The Cytoskeleton Flashcards
Hva er de tre ulike isoformene av aktin i eukaryoter?
a, B, og y aktin.
a-Aktin blir kun uttrykt i muskelceller, men sB- og y-aktin finnes sammen i nesten alle ikke-muskel celler.
Hvordan er et aktinfilament bygd opp?
Aktin-enhetene monteres head-to-tail for å danne en tett, høyrehendt heliks som danner en struktur som er omtrent 8 nm vid, og kalles filamentøs eller F-aktin.
Fordi alle de asymmetriske aktin-enhetene i filamentet peker i samme retning, er filamentet polart og har strukturelt ulike ender: en sakte-voksende minus-ende (pointed end) og en raskt-voksende pluss-ende (barbed end). Inne i filamentet er enhetene posisjonert med sin ATP-bindende kløft rettet mot minus-enden.
Hva er filament nucleation?
Aktin-enheter kan spontant binde seg til hverandre, men assosiasjonen er ustabil frem enhetene monteres til en initiell oligomer - eller kjerne - som blir stabilisert av flere enhet-enhet kontaktpunkter og som dermed raskt kan forlenges ved addering av flere subenheter.
Hvilke tre faser inngår i aktin-polymerisering?
Når polymerisering er initiert, resulterer dette i en “lag phase” hvor ingen filamenter blir observert. Under “lag phase”, vil små, ustabile oligomers gradvis monteres og gå inn i en overgang hvor de begynner å ligne på aktin-filamenter.
Dette fører til en fase (growth phase) av rask filament-forlenging hvor enheter raskt blir montert på enden av det “nucleated” filamentet.
Til slutt, når konsentrasjonen av aktin-monomere synker, vil systemet oppnå en “steady state”-tilstand hvor hastigheten for montering av nye enheter er eksakt den samme som hastigheten for dissosiering av enheter.
Hvordan kan “lag phase” unngås/hoppes over?
Hvis det finnes “seeds” eller fragmenter av actin-filamenter som kan fortsettes å bygges på.
Hva er de to ulike formene aktin kan være tilstede i?
ATP-bundet = T form
ADP-bundet = D-form
Hvordan forekommer “treadmilling”?
I levende celler er de fleste løselige aktin-enhetene i T-formen, ettersom konsentrasjonen av ATP er høyere enn konsentrasjonen av ADP. Men, jo lenger tid enheten har vært i aktin-filamentet, jo større er sjansen for at de har hydrolysert ATP-en sin. Om enheten på hver ende av filamentet er i D- eller T-form avhenger av hastigheten for hydrolyse sammenlignet med hastigheten for montering. Hvis konsentrasjonen av aktin-monomere er høyere enn den kritiske konsentrasjonen for både T- og D-formen, vil enheter monteres på begge ender av polymeret før ATP i den forrige enheten blir hydrolysert; som et resultat vil tuppen av filamentet forbli i T-form. Men hvis enhets-konsentrasjonen er mindre enn den kritiske konsentrasjonen for både T- og D-form, kan hydrolyse forekomme før montering, og begge ender av filamentet vil krympe. Ved en mellom-konsentrasjon av aktin-enheter er det mulig at hastigheten for montering er raskere enn hydrolyse på pluss-enden, men tregere enn hydrolyse på minus-enden. I dette tilfellet vil pluss-enden forbli i T-form, mens minus-enden er i D-form. Filamentet undergår da en netto montering av enheter på pluss-enden mens det samtidig mister enheter fra minus-enden. Dette fører til “treadmilling”.
Hvordan kan funksjonen til aktin-filamenter inhiberes?
1) Ved at cytochalasins binder seg til pluss-enden av filamentet og inhiberer polymerisering.
2) Ved at latrunculin binder seg til aktin-enheter og forhindrer polymerisering.
3) Ved at phalloidins - som er en gift- binder seg tett langs siden av aktin-filamentet og stabiliserer det mot depolymerisering.
Hvorfor er det bare en liten andel (omtrent 50% i ikke-muskel celler i virveldyr) som er polymerisert til filamenter?
En stor grunn ere at aktinfilament-polymerisering er tett regulert i celler av et stort antall av proteiner som kontrollerer aktinfilament-nucleation, nesten alltid ved siden av en membranoverflate.
Proteiner som inneholder aktinmonomer-bindingsmotiver bundet i tandem styrer den enkleste formen for filament-nucleation. Disse aktin-nucleating proteinene bringer flere aktin-enheter sammen for å danne et frø.
Hvordan blir aktin-nucleation katalysert?
I de fleste tilfeller er aktin-nucleation katalysert av en eller to ulike faktorer; Arp2/3 komplekset eller forminer.
Hvordan fungerer Arp2/3 komplekset?
Arp2/3 komplekset inneholder to aktin-relaterte proteiner (ARPs), hvor hvert av dem er omtrent 45% identisk med aktin. Arp2/3 komplekset nucleates aktin-filament-vekst og forblir bundet til minus-enden, noe som tillater rask forlengi8ng på pluss-enden. Arp2/3 komplekset krever en NPF, og blir videre stimulert når det binder seg til siden av en eksisterende aktin-filament. På
den måten genererer komplekset forgreininger på filamenter ved siden av membraner, som senere kan brukes til for eksempel transport av membran-bundede vesikler.
Hvordan fungerer forminer?
Forminer er dimeriske proteiner som nucleate veksten av uforgreinede filamenter som kan kryss-bindes av andre proteiner for å danne parallelle bunter. Hver formin-enhet har et bindingssete for monomerisk aktin, og formin-dimeren viker å nucleate aktin-filament-polymerisering ved å fange to monomere. Når filamentet vokser, vil forim-dimeren forbli assosiert med den raskt voksende pluss-enden mens den fortsatt tillater montering av nye enheter der.
Hvor er den høyeste tettheten av aktin-filamenter, og hvorfor?
Aktin-filament-nucleation av Arp2/3 komplekset og forminer forkommer primært ved plasmamembranen, og derfor er den høyeste tettheten av aktinfilamenter i celle-periferien inne i cell cortex. Aktin-filamenter i denne regionen bestemmer form og bevegelse av celleoverflaten, og tillater cellen å endre form og stivhet raskt i respons til endringer i det ekstracellulære miljøet.
Hva er funksjonen til noen accessory-proteiner?
1) Formin: nucleates montering og forblir assosiert med den voksende pluss-enden
2) Thymosin: binder seg til enheter og forhindrer montering
3) Tropomodulin: forhindrer montering og dissosiering på minus-enden
4) Tropomyosin: stabiliserer filamentet, og modulerer binding av andre accessory-proteiner
5) Profilin: binder seg til monomere, og konsentrerer dem på stedet for filament-montering
6) Arp2/3 komplekset: nucleates montering for å danne et forgreinet nettverk og forblir bundet med minus-enden slik at montering og dissosiering ikke kan forekomme på minus-enden
Hvordan fungerer profilin?
Profilin binder seg til overflaten av aktin-monomeren som er motsatt av hvor den ATP-bindende kløften er, og blokkerer dermed siden av monomeren som normalt ville assosiert med minus-enden på filamentet. Når profilin-aktin-komplekset binder seg til en fri pluss-ende, vil en konformasjonell endring i aktin redusere affiniteten for profilin, slik at det faller av.
Hvorfor øker veksten av aktin-filamenter med profilin?
1) Profilin opprettholder et stort basseng av aktin-monomere klart for polymerisering på pluss-enden av filamentet.
2) Bindingssetet for profilin er tilstede i mange formin-proteiner, i tillegg til i mange NPFs som aktiverer Arp2/3 komplekset. Ved å binde seg til de faktorene som stimulerer filament-nucleation, blir profilin-bundede aktin-monomere rekruttert direkte til setet for filament-forlenging, noe som raskt akselererer montering av aktinfilamenter.
Hvilke to klasser av bindingsproteiner regulerer oppførselen til aktin-filamenter?
De som binder seg langs siden av filamentet, og de som binder seg til enden av filamentet.
Tropomyosin binder seg til siden av filamentet, mens capping-protein binder seg til enden av filamentet.
Hva slags proteiner bidrar til den tre-dimensjonale organiseringen av cellulære aktin-nettverk?
Actin cross-linking proteins.
Hvordan kutter proteinet gelsolin aktin-filamenter?
Proteinet blir aktivert av høye nivåer av Ca2+ i cytosol. Gelsolin interagerer med siden av aktinfilamentet og inneholder subdomener som binder seg på to ulike steder: et som er eksponert på overflaten av filamentet, og et som er gjemt mellom ved-siden-av liggende enheter. Aktivert gelsolin er tenkt å kutte et aktinfilament når en termisk svingning lager et lite gap mellom to enheter, og gelsolin setter seg selv inn i gapet for å brekke filamentet. Etter kuttingen forblir gelsolin bundet som en cap på den nye pluss-enden.
Hva er forskjellen mellom filopodia og lamellipodia?
Filopodia er en-dimensjonelt, med lange, klyngede filamenter som ligger ved siden av hverandre. Filopodia bidrar til å sense miljømessige signaler og fungerer ved celle-migrasjon.
Lamellipodia er to-dimensjonelle strukturer hvor filamenter går på kryss og tvers.
Hva er celle-migrasjon avhengig av?
Den aktin-rike cortex som ligger under plasmamembranen.
All migrasjon er karakterisert av “protrusion”, hvor plasmamembranen blir dyttet ut på fremsiden av cellen.
Hvordan foregår mesenchymal celle-migrasjon?
Denne typen migrasjon er karakteristisk for fibroblaster eller epitel-celler som vokser på glassoverflater.
Arp2/3 komplekset formidler aktinfilament-nucleation på den ledende kanten av cellen, og genererer dermed en lamellipodium. Bak den ledende kanten vil cofilin demontere gamle aktin-filament (ADP-bunde). Aktin-nettverket vil derfor monteres foran og demonteres bak, og minner om “treadmilling”. Mesenchymal celle-migrasjon krever fast tilknytning til underlaget, noe som tillater cellekroppen til å generere trekkraft og propel seg selv forover.
Hvordan foregår “blebbing”?
Plasmamembranen vil løsne lokalt fra det underliggende cortex-laget, slik at cytoplasmiske strømmen kan dytte membranen utover. Dannelsen av en membran-bleb er avhengig av hydrostatisk trykk, som blir generert av sammentrekninger av aktin- og myosin-forsamlinger bak i cellen. Når en bleb har blitt dannet, vil aktin-filamenter remonteres på den indre overflaten av bleb-membranen for å danne en ny aktin-cortex.
Hvilke tre faktorer er viktig for all celle-migrering?
1) Leading-edge protrusion
2) Adhesion to the surface
3) Contraction at the cell cortex
Hva er myosin II?
Mysion II er et motorprotein som genererer kraft for muskelsammentrekning. Det er et forlenget protein dannet av to heavy chains og to kopier av hver av to light chains. Hver heavy chain har et globulært hodedomene på N-terminus som inneholder det kraftgenererende maskineriet, etterfulgt av en veldig lang a-heliks aminosyresekvens som danner en forlenget coiled-coil for å styre dimerisering av heavy chain. Den lange coiled-coil-halen binder seg med halen til andre syosin-molekyler, og i muskelceller vil disse interaksjonene danne store, bipolare tykke filamenter som har flere hundre myosin-hoder, orientert i motsatt retning på de to endene av filamentet.
Hvordan genererer myosin bevegelse?
Hvert myosin-hode binder seg til og hydrolyserer ATP, og bruker energien fra ATP-hydrolyse til å gå mot pluss-enden av et aktin-filament.
Den motsatte orienteringen av hoder i det tykke filamentet gjør filamentet effektivt på å skli par av motsatt orienterte aktin-filamenter mot hverandre og korte ned muskelen.
Motorproteiner bruker strukturelle endringer i det ATP-bindende setet for å produsere sykliske interaksjoner med et filament. Hver syklus av ATP-binding, -hydrolyse og frigjøring propels dem forover. Endringer i konformasjon fører til endringer i affinitet for aktin.
Hva er en myofibril?
Hoveddelen av cytoplasma inne i muskelceller er dannet av myofibriler, som er navnet som er gitt til det grunnleggende kontraktile elementet i muskelceller.
En myofibril er en sylinderformet struktur 1-2 mikrometer i diameter som ofte er like lang som selve muskelcellen. Den består av en lang, repeterende kjede av tynne kontraktile enheter - sarcomeres - som gir virveldyr-myofibriler sitt stripede utseende.
Hvordan er et sarcomer bygd opp?
Hvert sarcomere er dannet av et minimal, presist ordnet array av parallelle og delvis overlappende tynne og tykke filamenter. De tynne filamentene består av aktin og assosierte proteiner, og er festet ved pluss enden til en Z disc. De capped minus-endene av aktin-filamentet forlenger seg inn langs midten av sarcomere, hvor de overlapper med tykke filamenter.
