Кіріспе

Цитоскелеттік құрылым

Аралық жіпшелер (IF) – омыртқалылар және көптеген омыртқасыздар жасушаларында кездесетін цитоскелеттік құрылымдық компоненттер. IF белгісіз ақуызының гомологтары омыртқасыз жануарда, цефалохордат Branchiostoma-да анықталған. Аралық жіпшелер ортақ құрылымдық және тізбектелген ерекшеліктері бар туысқан белоктер отбасынан тұрады. Бастапқыда олардың орташа диаметрі (10 нм) бұлшықет жасушаларындағы тар микрофиламенттерге (актин) және кең миозин жіпшелеріне қарағанда орташа болғандықтан «аралық» деп аталды, бірақ қазір аралық жіпшелердің диаметрі актин микрофиламенттерімен (7 нм) және микротубулалармен (25 нм) салыстырылады. Жануарлар аралық жіпшелері аминқышқылдарының тізбегі мен белок құрылымындағы ұқсастықтарына сүйене отырып, алты түрге бөлінеді. Көптеген түрлері цитоплазмалық, бірақ V түрі – ядролық ламина. Микротубулалардан айырмашылығы, IF жасушалардағы таралуы митохондриялар мен эндоплазмалық тордың таралуымен тікелей байланысты емес.

Құрылымы

Аралық жіптерді (IF) құрайтын ақуыздардың құрылымы алғаш рет клондалған кДҚ-дан алынған адам эпидермалық кератинінің аминқышқылының тізбегін компьютерлік талдау арқылы болжалды. Екінші кератин тізбесін талдау көрсетті, кератиннің екі түрі шамамен 30% ғана аминқышқылы тізбегінің гомологиясын бөліседі, бірақ екінші құрылым домендерінің ұқсас үлгілерін бөліседі. Бірінші модель ұсынғандай, барлық IF ақуыздарында үш байланыстырушы аймақпен бөлінген төрт альфа-спиральді сегменттен (1A, 1B, 2A және 2B деп аталады) тұратын орталық альфа-спиральді таяқ домені бар. Аралық жіптің негізгі құрауышы – екі бірімен өрілген ақуыз жұбы, бұл құрылым «қайырылған спираль» деп аталады. Бұл атау әрбір ақуыздың құрылымы спиральді екенін, ал өзара өрілген жұптың да спиральді құрылымға ие екенін көрсетеді. Кератиндердің құрылымын талдау көрсетті, екі ақуыз гидрофобтық өзара әрекеттесу арқылы бірігіп тұрады. Орталық домендегі зарядталған қалдықтар орталық домендегі жұптың байланысына елеулі үлес қоспайды. Құрастыру процесінің бір бөлігі – тығыздалу кезеңі, онда ULF тығыздалып, диаметрі кішірейеді. Бұл тығыздалудың себептері толыққанды түсініксіз, сондықтан IF диаметрлері 6 мен 12 нм аралығында кездеседі. IF ақуыздарының N және C ұштары альфа-спиральді емес аймақтар болып табылады және олардың ұзындығы мен тізбегі IF отбасылары бойынша кең ауқымда өзгереді. N-терминалды «бас домені» ДНК-мен байланысады. Виментиннің бас бөлігі ядролық архитектураны және хроматиннің таралуын өзгерте алады, ал HIV-1 протеазасының бас бөлігін босатуы HIV-1-ге байланысты цитопатогенез бен канцерогенезде маңызды рөл атқаруы мүмкін. Бас аймағының фосфорилирленуі жіптің тұрақтылығына әсер етуі мүмкін. Бастың сол ақуыздың таяқ доменімен өзара әрекеттесетіні дәлелденді. C-терминалды «құйрық домені» әртүрлі IF ақуыздары арасында ұзындығы бойынша айтарлықтай өзгешеліктерді көрсетеді. Тетрамерлердің антипараллельдік бағыты микротубулалар мен микрофиламенттерден (плюс және минус ұштары бар) айырмашылығы, IF-де полярлық жоқ, сондықтан олар жасушалық қозғалыс пен ішкі жасушалық тасымалдау үшін негіз бола алмайды. Сондай-ақ, актин немесе тубулиндерден айырмашылығы, аралық жіптерде нуклеозид трифосфатына байланысатын орын жоқ. Цитоплазмалық IF микротубулалар мен актин талшықтары сияқты «жүгіру» механизміне ұшырамайды, бірақ динамикалық болып табылады.

Биомеханикалық қасиеттері

IF-тер бастапқы ұзындығынан бірнеше есе созыла алатын өте икемді ақуыздар болып табылады. Бұл үлкен деформацияны жеңілдетудің кілті – олардың иерархиялық құрылымы, ол кернеудің әртүрлі деңгейлерінде деформация механизмдерін тізбектей белсендіруге мүмкіндік береді. Содан кейін, бұл шоғырлар эпителий жасушаларының цитоплазмасын жабатын динамикалық желі құру үшін түйісу арқылы қиылысады.

III типті

ІІІ типті аралық жіпше белгілері ретінде жіктелетін төрт ақуыз бар, олар гомо- немесе гетерополимерлік ақуыздарды құрай алады. Десмин жіпшелері бұлшық жасушаларындағы саркомерлердің құрылымдық компоненттері болып табылады және цитоскелетпен десмосомалар сияқты әртүрлі жасуша органеллаларын байланыстырады. Глиалдық фибрилляциялық қышқыл ақуыз (GFAP) астроциттерде және басқа да глия жасушаларында табылады. Периферин – шеткі нейрондарда кездеседі. Виментин – барлық жіпше ақуыздарының ішіндегі ең көп тараған түрі, ол фибробластарда, лейкоциттерде және қан тамырларының эндотелий жасушаларында кездеседі. Олар жасушалық мембраналарды қолдайды, кейбір органеллаларды цитоплазма ішінде белгілі бір орында ұстайды және мембраналық рецептор сигналдарын ядроға жеткізеді.

Басқа организмдерде

IF ақуыздары жануарлардың барлығында ядролық ламина түрінде кездеседі. Гидрада ламинадан туындаған қосымша "нематоцилин" бар. Цитоплазмалық IF (I-IV тип) тек екі жақты симметриялы жануарларда (Bilateria) ғана табылған; олар да "V типті" ядролық ламина генінің көбейіп тууынан пайда болды. Сонымен қатар, эукариоттардың бірнеше түрлерінде ламиналар бар, бұл ақуыздың ерте пайда болғанын көрсетеді. "Орташа жіпше ақуызы" деген нақты анықтама болған жоқ, себебі өлшемге немесе пішінге негізделген анықтама монофилетикалық топты қамтымайды. Желі құрайтын, тігізгіш ламиналар (VI тип) сияқты ерекше ақуыздарды қосу арқылы, қазіргі жіктелу ядролық ламинаны және оның көптеген туындыларын қамтитын класқа қарай жылжуда, олар тізбектей ұқсастықтарымен және экзондық құрылымымен сипатталады. Сондықтан, осы кластан шыққан, функционалдық тұрғыдан ұқсас ақуыздар, мысалы, айқайшықтар (crescentins), альвеолиндер, тетриндер және эпиплазмалар тек "IF-қа ұқсас" болып табылады. Олар конвергенттік эволюция арқылы пайда болған болуы мүмкін.