Mikrotubuller ve Ara çaplı (IF) filamanlar. İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji AD

Transkript

1 Mikrotubuller ve Ara çaplı (IF) filamanlar İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji AD Doç. Dr. Çiğdem Prof. Dr. Filiz Aydın KEKİK ÇINAR

2 A B C ARA ÇAPLI FİLAMANLAR MİKROTUBULLER AKTİN FİLAMANLAR

3 Hücre İskeletinin Temel Elemanları MİKROFİLAMANLAR Aktin (F ve G) (7 nm) MİKROTUBULLER (25 nm) Tubulin (alfa, beta, gamma) ARAFİLAMANLAR (IF) (10nm) Keratinler Nörofilaminler Vimentin Desmin GFAP Laminler Nestin Periferin

4 Mikrotubuller a - tubulin Tubulin b - tubulin Birbiri ile çok benzer 55kd luk iki polipeptidden (αtubulin ve β-tubulin) oluşan bir dimerdir. Heterodimer olmak üzere birleşir ve mikrotubul oluşturur. GTP enerjisinden faydalanılır. Pek çok mikrotubul ilişkili protein vardır (MAP lar).

5 Serbest tubulin dimeri a - tubulin b - tubulin a-tubulin hidrolize olmayan bir GTP ye sahiptir. GTP bağlama bölgesi α-β ara yüzünde olduğu için GTP hidroliz olmaz. b-tubulin GTP veya GDP ye sahip olabilir. GTP ve Mg2+ varlığında, 37 0 C de polimerize olabilirler.

6 Mikrotubul yapısı 13 protoflamanın dairesel düzenlenmesi ile oluşur.

7 Mikrotubul oluşumu üç aşamada gerçekleşir Çekirdeklenme fazı: Tubulin alt birimlerinin oligomerik yapılar halinde toplanması Polimerizasyon (uzama) fazı: Mikrotubul yapısının serbest uçlarına yeni alt birimlerin eklenmesi Plato (denge) fazı: Polimerizasyon ve depolimerizasyonun dengelenmesi

8 Alfa protofilaman mikrotubul 25nm Beta

9 Polarizasyon [(+) ve (-) uç] gösterir. Eksi uç Artı uç Bir tubulin molekülünün ortalama yaşam süresi 20 saatten fazla iken bir mikrotubul yarılanma zamanı 10 dakikadan azdır.

10 GTP, β tubuline bağlanır. Büyüme sırasında (+) uca hızlı bir şekilde eklenir.

11 Protofilamentin + ucunda β-tubulin, - ucunda ise α-tubulin vardır.

12 Mikrotubul hareketleri Eksi uç Artı uç Eksi uç Artı uç Eksi uç Artı uç Eksi uç Artı uç

13 Uzayan mikrotubul GTP β tubulin, depolimerize olan GDP β tubulin bağlıdır. Uzayan mikrotubul ucu küt, depolimerize olan ise koç boynuzu şeklindedir. Mikrotubul ucu boşta ise yıkılma frekansı fazla, bir yapı yada organele bağlı ise frekans azalır yada yoktur.

14 Mikrotubul polimerizasyon-depolimerizasyon dengesi: Tubulin heterodimerleri GTP, Ca+2, PH 6,8 mikrotubuller düşük ısı, yüksek PH, kolşisin.

15 Sentrozom (Mikrotubul organize edici bölge MTOC) Mikrotubul oluşumundan sorumludur. Sentriol Perisentriolar materyal mikrotubul

16 Perisentriol materyal nedir? Sentrozom matriksi olarak isimlendirilir. Mikrotubullerin çekirdeklenme yeridir. Mikrotubul yapısı ile ilgili spesifik proteinler içerir. γ tubulin MAP Tau

17 Perisentriolar materyaldeki -tubulin halka kompleksi ( -TURC), mikrotübül yapım yeridir. uçları ile MTOC da + uçları ile hücre zarına uzarlar. lockwasher shape cap -tubulin ring complex

18 MAP Mikrotübül kenarları boyunca bağlanır, mikrotübül yapılarının dağılmalarına karşı kararlı hale getirir. Yüksek molekül ağırlıklı proteinler (MAP) MW: MAP lar, in vitro mikrotubul polimerizasyonunun nukleasyon adımını hızlandırır. Mikrotubule bağlanan kısım, Mikrotubul ü hücrenin diğer komponentlerine bağlayan kısım

19 Tau Sinir hücrelerinin aksonlarında Mikrotubul yapısı tau proteinleri ile stabilize edilmektedir Akson boyunca mikrotubul yapısının düzgün olarak korunması sinirsel uyarım için önemlidir. Küçük molekül ağırlıklı proteinler MW: Tau geninde meydana gelen mutasyon iletim bozukluğuna, Alzhemier ve Parkinson hastalıklarına neden olur

20 Mikrotubul ile ilişkili proteinler (MAP ) TİP 1 MAP 1B Dendrit - Akson MAP 1A Dendrit - Akson MAP 2a Dendrit MAP 2b Dendrit TİP II MAP 2c Embriyonik dendritler MAP 4 Nöron dışı hücreler Tau Dendrit-Akson da bulunurlar

21 Catastrophin Mikrotübülün artı ucuna eklenirler ve tübülin dimerlerinin ayrılmasını sağlarlar. Bunlar GTP hidrolizini aktive edebilir yada kıvrık protoflament biçimini indükleyebilirler.

22 Stathmin: Mikrotübül destabilize eden bir proteindir. Tubulin heterodimerlere bağlanır, böylece serbest miktarlarını azaltarak polimerizasyonu engeller. Katanin: Mikrotubülleri ayırır. Stabilize edici GTP cap ı olmayan yeni artı uca ve sentrozomda -ring complexes tarafından stabilize olmayan eksi uçları ayırır.

23 Mitotik ağın oluşumuna katılan mikrotubuller antimitotik ilaçlara duyarlıdır. Antimitotiklerin iki farklı etkisi görülür; 1. Tubulin moleküllerinin polimerizasyonuna engel olurlar (Kolşisin Vinblastin Vinkristin Kolsemid) 2. Mikrotubulleri stabilize edeler (Taksol)

24 İlaçlar Kolşisin: Tubulin dimerlerine bağlanıp polimerize olmasını önler. Mikrotubuller yıkılır. Hücre metafazda kalır. GUT tedavisinde kullanılır. Taxol: Mikrotubullere bağlanır ve depolimerizasyonu engeller. Hücre bölünmesini inhibe eder. Meme ve over Ca tedavisinde kullanılır. Nocadazole; Mikrotubul depolimerizasyona yol açar. Vinblastin, vincristin; Mikrotubul depolimerizasyonuna yol açar.

25 Kolşemid, kolşisin tubulin dimerlerine bağlanarak polimerizasyonlarını inhibe eder ve plus uca eklenmesini engeller Kolşemid ve kolşisin tubulin dimerlerine bağlanarak polimerizasyonlarını, dolayısı ile (+) uca eklenmelerini baskılar

26 Mikrotbuller antimitotik ajanlara karşı duyarlıdır Taksol Kolşisin, kolşemid Vinblastin, vinkristin Nocodazol Etki şekli Mikrotubullere bağlanarak sabitler Altbirimlere bağlanarak polimerizasyonu engeller Altbirimlere bağlanarak depolimerizasyona neden olur Altbirimlere bağlanarak polimerizasyonu engeller

27 Mikrotubul özelleşmeleri Sentrozom Sitoplazmik mikrotubullerin organizasyonunu sağlar Sentriyoller Flagella ve Sil yapısı içerisindeki mikrotubulleri organize eder

28 Silya/Flgella (kamçı) Mikrotubuller kompleks yapılar halinde düzenlenir. Ökaryotik flagellum ve silya yapısı 9+2 formülü ile karakterize edilir.

29 Mitoz mekiği-mikrotubul yapısındadır.

30

31 Mikrotubul üzerindeki hareket iki yönlüdür. 1. Mikrotubulun (+) ucuna doğru (sentrozomdan uzağa) KİNESİN ler 2. Mikrotubulun (-) ucuna doğru (sentrozoma doğru) DİNEİN ler

32 Kinesin motor proteini İki ağır ve iki hafif zincirden oluşur Ağır zincirler molekülün globuler yapıdaki baş kısmını oluşturur Hafif zincirler fibriller yapıdaki kuyruk kısmını meydana getirir İki baş kısmı mikrotubule bağlanır Baş kısım ATPaz motor görevi görür Kuyruk kısmı kargoya bağlanır

33 Dinein motor proteini Sitozolik ve aksonemal olmak üzere iki gruba ayrılırlar Sitozolik dineinler organel hareketi mitoz hareketinden sorumludur. Hafif-İntermediate- 2,3 ağır zincir den meydana gelir İki baş kısmı vardır

34 (+) uç (-) uç Ağır zincir Hafif zincir 10nm kinesin dinein 25nm

35 Aksonemal dinein Sil ve flagella yapısında bulunur Sitoplazmik dineinden daha komplekstir Dinein molekülünün motor kısmı B tubule Kuyruk kısmı ise A tubulune bağlanır. mikrotubul Dinein Motor protein -ATPaz

36

37 Mikrotubule bağlı motor moleküller Aksonemal dinein * Flagellumda yer alan mikrotubullerin kayma hareketleri, * Mikrotubullerin (-) ucuna doğru taşınması Sitoplazmik dinein Kinesin Dinamin * Mikrotubullerin (-) ucuna doğru partikül ve veziküllerin taşınması * Mikrotubullerin (+) ucuna doğru partikül ve veziküllerin taşınması * Endositoz hareketi de içeren bir mikrotubulun diğeri üzerinde kayma hareketi

38

39 Mikrotubül hastalıkları ALZHEİMER Erken bunama, afazi, başlangıçtan 4 yıl sonra agnozi, ileri derecede gerçekle ilişkinin kesilmesi, kimlik yitirme, bellek rahatsızlıkları (tipik) ve günlük yaşamda uygulamaya yönelik rahatsızlıkdır. İlk belirtiden ortalama 10 yıl sonra ölüm gerçekleşir. Avrupada her yıl yeni alzheimer vakası görülmektedir. Kesin tedavi yoktur yılında Alois ALZHEİMER tarafından tanımlanmıştır.

40 Tau birikimi

41 PARKİNSON 1897 yılında James PARKINSON tarafından tanımlanmıştır. Progressive nörodejeneratif hastalıktır. Dopamin üreten nöronların kaybı sonucu olur. Parkin geninde mutasyon => Mikrotubul depolimerizasyonu => vezikül transportunun bozulması, Dopamin sitozole salınır, Mitokondri hasarı => serbest radikal oluşumu Musküler rijidite, titreme ilk belirtilerdir. Son dönemlerde kademeli bunama oluşur.

42 AMYOTROPHIC LATERAL SCLEROSIS Erişkin nörodejeneratif hastalığıdır. 3 5 yılda progressif motor nöron kaybı olur. Pek çok sebebi vardır. SOD1 mutasyonu tau nun anormal fosforilasyonuna neden olur. Dendritlerde de MAP2 azalmış=> ekstremite zayıflığı

43 İntermediate Filamanlar (10nm) Protein yapılı, elastik ve dayanıklı filaman yapısıdır. Strese karşı mekanik güç ve direnç sağlarlar. Mikrotubul ve mikrofilamentlerden daha elastik ve esnektirler. Tüm ökaryotlarda bulunmaz (Fungus ve bitkide bulunmaz). Hücre-hücre ve hücre-matriksi ile ilişki kurarak destek sağlarlar.

44 Farklı hücre tiplerinde farklı boyut, çap ve yapıdadırlar. Demetler halinde veya ağ şeklinde bulunurlar. Farklı alt birimleri vardır. Çok düşük tuz konsantrasyonu, denature edici ajanların (üre) yüksek konsantrasyonları Ara Çaptaki Filamentlerin çözünmesine neden olur. Polariteleri yoktur. Motor proteinleri yoktur. Nükleotide bağlanmaz. Kararlıdırlar.

45 Epitel hücreler, kas hücreleri ve sinir aksonlarında bol miktarda bulunur. Çekirdek zarının altında bulunur. Heterojen bir gruptur. Hücre transportuna katılmaz. İnsan genomunda 5 alt aileden 70 gen tarafından kodlanır.

46 a-helikal domain Amino termal uç karboksi termainal uç Keratinler Vimentin Nörofilaman proteinleri Nüklear laminler İntermediate filamanlar; baş (amino uç), kuyruk (karboksil uç), gövde (orta bölge) den oluşur.

47 Intermediate Filamanlar İnsanlarda 70 değişik gen tarafından kodlanmaktadır. Alfa-helikal gövde kısmı yaklaşık olarak 310 aa. rezidüsünden ibarettir. C ve N ucundaki non-helikal kısımları farklı yapı ve özellik gösterir.

48 Ara çaplı filamanlar daha az dinamiktir. Yavaş toplanır ve dağılırlar. Baş domainin fosforilasyonu, filamanların depolimerizasyonuna neden olur. Filamanların organizasyonu çeşitli IFAP (intermediate filaments associated proteins) aracılığı ile sağlanır.

49 Polimerizasyon/depolimerizasyon farklıdır

50

51 İki monomer sarmalleşerek Dimerleri, İki Dimer bir araya gelerek Tetramerleri, İki Tetramer bir araya gelerek Protofibrilleri, Dört ayrı protofibril bir araya gelerek Silindir yapılı IF (ara çaplı filaman) yapısını meydana getirir.

52

53

54 Mikrotubul ve mikroflamanlardan farklı olarak hücreye hareketlilik kazandırmazlar.

55 AÇF ler bir kafes gibi bir araya gelerek DNA nın korunmasını, sitozolde güçlü kablolar gibi yapılar oluşturarak epitel hücrelerinin bir arada kalmasını, nöronlarda uzun ve güçlü aksonların oluşumunu veya saç ve tırnak gibi yapıların oluşumunu sağlarlar. Yani hücreye mekanik destek sağlarlar.

56 IFAP lar İF leri nüklear membran, mikrotubul ve mikrofilamanlar arasında bağlantıyı sağlarlar.

57 Hücrelerde bağlantı bölgelerinin yapılarına katılırlar.

58

59

60 IF protein Polipeptid sayısı Doku dağılımı Tip I Asetik keratinler Tip II Bazik Keratinler Epitel Epitel Çok sayıda alt tipi bulunmakta olup Sitoplazmik plaklar dezmozom ve hemidezmozom yapısına katılırlar Tip III Desmin Glial fibriller asetik proteinler Vimentin Periferin Tip IV NF-L NF-M NF-H İnterneksin İskelet kası,kalp kası ve düz kas Glial hücreler ve astrositler Çeşitli mezankimal hücreler Nöronlar Akson ve dentritlerde Medulla spinalis, optik sinirlerde nestin 1 Gelişen nöron ve kas hücrelerinde Tip V Lamin A Lamin B Lamin C Gelişen sentral sinir sistemi Nöro-epitelyal kök hücreler Tüm hücreler(nüklear laminler)

61 Nüklear laminler Diğer Ara çaplı filaman yapılarından farklıdır: Merkezi bölge uzun Nüklear sinyaline sahip lokalizasyon İki yönlü bir tabaka şeklinde düzenlenir Dinamik bir yapıya sahip

62 Nukleus iç zarına bitişik laminler iki sıra halinde sıralanırlar Kromatin ipler telomerleri vasıtasıyla lamin tabakaya bağlanırlar. Böylece kromatin ağı nukleusta belli bir düzen içinde bulunur. Oluşturdukları ağ çok dinamik olup mitoz bölünme başlangıcında dağılır ve mitoz sonunda yeniden oluşur. Bu dağılıp yeniden oluşma özel serin rezidülerin fosforilasyonu (dağılma) ve defosforilasyonu (birleşme) ile gerçekleşir.

63 Ara çaplı filaman (IF) yapısının önemi? Hastalıkla ilişkisi; Lamin-A gen mutasyonu Emery-Dreifuss musküler distrofisi Dilate kardiyomyopatiler Progeria

64 Lamin a ve emerin mutasyonları, iskelet ve kas hücreleri kadar yağ, kemik ve nöronal dokuyu da etkiler (laminopati).

65 Epidermis derinin en dıştaki tabakasıdır. Esas olarak "Keratinosit" adı verilen hücrelerden oluşur.

66 Epidermolysis bullosa simplex Tip 7 kollajene karşı gelişmiş otoantikarların neden olduğu, travmaya maruz kalan deri ve mukoza bölgelerinde subepidermal bül oluşumu ile seyreden kronik otoimmün bir hastalıktır.

67 Mekanik dirence karşı hücreler birbirleri ile ilişkilerini ve bağlantılarını korur,doku bütünlüğü sağlanır normal Genlerde meydana gelen mutasyon sonucu keratin filamanların basınca karşı direnci düşer. Küçük bir sıkışma mutant hücrelerde kopmalara neden olur (epidermolysis bullosa simplex). Etkilenen doku su toplar. mutant

68

69 IF proteinleri Teşhis Sitokeratinler Epitalyal orjinli farklılaşmamış tümörler, karsinomlar adenokarsinomlar Glial fibriller asitik proteinler Vimentin Desmin Bazı glial tümörler Bağ dokusu tümörleri Kas tümörleri

70 Ani Harabeleri, KARS Teşekkürler...