Hücre İskeleti

Prof.Dr.  Alp  Can  Histoloji-­‐Embriyoloji    

Anabilim  Dalı  İnsan  Fibroblastları  Alp  Can,  2002  

Hücre iskeletinin temel ve yardımcı proteinleri

Hücre iskeletinin genel işlevleri

Hücre iskeleti-hastalık ilişkileri

HÜCRE = Sitosol + organeller + hücre iskeleti

Hücre/Çekirdek şeklinin ve yerleşiminin belirlenmesi ve korunması (elastikiyet, sağlamlılık)

Hücrenin hareket (göç, diapedez vb) hücrenin bir bölümünün hareketi (siliyum, kuyruk vb)

Fagositoz, endositoz, ekzositoz

Sitokinez

Hücre içi taşınma

Kasılma

Hücre-hücre ve hücre-hücre dışı ortam ilişkilerini destekleme

HÜCRE İSKELETİ=Karmaşık, protein filamanları şebekesi

Hücre İskeletinin Temel Elemanları

•  Aktin (F ve G) MİKROFİLAMANLAR

(7 nm)

•  Tübülin (alfa, beta, gamma) MİKROTÜBÜLÜSLER

(25 nm)

• Keratinler • Nörofilaminler • Vimentin • Desmin • GFAP • Laminler • Nestin • Periferin

ARA FİLAMANLAR (10 nm)

Mikrofilamanlar Ara Filamanlar Mikrotübülüsler

F- Aktin Vimentin a+ß Tübülin

İnsan Gingiva Fibroblastları Can A et al, 2004

Mikrofilamanlar •  % 5-30 kuru ağırlık •  G-Aktin molekülleri (42 kD) à F-aktin filamanları

•  ATP-bağımlı polimerizasyon •  Kas hücrelerinde •  Hücre zarı altında (özellikle eritrositlerde) •  Epitel hücrelerinde mikrovillus yapısında •  Kültür hücrelerinde (stres lifleri)

7nm

Gelsolin

Formin

Can  A,  1999  

Çizgili  İskelet  Kası    

İnsan  Gingiva  FibroblasH  (3  haLalık  kültür)  

A.  Can,  1996  

Sitokalazin  D  5  µg/ml  

A.Can,  1997  

Sitokalazin  +  -­‐  

Aktin zehirleri Sitokalazin’ler • + uca bağlanarak G-aktin’in bağlanmasını engeller. • Mantardan elde edilir. Falloidin • Aktin filamanına bağlanarak depolimerizasyonunu engeller • Amanita phalloides adındaki mantardan elde edilir Latrunkulin’ler • G-aktin’e bağlanarak F-aktin depolimerizasyonunu uyarır. • Kızıldeniz süngeri Latrunculla magnifica’dan elde edilir.

- uç

+ uç

Mikrotübülüs  Kurulumu  

alfa  

beta  

protofilaman   mikrotübülüs  

25nm  

GTP  hidrolizi  

Polimerizasyon  ve  

Depolimerizasyon  

(-­‐)  uç  

(+)  uç  

MT  kurulumunu  etkileyen  faktörler;  •   Tubulin  konsantrasyonu  

 Kri^k  kons.  alHnda  (Cc)  tubulin(<  10  µM)  =  depolimerizasyon    Kri^k  kons.  üstünde  (Cc)  tubulin  (>  10  µM)  =  polimerizasyon  

•   Isı  

GDP  

Kierszenbaum, 2006

Aksonem  (Siliyum  ve  Flagellum  için  kalıp  görevi)    

2  x  9  +  2  =  20  

Mikrotübülüsler

Tektin’ler

Dynein Kolları

Neksin bağları

Radiyal çıkıntılar

İç kılıf

Aksonem’in major bileşenleri

Kierszenbaum, 2006

Can  A  et  al,  Mol  Human  Reprod,  2000  

Profaz  

Matafaz  

Prometafaz  

Semiz  ve  Can,  1999  

MT  dinamiğini  etkileyen  ilaçlar  

Kolşisin  

Vinkris^n,  Vinblas^n  

Nokodazol  

Taksol  

Polimerizasyonu  engeller  

Polimerizasyonu  uyarır  

Depolimerizasyonu  uyarır  

Total  (α,  β)  tubulin  

Nocodazole    10  µg/ml  

Ase^le  α-­‐tubulin  

Nocodazole      10  µg/ml  

Ara  Filamanlar  

•  10  nm  kalınlığındadırlar.  •  Heterojen  protein  gruplarından  oluşur  (40-­‐200  kDa)  •  En  sağlam  hücre  iskele^  filamanlarıdır  •  Polimerizasyon/depolimerizasyon  özellikleri  fosforilasyon  özelliklerine  bağlıdır  

•  Hücre  türüne  göre  değişik  yapıdadır  ve  hücrenin  türünü  belirlemede  kullanılır      

İnsan  Mezanşimal  Kök  Hücresi  

A.Can,  1995  

VİMENTİN  

^p   isim   bulunduğu  yer  

I   Asidik  kera^nler  (40-­‐60kDa)   20  alt  türü  var.  Sitoplazmik  plaklar,  desmozom  ve  hemidesmozom  II   Nötral  ve  bazik  kera^nler  (50-­‐70kDa)  

III   Vimen^n  (54  kDa)   Mezanşim  kökenli  hc  

Desmin  (53  kDa)   İskelet  kası  ve  düz  kas  

Gliyal  Fibrilli  Asidik  Protein  (51  kDa)   Astrositler  ve  Schwann  

Periferin  (57  kDa)   ÇSS’deki  nöronlar  

IV   Nörofilaman’lar  (60-­‐160  kDa)  (NF-­‐L,  NF-­‐M,  NF-­‐H)   Akson  ve  dendritlerde  

Alfa-­‐interneksin  (66  kDa)   Medulla  spinalis,  op^k  sinir  

V     Lamin’ler  (A,  B,  C)   Çekirdek  iç  zarı  

VI   Nes^n  (200  kDa)   MSS  kök  hücrelerinde  

sitokera^n  

desmin  

nörofilamin  160  (NF-­‐H)  

A.  Can,  H.  Caner,  2001  

Sitokera^n  

HE  

Çınar  et  al,  2006  

beyin   kalp  karaciğer  böbrek  

Hücre  İskele^nin  Yardımcı  Proteinleri  

•  birbirine tutundurma •  boy-açı-sayı belirleme

Bağlayıcı-Düzenleyici Proteinler (ABP,

MAP, IFBP)

•  Hücre içi taşınma •  Hücrenin bölünmesi •  Kasılma

Motor Proteinler (kinesin, dynein,

myozin)

Ak^n  Bağlayıcı  Proteinler  

•  Villin  •  Fimbrin  •  Filamin  •  Timosin  •  Profilin  •  Gelsolin  (capping)  •  Myosin-­‐1  •  Calmodulin  •  Spectrin  (eritrositlerde)  

ABP  işlevleri  

Mikrotübülüs  Bağlayıcı  Proteinler  

•  Mikrotübülüslerin  uzaysal  düzenlenişinden  sorumludur  

•  Mikrotübülüslerin  birbirine  göre  hareke^nden  sorumludur  

•  Akson  boyunca  yer  alırlar  MAP-­‐2  

Can  A.  ve  Caner  H,  2000  

MAP-­‐2  ve  tau  

Aşırı  MAP-­‐2  üre^mi   Aşırı  tau  üre^mi  

Hücre  İskele^ne  bağlı  Hastalıklar  

•  Kardiyovasküler  Sendromlar  •  Nörodejenera^f  Hastalıklar  •  Kanser  (invazyon)  •  Karaciğer  Sirozu  (toksik  hedef  molekül)  •  Pulmoner  Fibrozis  •  Blisterli  Deri  Hastalıkları  

BÜLLÖZ  PEMPHİGUS  

•   Mast  hücrelerine  an^kor  bağlanır  •   Mast  hücreleri  ECF  salgılar  •   ECF,  eozinofillerden  proteaz  salgılaHr  •   Proteaz  hemidesmozomdaki  kera^nleri      yıkar  

Büllöz  pemfigus  

Epidermolizis  bulloza  simpleks  

Özellik   Mikrotübülüsler   Mikrofilamanlar   Ara  Filamanlar  

Yapı   13  protofilamanlık  borucuklar  

İkili  sarmal  ak^n  zinciri  

Burularak  oluşmuş  kalın  lifsi  proteinler  

Çap   25  nm   7  nm   8-­‐12  nm  

Protein  altbirimleri   α  ve  β  tubulin   ak^n   Çeşitli  proteinler  

Temel  işlevi   •   Hücre  şeklinin  korunması  •   Hücre  hareke^  (siliya,  flagella)  •   Kromozom  hareketleri  •   Organel  hareketleri  

•   Hücre  şeklinin  korunması  ve  değiş^rilmesi  •   Kas  kontraksiyonu  •   Sitoplazmada  akış  •   Hücresel  hareket  •   Sitokinez  

•   Hücre  şeklinin  korunması  •   Çekirdeğin  ve  bazı  organellerin  yerlerinin  belirlenmesi  •   Çekirdek  zarının  oluşumu