Buněčné odezvy regulované

reorganizací aktinového cytoskeletu

Petra ČinčurováExperimentální biologie

3. ročník; 2008/2009

Obsah

Úvod – buněčný cytoskelet Aktin a jeho formy Proteiny vázající se na aktin Regulace buněčné migrace a invaze Aktinový cytoskelet a aktivita iontového kanálku Signalizace vyvolaná navázáním ligandu na GPCR Signalizace vyvolaná navázáním TNF-α Signalizace vyvolaná membránovými steroidními

receptory Celkové shrnutí

Buněčná kostra - cytoskelet Živočišné buňky mají stabilní vnitřní strukturu zajišťující oporu

a udržující tvar – cytoskelet Proteinová vlákna cytoskeletu tvoří mikrotubuly a mikrofilamenta –

- vnitřní kostra pro udržení vnějšího tvaru buňky- aktivita iontových kanálů - apoptóza- sekrece- rozmístění membránových

organel- dynamický pohybový aparát - exo/endocytóza

- pohyb chromozomů atd.

Mikrofilamenta – v cytoplasmě tvoří souvislou síť. Základní bílkovinou je aktin. Mikrofilamenta jsou vždy připojena na plazmatickou

membránu.

Aktin Strukturní protein o molekulové hmotnosti 42 kDa.

Spolupracuje s jiným typem bílkovin – myozinem, který funguje jako „motor“, za spotřeby energie se vlákno posouvá po druhém.

Významná cytoskeletární složka (5% z celkových buněčných proteinů) v eukaryotické buňce, vyskytující se ve dvou hlavních formách:

G-aktin (globulární, monomerní forma) F-aktin (vláknitá, polymerní forma)

Třetí vláknitá struktura je nazývána „kontraktilní prstenec“ (cytokineze).

G-aktin obsahuje N-methylhistidinové zbytky a uprostřed molekuly

má jedno vazebné místo pro ATP.

V přítomnosti Mg a KCl G-aktin spontánně polymerizuje s navázaným ATP za vzniku vlákna o průměru 7 - 9 nm tzv. mikrofilamentum (dvě šňůrky perel svinuté do pravotočivé dvoušroubovice).

Aktin

Vláknitý aktin Výskyt:

ve formě svazků nazývaných stresová vlákna

Jako jemná síť na spodnístraně plasmatické membrány

- mikrofilamenta Mikrofilamenta mají 2 odlišné konce,

které při polymerizaci tvoří odlišné poměry:

- „plus“ konec – rychlý růst- „minus“ konec – pomalý

růst

Tvorba a rozklad

mikrofilament je dynamický proces, který je

řízen asociovanými proteiny.

Proteiny Vazby proteinů s G-aktinem či F-aktinem mají mnoho funkcí:

regulace délky vláken nebo udržení jejich určité délky Gelsolin a cofilin – pravděpodobně se vážou na

jednotky a změnou jejich konformace brání v prodlužování řetězce na +konci

produkce svazků aktinových vláken formujících se do křížových vazeb nebo do síťovin s buněčnou membránou

Villin Klíčovým regulátorem řady proteinů vázajících

aktin je PI(4,5)P2: obecně – regulace tvorby cytoskeletu – inhibice

polymerizace aktinu (snížení pevnosti cytoskeletu) PLC-γ hydrolyzuje PI(4,5)P2 na diacylglycerol a inositol-3 fosfát

PI3-kináza fosforyluje PI(4,5)P2 na PI(3,4,5)P3

Aktinový cytoskelet v regulaci buněčné migrace

(invaze) Rho (GTPasy) Modulace buněčných dějů:

Buněčná migrace – regulace metabolismu aktinu, koordinace aktivace mnoha Rho proteinů

Sekrece a endocytosa – transportvesiklů

Proliferace a transformace – úlohaje zkoumána, invaze nádorových buněk

Poruchy nebo mutace se považují za příčinu lidských onemocnění (snížená buněčná pohyblivost a chybná polymerizace aktinu)

Wiskott Aldrich Syndrom porucha krevního barviva

Aktinový cytoskelet v regulaci buněčné migrace

(invaze)

Aktinový cytoskelet a aktivita iontového

kanálku Epitelové buňky se vyznačují skvěle vytvořenou morfologií podle cytoskeletové architektury aktinu.

Aktinová filamenta jsou hlavními součástmi kartáčového lemu, který vystýlá první část stočených kanálků I. řádu.

Buňky renálních tubulů, transportující vodu a látky, jsou:

závislé na rozsahu polymerizace aktinu důležité pro udržení

transportu iontů přes kanálky do určité membránové oblasti.

Signalizace vyvolaná navázáním ligandu na

GPCR GPCRs považovány za slibný cíl pro rozvoj léků již od jejich aktivace

agonistickými ligandy, které regulují důležité buněčné funkce: abnormální procesy vyskytující se v hladkém svalstvu a při srdečních

kontrakcích přenos bolesti a tvorba nádorů záněty a astma

Opiáty zmírnění buněčné proliferace 3 typy – μ, δ, κ (podtypy k1, k2 a k3)

k1-opiát po stimulaci opiátovými agonisty (1-casomorphin) došlo k

reorganizaci aktinu

Signalizace vyvolaná navázáním TNF-α

TNF- α – tumor necrosis factor vyvolává nekrózy, apoptózy nebo anti-apoptické

signály a potlačení zánětům obranná funkce epitelových a endotelových buněk

Ztráta funkce bariéry epitelových buněk = vznik zánětlivých onemocnění:

střevní (bariéra propustná pro živiny a ionty) ledvinové (transport látek regulujících složení moči)

Depolymerizace aktinových filament může způsobit bariérovou dysfunkci mechanismu uzavírání váčků při endocytóze

Signalizace vyvolaná membránovými steroidními

receptory Steroidní hormony – produkty žláz s vnitřní sekrecí, odvozené od cholesterolu

Byla nalezena specifická membránová místa na intracelulární straně buněk prostatické nádorové linie:

LNCaP (k androgenům sensitivní) DU145 (necitlivé k androgenům)

Protože růst rakoviny prostaty závisí v počátečních fázích na androgenech,provádí se studie s použitím buněk LNCaP i DU145, které představují androgen-dependentní model rakoviny prostaty.

Dlouhodobé působení konjugáty testosteronu na LNCaP a DU145 vyvolá depolymerizaci a redistribuci aktinových vláken, zatímco krátkodobá stimulace receptorů vede k aktinové polymerizaci a ke zvýšení sekrece PSA (specifický prostatický antigen), který předchází porušení aktinových vláken.