъствие е доста ограничено, макар и в малки количества, до всички видове мускулни клетки.

В миофибрилите десминът се намира в линията Z, така че се смята, че този протеин допринася за контрактилните функции на мускулните влакна, като функционира на кръстовището на миофибрилите и плазмената мембрана.

Снимка на оцветяването на протеина Vimentin, протеин от междинните нишки на епителните и ембрионални клетки (Източник: Viktoriia Kosach чрез Wikimedia Commons)

От своя страна виментинът е протеин, присъстващ в мезенхимните клетки. Междинните нишки, образувани от този протеин, са гъвкави и е установено, че издържат на много конформационни промени, настъпващи по време на клетъчния цикъл.

Той се намира във фибробластите, клетките на гладката мускулатура, белите кръвни клетки и други клетки в кръвоносната система на животните.

Междинни нишки от клас IV: неврофиламентни протеини

Известен също като "неврофиламенти", този клас междинни нишки съдържа един от основните структурни елементи на невроналните аксони и дендрити; те често се свързват с микротубулите, които също съставляват тези структури.

Неврофиламентите на гръбначни животни са изолирани, определяйки, че това е тройка протеини от 200, 150 и 68 kDa, които участват в монтажа in vitro.

Те се различават от другите междинни нишки по това, че имат странични рамена като "придатъци", които излизат от периферията му и които функционират във взаимодействието между съседните нишки и други структури.

Глиалните клетки произвеждат специален тип междинни нишки, известни като глиални междинни нишки, които структурно се различават от неврофиламентите по това, че са съставени от един 51 kDa протеин и имат различни физикохимични свойства.

Междинна нишка клас V: нишки от ядрена ламина

Всички ламини, които са част от нуклеоскелета, всъщност са междинни нишки от нишки. Те са между 60 и 75 kDa с молекулно тегло и се намират в ядрата на всички еукариотни клетки.

Те са от съществено значение за вътрешната организация на ядрените райони и за много от функциите на тази органела, които са от съществено значение за съществуването на еукариоти.

Клас на междинна нишка VI: Нестини

Този тип междинни нишки тежат около 200 kDa и се срещат предимно в стволови клетки на централната нервна система. Те се изразяват по време на развитието на невроните.

Свързани патологии

При хората има множество заболявания, които са свързани с междинни нишки.

При някои видове рак, като злокачествени меланоми или карциноми на гърдата, например, съвместната експресия на междинните нишки на виментин и кератин води до диференциране или взаимовръщане на епителни и мезенхимни клетки.

Това явление е доказано експериментално за увеличаване на миграционната и инвазивна активност на раковите клетки, което има важно значение за метастатичните процеси, характерни за това състояние.

Eriksson et al. (2009) разглеждат различните видове заболявания и връзката им със специфични мутации в гените, участващи във формирането на шестте вида междинни нишки.

Заболяванията, свързани с мутациите в гените, кодиращи двата вида кератин, са епидермолиза булоза, епидермолитична хиперкератоза, роговична дистрофия, кератодермия и много други.

Междинните нишки тип III участват в многобройни кардиомиопатии и в различни мускулни заболявания, свързани главно с дистрофии. Освен това те са отговорни и за доминиращата катаракта и някои видове склероза.

Много неврологични синдроми и разстройства са свързани с нишки тип IV, като тези на Паркинсон. По същия начин генетичните дефекти в нишки тип V и VI са отговорни за развитието на различни автозомни заболявания и свързани с функционирането на клетъчното ядро.

Примери за това са синдромът на прогерия на Хатчинсън-Гилфорд, мускулна дистрофия на Емери-Драйфус и други.

Препратки

1. Андертън, БиХ (1981). Междинни нишки: семейство от хомоложни структури. Списание за мускулни изследвания и клетъчна подвижност, 2 (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B.,… Goldman, RD (2009). Въвеждане на междинни нишки: от откриване до заболяване. The Journal of Clinical Investigation, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Междинни нишки: структура, динамика, функция и болест. Annu. Преподобна Биохим., 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, & Seftor, REB (1996). Роля на междинните нишки в миграцията, инвазията и метастазите. Отзиви за рак и метастази, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Междинни нишки: молекулярна структура, механизъм на сглобяване и интегриране във функционално разграничени вътреклетъчни скелета. Годишен преглед на биохимията, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Междинни нишки: Конструкция и монтаж. Перспективи за пристанището на студената пролет, 8, 1–22.
7. McLean, I., & Lane, B. (1995). Междинни нишки при заболяване. Настоящо мнение в клетъчната биология, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Молекулярна и клетъчна биология на междинните филаменти. Годишен преглед на биохимията, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Междинни нишки. The Journal of Cell Biology, 99 (1), 1–6.