Das Zytoskelett
Das Zytoskelett
Das Zytoskelett
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<strong>Das</strong> <strong>Zytoskelett</strong><br />
• Struktur der Intermediärfilamente<br />
• Polymerisation/ Depolymerisation<br />
• Einteilung der Intermediärfilamente<br />
• Zell-Zell- und Zell-Matrix-Verbindungen
Einteilung der <strong>Zytoskelett</strong>systeme<br />
Aktin-Mikrofilamente<br />
7 nm<br />
Mikrotubuli<br />
24 nm<br />
Intermediärfilamente<br />
8-12 nm
Intermediärfilamente
Intermediärfilamente<br />
• Keine Polarität der Filamente<br />
• Untereinheiten tragen kein ATP oder GTP<br />
• Keine direkte Rolle bei der Zellbewegung<br />
• Keine Motorproteine<br />
Keratine (rot) und<br />
nukleäre Lamine<br />
(blau)
Intermediärfilamente
Intermediärfilamente
Intermediärfilamente
Intermediärfilamente
Intermediärfilamente<br />
Ein starres Struktursystem?<br />
• einzigartige viskoelastische<br />
Beschaffenheit<br />
IFs widerstehen Deformation /<br />
physik. Stress<br />
grün = modelliert<br />
pink = kristallographisch
Intermediärfilamente<br />
Ein starres Struktursystem?<br />
• „Rückgrat des Cytoplasma“<br />
• über IFAPs Kontakt zu<br />
Mikrotubuli, Mikrofilamenten /<br />
Hemidesmosomen, fokalen<br />
Adhäsionsplaques<br />
• große Bedeutung für<br />
mechanische Integrität<br />
von Zellen und Geweben<br />
• Mutationen in IF- oder<br />
IFAP-kodierenden Genen<br />
Haut- und Muskeldefekte
Intermediärfilamente<br />
Ein starres Struktursystem?<br />
• Erkenntnisse aus Versuchen in vitro: "self-assembly", unabhängig von<br />
Energie oder Cofaktoren<br />
rekombinantes humanes Vimentin in "filament buffer"
Intermediärfilamente<br />
Ein starres Struktursystem?<br />
• in vivo: GFP-Vimentin
Intermediärfilamente<br />
Ein starres Struktursystem?<br />
• in vivo: GFP-Vimentin<br />
GFP-Vimentin zieht sich zusammen/ auseinander und wandert durch Zellbereiche (0,6 µm/min)
Intermediärfilamente<br />
Kein starres Struktursystem?
Intermediärfilamente<br />
Kein starres Struktursystem?
Intermediärfilamente
Bullöses Pemphigoid (Alterspemphigus)<br />
• Chronische, blasenbildende Erkrankung mit prallen subepidermalen Blasen<br />
• Autoantikörper gegen Proteine der Basalmembranzone<br />
• Kommt gewöhnlich bei älteren Menschen vor
Hemidesmosomen
Intermediärfilamente<br />
Kinasen / Phosphatasen<br />
regulieren IF (Netzwerkumbau, Gleichgewichtslage, Löslichkeit)
Intermediärfilamente<br />
Kinasen / Phosphatasen<br />
regulieren IF (Netzwerkumbau, Gleichgewichtslage, Löslichkeit)
Intermediärfilamente
Intermediärfilamente<br />
• Typen I und II: saures und basisches Keratin, vor allem<br />
in Epithelzellen produziert<br />
• Typ III: Vimentin in Fibroblasten, Endothelzellen und<br />
Leukozyten; Desmin im Muskel; Glia-Fibrillen in<br />
Astrozyten; Peripherin in Nervenzellen<br />
• Typ IV: Neurofilament H (heavy), M (medium) und L<br />
(low); Filensin und Phakinin in der Augenlinse<br />
• Type V: Lamine kleiden den Zellkern aus
Intermediärfilamente
Keratine<br />
• Saure und basische Keratine sind Typ I und II<br />
IF-Proteine<br />
• Beide Formen werden in Zellen synthetisiert<br />
und bilden Heterodimere aus<br />
• In spezifischen Zellen werden bestimmte<br />
Keratin-Varianten synthetisiert<br />
• In Epithelzellen sind Keratin-IFs an der<br />
Ausbildung von Desmosomen beteiligt<br />
(in Muskelzellen sind Desmosomen aus<br />
Desmin aufgebaut)
Keratine<br />
Desmosomen<br />
Hemi-Desmosomen
Keratine<br />
Desmosomen<br />
Hemi-Desmosomen
LL lamina lucida; LD lamina densa<br />
Keratine
LL lamina lucida; LD lamina densa<br />
Keratine
Keratine<br />
Ichthyose (epidermiolytische Hyperkeratose)<br />
• Häufigkeit 1:100.000<br />
• Hautrötungen, Blasenbildung,<br />
Schuppenbildung in der Nähe der Gelenke<br />
• Keratingene K1, K10 oder K2e auf<br />
Chromosom 12 defekt<br />
• Ablösung der basalen Zellschichten der<br />
Epidermis
Keratine<br />
Epidermolysis Bullosa Simplex (EBS)<br />
• Erbkrankheit: Punktmutation in Keratin 14 oder<br />
15<br />
• Führt Konformationsänderung im Keratin herbei<br />
• Keratin-Heterodimerbildung wird gestört<br />
• Schwaches Keratingerüst in Basalzellen<br />
• Leichte Reibung führt zu Blasenbildung
Intermediärfilamente<br />
• Typen I und II: saures und basisches Keratin, vor allem<br />
in Epithelzellen produziert<br />
• Typ III: Vimentin in Fibroblasten, Endothelzellen und<br />
Leukozyten; Desmin im Muskel; Glia-Fibrillen in<br />
Astrozyten; Peripherin in Nervenzellen<br />
• Typ IV: Neurofilament H (heavy), M (medium) und L<br />
(low); Filensin und Phakinin in der Augenlinse<br />
• Type V: Lamine kleiden den Zellkern aus
Typ III<br />
Desmin<br />
• Verbindet Z-Scheiben in Muskelzellen<br />
• Verbindet Desmosomen in Herzmuskelzellen<br />
Vimentin<br />
• In Fibroblasten, Endothel- und<br />
Blutzellen<br />
Desmin-Filamente im Muskel<br />
Vimentin-Filamente (rot) und<br />
Fimbrin (grün) in Podosomen
Typ IV
Typ IV<br />
Neurofilamente L, H, M<br />
• Über Plektrin-Brücken untereinander und mit Mikrotubuli verbunden<br />
• Stabilisieren lange Axone<br />
• NF-H (180-200 kDa), NF-M (130-170 kDa), NF-L (60-70 kDa)<br />
• Bilden Heteropolymere aus<br />
• Sind an der Volumenvergrößerung der Axone beteiligt (5-fache<br />
Ausdehnung)<br />
• Defekte können zu Amyotropher Lateralsklerose (ALS) führen<br />
Isoliertes Neurofilamentbündel
Typ IV<br />
Neurofilamente L, H, M<br />
• Über Plektrin-Brücken untereinander und mit Mikrotubuli verbunden<br />
• Stabilisieren lange Axone<br />
• NF-H (180-200 kDa), NF-M (130-170 kDa), NF-L (60-70 kDa)<br />
• Bilden Heteropolymere aus<br />
• Sind an der Volumenvergrößerung der Axone beteiligt (5-fache<br />
Ausdehnung)<br />
• Defekte können zu Amyotropher Lateralsklerose (ALS) führen<br />
Isoliertes Neurofilamentbündel
Typ IV<br />
Neurofilamente L, H, M<br />
• Über Plektrin-Brücken untereinander und mit Mikrotubuli verbunden<br />
• Stabilisieren lange Axone<br />
• NF-H (180-200 kDa), NF-M (130-170 kDa), NF-L (60-70 kDa)<br />
• Bilden Heteropolymere aus<br />
• Sind an der Volumenvergrößerung der Axone beteiligt (5-fache<br />
Ausdehnung)<br />
• Defekte können zu Amyotropher Lateralsklerose (ALS) führen<br />
Isoliertes Neurofilamentbündel
Neurofilamente<br />
CMT: Charcot-Marie-Tooth disease<br />
Akkumulierung von<br />
Neurofilamenten im<br />
proximalen Axon (Spheroide)
Neurofilamente<br />
CMT: Charcot-Marie-Tooth disease
Intermediärfilamente<br />
Lamine<br />
• vermutlich die ersten IFs, die im Laufe der Evolution entstanden sind<br />
• Tragen ein Kern-Lokalisationssignal<br />
• Kleiden den inneren Bereich der Kernhülle aus<br />
• Phosphorylierung führt zur Auflösung des Lamingerüstes in der Prophase<br />
• Nach Entfernen der Phosphatreste können sich die Lamine in den<br />
Tochterzellen wieder ausbilden
Lamine
Lamine
Lamine<br />
cyclinB/cdc42
Lamine
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