Спектрин – қаңқалық ақуыз, жасуша мембранасын құрылтайды. Қызыл қан жасушаларында маңызды, мембрананың тұрақсыздығын сақтайды, құрылымдық рөл атқарады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Спектрин – эукариоттық жасушалардың плазмалық мембранасының ішкі жағын қаптаған цитоскелеттік ақуыз. Спектрин бесбұрышты немесе алтыбұрышты құрылымдарды құрайды, ол жасушаның іргетасын құрап, плазмалық мембрананың тұтастығын және цитоскелеттік құрылымды сақтауда маңызды рөл атқарады. Алтыбұрышты құрылымдар спектрин кішібірліктерінің тетрамерлері арқылы қалыптасады, олар тетрамердің екі шетіндегі қысқа актин талшықтарымен байланысады. Бұл қысқа актин талшықтары алтыбұрышты тордың пайда болуына мүмкіндік беретін біріктіру кешендері ретінде әрекет етеді. Ақуызға спектрин деген ат берілді, өйткені ол алғаш рет адамның қызыл қан жасушаларының маңызды ақуыз компоненті ретінде бөлінді, олар жұмсақ жуғыш заттармен өңделген; жуғыш заттар жасушаларды лизиске түсірді, ал гемоглобин және басқа цитоплазмалық компоненттер шайылып кетті. Жарық микроскопында қызыл қан жасушасының негізгі пішіні көріне берді, себебі спектрин құрамындағы субмембраналық цитоскелет жасушаның пішінін сақтап тұрды. Бұл қызыл қан жасушасының "көлеңкесі" (спектрі) деп аталды, сондықтан көлеңкедегі маңызды ақуыз спектрин деп аталды. Мидың белгілі бір түрдегі зақымдануларында, мысалы, диффузиялық аксональдық зақымдануда, спектрин протеолитикалық фермент кальпаинмен қайтымсыз бөлінеді, цитоскелетті жояды. Спектриннің бөлінуі мембранада көпіршіктердің пайда болуына және соңында ыдырауына әкеледі, әдетте жасушаның өліміне соқтырады. Спектрин кішібірліктері каспазалар тұқымдасының ферменттерімен де бөлінуі мүмкін, ал кальпаин мен каспазалар әртүрлі спектриннің ыдырау өнімдерін шығарады, оларды батыс блоттары арқылы тиісті антиденелермен анықтауға болады. Кальпаиннің бөлінуі некроздың белсенділігін, ал каспазаның бөлінуі апоптозды көрсетеді.
Spectrin is a cytoskeletal protein that lines the intracellular side of the plasma membrane in eukaryotic cells. Spectrin forms pentagonal or hexagonal arrangements, forming a scaffold and playing an important role in maintenance of plasma membrane integrity and cytoskeletal structure. The hexagonal arrangements are formed by tetramers of spectrin subunits associating with short actin filaments at either end of the tetramer. These short actin filaments act as junctional complexes allowing the formation of the hexagonal mesh. The protein is named spectrin since it was first isolated as a major protein component of human red blood cells which had been treated with mild detergents; the detergents lysed the cells and the hemoglobin and other cytoplasmic components were washed out. In the light microscope the basic shape of the red blood cell could still be seen as the spectrin containing submembranous cytoskeleton preserved the shape of the cell in outline. This became known as a red blood cell "ghost" (spectre), and so the major protein of the ghost was named spectrin. In certain types of brain injury such as diffuse axonal injury, spectrin is irreversibly cleaved by the proteolytic enzyme calpain, destroying the cytoskeleton. Spectrin cleavage causes the membrane to form blebs and ultimately to be degraded, usually leading to the death of the cell. Spectrin subunits may also be cleaved by caspase family enzymes, and calpain and caspase produce different spectrin breakdown products which can be detected by western blotting with appropriate antibodies. Calpain cleavage may indicate activation of necrosis, while caspase cleavage may indicate apoptosis.
Эритроциттерде
Эритроциттерді басқа жасуша түрлерімен салыстырғанда қолданудың қолайлылығы оларды спектрин цитоскелетін зерттеудің стандартты моделіне айналдырды. Димерлік спектрин αI және βI мономерлерінің бүйірлік байланысуы арқылы димер құрайды. Димерлер содан кейін басқа бас қосылып тетрамерді құрайды. Бұл тетрамерлердің қысқа актин талшықтарымен тікелей байланысуы нәтижесінде байқалатын алтыбұрышты кешендер пайда болады. Адамдарда плазмалық мембрананың жасуша ішіндегі бетімен байланыс 4.1 белгісі және анкирин арқылы, сондай-ақ трансмембраналық ион тасымалдаушы белдеу 3 арқылы тікелей өзара әрекеттесу арқылы жүзеге асады. 4.2 бейіні спектриннің ұшын трансмембраналық гликофорин А белгісіне байланыстырады. Жануарларда спектрин қызыл қан жасушаларына олардың пішінін беретін торды құрайды. Эритроцит моделі спектрин цитоскелетінің маңыздылығын көрсетеді, себебі спектриндегі мутациялар эритроциттердің тұқым қуалайтын кемшіліктерін, соның ішінде тұқым қуалайтын эллиптоцитозды және сирек кездесетін тұқым қуалайтын сфероцитозды тудырады.
The convenience of using erythrocytes compared to other cell types means they have become the standard model for the investigation of the spectrin cytoskeleton. Dimeric spectrin is formed by the lateral association of αI and βI monomers to form a dimer. Dimers then associate in a head to head formation to produce the tetramer. End to end association of these tetramers with short actin filaments produces the hexagonal complexes observed. In humans, association with the intracellular face of the plasma membrane is by indirect interaction, through direct interactions with protein 4.1 and ankyrin, with the transmembrane ion transporter band 3 Protein 4.2 binds the spectrin tail region to the transmembrane protein glycophorin A. In animals, spectrin forms the meshwork that provides red blood cells their shape. The erythrocyte model demonstrates the importance of the spectrin cytoskeleton in that mutations in spectrin commonly cause hereditary defects of the erythrocyte, including hereditary elliptocytosis and rarely hereditary spherocytosis.
Омыртқасыз жануарларда
Омыртқасыз жануарларда үш спектрин бар: α, β және βH. C. elegans-тағы βH спектриніндегі мутациялар морфогенездегі кемшіліктерге алып келеді, нәтижесінде едәуір қысқарақ, бірақ әйтпесе көбінесе қалыпты, қозғалатын және көбейетін жануарлар пайда болады. Бұл жануарлар кішкентай фенотипіне байланысты "sma" деп аталады және C. elegans sma 1 генінде мутацияларды алып жүреді. C. elegans-тағы β-спектриніндегі мутация құрттардың үйлесімсіз фенотипіне әкеледі, онда олар парализденеді және жабайы түрге қарағанда әлдеқайда қысқа болады. Морфологиялық әсерлерге қоса, Unc 70 мутациясы зақымдалған нейрондарды да тудырады. Нейрон саны қалыпты, бірақ нейрондық өсу бұзылған. Сол сияқты, спектрин Дрозофила нейрондарының жұмысында да рөл атқарады. D. melanogaster-дегі α немесе β спектринінің жойылуы морфологиялық тұрғыдан қалыпты, бірақ нейромышектік байланыста нейротрансмиссиясы төмендеген нейрондарға әкеледі. Жануарларда спектрин қызыл қан жасушаларына олардың пішінін беретін торлы құрылымды құрайды.
There are three spectrins in invertebrates, α,β and βH. Mutations in βH spectrin in C. elegans cause defects in morphogenesis resulting in a significantly shorter, but otherwise mostly normal, animal that moves and reproduces. These animals are called "sma" for their small phenotype and carry mutations in the C. elegans sma 1 gene. A mutation in β spectrin in C. elegans results in an uncoordinated phenotype in which the worms are paralysed and much shorter than wild type. In addition to the morphological effects, the Unc 70 mutation also produce defective neurons. Neuron numbers are normal but neuronal outgrowth was defective. Similarly, spectrin plays a role in Drosophila neurons. Knock out of α or β spectrin in D. melanogaster results in neurons that are morphologically normal but have reduced neurotransmission at the neuromuscular junction. In animals, spectrin forms the meshwork that provides red blood cells their shape.
Бұлшықет тініндегі рөлі
Бұлшықет тіндерінде спектриндердің атқаратын рөліне қатысты белгілі бір дәлелдер бар. Миокард жасушаларында αII спектринінің таралуы Z дисктерімен және миофибрилдердің плазмалық мембранасымен сәйкес келеді. Сонымен қатар, анкирин (ankB) жоқ тышқандарда миокардта кальций гомеостазы бұзылады. Зардап шеккен тышқандардың z-жолағы мен саркомер морфологиясы бұзылған. Бұл эксперименттік модельде өсірілген миоциттерде рианодин және IP3 рецепторларының таралуы бұрмаланған. Өсірілген жасушалардың кальций сигналдауы бұзылады. Адамдарда AnkB геніндегі мутация ұзақ QT синдромына және кенеттен өлімге алып келеді, бұл қоздырылатын тіндерде спектрин цитоскелетінің рөлін нығайтады.
Some evidence for the role of spectrins in muscle tissues exist. In myocardial cells, aII spectrin distribution is coincident with Z discs and the plasma membrane of myofibrils. Additionally, mice with an ankyrin (ankB) knock out have disrupted calcium homeostasis in the myocardia. Affected mice have disrupted z band and sarcomere morphology. In this experimental model ryanodine and IP3 receptors have abnormal distribution in cultured myocytes. The calcium signaling of the cultured cells is disrupted. In humans, a mutation within the AnkB gene results in the long QT syndrome and sudden death, strengthening the evidence for a role for the spectrin cytoskeleton in excitable tissue.