axonéma - Biofizikai Intézet

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER
2011. 05. 03.
Bugyi Beáta
PTE ÁOK, Biofizikai Intézet
9. A sejtmozgás
mechanizmusai

Sejtmozgás, motilitás
1. Sejten belüli, intracelluláris mozgás
izom összehúzódás
organellumok mozgatása
intracelluláris pathogének mozgása
Listeria monocytogenes
Eschericia coli
Rickettsia rickettsii
Shigella
Salmonella
kromoszómák mozgása
2. Tovahaladó, helyváltoztató mozgás
ciliáris/flagelláris mozgás
spermatocita, egysejtűek, csillós hám
speciális organellum: cilium (csilló), flagellum (ostor)
állábképződéssel járó mozgás
citoszkeletális filamentum rendszerek
3. Alakváltozás
CITOSZKELETON

1. Intracelluláris mozgás
Listeria monocytogenes
Kromoszóma kongresszió tengeri csillag petesejtben
Forrás: Lénárt Péter és mtsai Nature 436 2005

2. Tovahaladó mozgás - ciliáris/flagelláris
Csilló (cilium) Ostor (flagellum)
Cilium
tüdő hámszövet
Flagellum
spermatocita
a sejt helyváltoztatása folyadékban / folyadék mozgatása a sejt felszíne körül
eukarióta sejetek fonalszerű (mm - mm) epitéliális sejtfüggeléke
axonémális szerkezet (0.25 mm): 9+2 mikrotubulus
felépítő fehérjék: mikrotubulusok, nexin, dinein, tektin

2. Tovahaladó mozgás - ciliáris/flagelláris
AXONÉMA
(13)
(9)
Tektin

2. Tovahaladó mozgás - ciliáris/flagelláris
ostor - flagellum csilló - cilium
szerkezet axonéma axonéma
számuk / sejt 1-2 több ezer
funkció hullámszerű mozgás
erőteljes ütések (csapkodó mozgás)
erőkifejtés - relaxáció
energiaforrás ATP ATP

2. Tovahaladó mozgás - állábképződés
Fibroblaszt
v = 0.5 mm / min
Forrás: Klemens Rottner
Institut für Genetik Universität Bonn
Keratocita
v = 10 mm / min

0. Stimulus - polarizáció
kemoatraktáns, szubsztrát, szomszédos sejt
1. Protrúzió – kitüremkedés
lamellipodium képződés
2. Adhézió - letapadás
új sejt – szubsztrátum kapcsolatok kialakulása
3. Kontrakció – összehúzódás
kontraktilis aktin kötegek képzése (miozin II)
a sejt hátsó részének retrakciója
a sejt transzlokációja
4. Régi adhéziók megszűnése
A sejtmozgás főbb lépései

HEP2G adenokarcinoma sejtek, stimulus: inzulin gradiens

A sejtmozgás citoszkeletális komponensei
Lamella
Lamellipodium
Forrás: LeClainche és mtsai Physiological Reviews 88 2008.
Filopodium
Fokális kontaktus

A sejtmozgás egyszerű sémája
mozgás iránya
PROTRÚZIÓ (elől)
elágazó aktin filamentumok polarizált
növekedése
erőkifejtés: aktin polimerizáció
taposómalom egyensúly - treadmilling
ADHÉZIÓ
protrúziós és kontraktilis erők
mechanikai csatolás a citoszkeleton és a
szubsztrátum között
RETRAKCIÓ (hátul)
ellentétes irányítottságú (antiparallel)
egyenes aktin filamentumok
erőkifejtés: akto - miozin
csatolás
↓
sejtmozgás
hatékonysága

kialakulásának
mechanizmusa
Lamellipodium (Lp) Lamella (Lm)
eltérő szerkezeti és dinamikai tulajdonságokkal rendelkező aktin filamentum hálózatok
a sejtmembrán közelében
vastagság / hossz: 0 – 0.5 mm / 100 – 200
nm
lapos, keskeny sejtkitüremkedés
WAVE - Arp2/3 komplex
„branching”
vastagságv/ hossz: 1 mm/10-20 mm
távolság a membrántól 0 – 0.5 mm > 0.5 mm
dinamika
Protrúziós aktin hálózatok
lamellipodium és lamella
gyors turnover
taposómalom egyensúly, treadmilling
szerkezet elágazó - „dendritic” - filamentumok
?
lassú turnover
elágazás mentes, egyenes
filamentumok
szabályozó fehérjék sapka fehérje, ADF/cofilin, cortactin, ... tropomiozin, miozin, …

Lamellipodium és lamella
kialakulásának lehetséges mechanizmusai
Forrás: Bugyi Beáta és Marie-France Carlier Annual Reviews in Biophysics 39 2010.

Fokális kontaktusok
a citoszkeletont a szubsztrátummal összekötő sejtkapcsolatok
aranyhal fibroblaszt
GFP-aktin, vinculin

Fokális kontaktusok - típusok és komponensek
méretük, alakjuk, intracelluláris lokalizációjuk és molekuláris összetételük
alapján osztályozhatjuk:
FOKÁLIS KOMPLEX
apró, pontszerű struktúra (1 mm 2 )
sejtmembrán közeli
dinamikus
integrin, talin, paxillin
FOKÁLIS ADHÉZIÓ
2 – 5 mm kiterjedésű struktúrák
sejtmembrántól távolabb
stabilabb, kevésbé dinamikus
stressz szálakhoz asszociált
integrin, talin, paxillin, vinculin, a-aktinin, zyxin, aktopaxin
FIBRILLÁRIS ADHÉZIÓ
megynúlt struktúra
sejtmembrántól legtávolabb
fibronektin szálakhoz asszociált
integrin, tenzin
Forrás: LeClainche és mtsai Physiological Reviews 88 2008.

Fokális kontaktusok - molekuláris kapcsoló
mechanikai csatolás az aktin citoszkeleton és a szubsztrátum
között
„kikapcsolt” „bekapcsolt”
nincs kapcsolat a szubsztrátum és az aktin
citoszkeleton között
az aktin filamentumok polimerizációja által kifejtett erő a
filamentumoknak a sejtmembrántól való távolodását
eredményezi (RETROGRADE FLOW)
NINCS PROTRÚZIÓ
molekuláris szintű kapcsolat a szubsztrátum és az aktin
citoszkelton között
az aktin filamentumok polimerizációja által kifejtett erő a
sejtmembrán kitüremkedését eredményezi
PROTRÚZIÓ
akto-miozin komplexek által kifejtett erő a sejt hátsó
részének visszahúzódását és a sejt tovahúzódását
eredményezi
TRANSZLOKÁCIÓ

AZ Aktin-alapú mozgás vizsgálata in vitro
Biomimetikus modell rendszerek (következő szeminárium)
N-WASP – Arp2/3 komplex formin