Жасуша қаңкасы: Орта жіпшелер (IF) құрылысы, түрлері, диаметрі (10 нм) және аминқышқыл тізбегі бойынша жіктелуі. Вертебраттар мен инвертебраттарда кездеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Цитоскелеттік құрылым
Cytoskeletal structure
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.
Intermediate filaments (IFs) are cytoskeletal structural components found in the cells of vertebrates, and many invertebrates. Homologues of the IF protein have been noted in an invertebrate, the cephalochordate Branchiostoma. Intermediate filaments are composed of a family of related proteins sharing common structural and sequence features. Initially designated 'intermediate' because their average diameter (10 nm) is between those of narrower microfilaments (actin) and wider myosin filaments found in muscle cells, the diameter of intermediate filaments is now commonly compared to actin microfilaments (7 nm) and microtubules (25 nm). Animal intermediate filaments are subcategorized into six types based on similarities in amino acid sequence and protein structure. Most types are cytoplasmic, but one type, Type V is a nuclear lamin. Unlike microtubules, IF distribution in cells shows no good correlation with the distribution of either mitochondria or endoplasmic reticulum.
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.
The structure of proteins that form intermediate filaments (IF) was first predicted by computerized analysis of the amino acid sequence of a human epidermal keratin derived from cloned cDNAs. Analysis of a second keratin sequence revealed that the two types of keratins share only about 30% amino acid sequence homology but share similar patterns of secondary structure domains. As suggested by the first model, all IF proteins appear to have a central alpha helical rod domain that is composed of four alpha helical segments (named as 1A, 1B, 2A and 2B) separated by three linker regions. The central building block of an intermediate filament is a pair of two intertwined proteins that is called a coiled coil structure. This name reflects the fact that the structure of each protein is helical, and the intertwined pair is also a helical structure. Structural analysis of a pair of keratins shows that the two proteins that form the coiled coil bind by hydrophobic interactions. The charged residues in the central domain do not have a major role in the binding of the pair in the central domain. Part of the assembly process includes a compaction step, in which ULF tighten and assume a smaller diameter. The reasons for this compaction are not well understood, and IF are routinely observed to have diameters ranging between 6 and 12 nm. The N terminus and the C terminus of IF proteins are non alpha helical regions and show wide variation in their lengths and sequences across IF families. The N terminal "head domain" binds DNA. Vimentin heads are able to alter nuclear architecture and chromatin distribution, and the liberation of heads by HIV 1 protease may play an important role in HIV 1 associated cytopathogenesis and carcinogenesis. Phosphorylation of the head region can affect filament stability. The head has been shown to interact with the rod domain of the same protein. C terminal "tail domain" shows extreme length variation between different IF proteins. The anti parallel orientation of tetramers means that, unlike microtubules and microfilaments, which have a plus end and a minus end, IFs lack polarity and cannot serve as basis for cell motility and intracellular transport. Also, unlike actin or tubulin, intermediate filaments do not contain a binding site for a nucleoside triphosphate. Cytoplasmic IFs do not undergo treadmilling like microtubules and actin fibers, but are dynamic.
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.
IFs are rather deformable proteins that can be stretched several times their initial length. The key to facilitate this large deformation is due to their hierarchical structure, which facilitates a cascaded activation of deformation mechanisms at different levels of strain. Subsequently, these bundles would intersect through junctions to form a dynamic network, spanning the cytoplasm of epithelial cells.
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.
There are four proteins classed as type III intermediate filament proteins, which may form homo or heteropolymeric proteins. Desmin IFs are structural components of the sarcomeres in muscle cells and connect different cell organells like the desmosomes with the cytoskeleton. Glial fibrillary acidic protein (GFAP) is found in astrocytes and other glia. Peripherin found in peripheral neurons. Vimentin, the most widely distributed of all IF proteins, can be found in fibroblasts, leukocytes, and blood vessel endothelial cells. They support the cellular membranes, keep some organelles in a fixed place within the cytoplasm, and transmit membrane receptor signals to the nucleus.
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.
IF proteins are universal among animals in the form of a nuclear lamin. The Hydra has an additional "nematocilin" derived from the lamin. Cytoplasmic IFs (type I IV) are only found in Bilateria; they also arose from a gene duplication event involving "type V" nuclear lamin. In addition, a few other diverse types of eukaryotes have lamins, suggesting an early origin of the protein. There was not really a concrete definition of an "intermediate filament protein", in the sense that the size or shape based definition does not cover a monophyletic group. With the inclusion of unusual proteins like the network forming beaded lamins (type VI), the current classification is moving to a clade containing nuclear lamin and its many descendants, characterized by sequence similarity as well as the exon structure. Functionally similar proteins out of this clade, like crescentins, alveolins, tetrins, and epiplasmins, are therefore only "IF like". They likely arose through convergent evolution.