MIKROFILAMENTLER: ÖZELLIKLER, YAPI, FONKSIYONLAR, PATOLOJI - BIYOLOJI - 2025

Mikrofilamanlar ya da filamentler aktin, ökaryotik hücrelerde (mikrofilamentler, mikrotübül ve ara filamentler) hücre iskeleti üç ana bileşenden biri olan ve (polimer aktini) aktin olarak adlandırılan bir proteinin küçük bir filaman oluşmaktadır.

Ökaryotlarda, aktin mikrofilamanlarını kodlayan genler, tüm organizmalarda yüksek oranda korunmuştur, bu nedenle bunlar genellikle çeşitli türlerdeki çalışmalar için moleküler belirteçler olarak kullanılırlar.

Boyanmış bir hücrenin aktin ipliklerinin fotoğrafı (Kaynak: Howard Vindin, Wikimedia Commons)

Mikrofilamentler sitozol boyunca dağılmıştır, ancak bunlar özellikle plazma zarının altındaki bölgede bol miktarda bulunurlar, burada karmaşık bir ağ oluştururlar ve hücre iskeletini oluşturmak için diğer özel proteinlerle birleşirler.

Memeli hücrelerinin sitoplazmasındaki mikrofilaman ağları, mikrofilamanların dinamiklerinde yer alan ve hatta kök hücrelerin farklılaşması sırasında çok önemli olan aktin için tanımlanan altı genden ikisi tarafından kodlanır.

Pek çok yazar, mikrofilamentlerin çoğu ökaryotik hücrenin hücre iskeletindeki en çeşitli, çok yönlü ve önemli proteinler olduğu konusunda hemfikirdir ve bunların prokaryotik mikroorganizmalarda bulunmadığını hatırlamak önemlidir.

Bu tür hücrelerde ise mikrofilamentlere homolog olan ancak başka bir proteinden oluşan filamentler vardır: MreB proteini.

Şu anda, bu proteini kodlayan genin, ökaryotlarda aktin için olası bir atasal gen olduğu düşünülmektedir. Bununla birlikte, MreB proteinini oluşturan amino asitlerin dizi homolojisi, aktin dizisine göre sadece% 15'tir.

Hücre iskeletinin temel bir parçası oldukları için, hem mikrotübüllerdeki hem de ara filamentlerdeki ve aktin mikrofilamentlerindeki (hücre iskeleti) herhangi bir fenotipik kusur, farklı hücresel ve sistemik patolojilere neden olabilir.

Özellikleri ve yapısı

Mikrofilamentler, ökaryotik hücrelerde oldukça bol bulunan kasılma proteinleri olan aktin ailesi protein monomerlerinden oluşur, çünkü bunlar aynı zamanda kas kasılmasına da katılırlar.

Bu filamentler 5 ile 7 nm arasında bir çapa sahiptir, bu nedenle ince filamentler olarak da bilinirler ve iki aktin formundan oluşurlar: küresel form (G aktin) ve filamentli form (F aktin).

Hücre iskeletine katılan proteinler γ ve β aktinler olarak bilinirken, kasılmaya katılanlar genellikle α aktinleridir.

Sitozoldeki globüler aktin ve ipliksi aktin oranı hücresel ihtiyaçlara bağlıdır çünkü mikrofilamentler, polimerizasyon ve depolimerizasyon ile sürekli büyüyen ve kısalan oldukça değişken ve çok yönlü yapılardır.

G aktin, yaklaşık 400 amino asitten oluşan ve yaklaşık 43 kDa moleküler ağırlığa sahip küçük bir küresel proteindir.

Mikrofilamentleri oluşturan G-aktin monomerleri, her biri bir sonraki ile ilişkilendirildiğinde bir bükülmeye maruz kaldığı için sarmal bir şerit şeklinde düzenlenmiştir.

G aktin, küresel formunu stabilize eden bir Ca2 + molekülü ve başka bir ATP molekülü ile birleşir; F-aktin, ATP molekülünün terminal fosfatının G-aktine hidrolizinden sonra elde edilir ve bu da polimerizasyona katkıda bulunur.

organizasyon

Aktin filamentleri, hücreler içinde farklı işlevlere sahip "demetler" veya "ağlar" halinde organize edilebilir. Demetler, oldukça sert çapraz köprülerle birbirine bağlanan paralel yapılar oluşturur.

Ağlar ise yarı katı jellerin özellikleri ile üç boyutlu ağlar gibi daha gevşek yapılardır.

Aktin filamentleri veya mikrofilamentleri ile ilişkilendirilen ve ABP (aktin bağlayıcı proteinler) olarak bilinen ve bunun için belirli bölgelere sahip birçok protein vardır.

Bu proteinlerin çoğu, mikrofilamentlerin hücre iskeletinin diğer iki bileşeni ile etkileşime girmesine izin verir: mikrotübüller ve ara filamentler ve ayrıca plazma zarının iç yüzündeki diğer bileşenler.

Mikrofilamentlerin etkileşime girdiği diğer proteinler arasında nükleer laminalar ve spektrin (kırmızı kan hücrelerinde) bulunur.

Aktin filamentleri nasıl oluşur?

Küresel aktin monomerleri her zaman aynı yönde bağlandığından, aynı yönde yönlendirildiğinden, mikrofilamentler iki uçlu tanımlanmış bir polariteye sahiptir: bir "daha fazla" ve bir "daha az".

Bu filamentlerin polaritesi, yeni G-aktin monomerlerinin eklendiği pozitif uçlarında önemli ölçüde daha hızlı büyüdükleri için çok önemlidir.

Aktin mikrofilamentlerinin oluşumunun grafiksel gösterimi (Kaynak: türev çalışma: Retama (talk) Thin_filament_formation.svg: Mikael Häggström, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Aktin filamentlerinin polimerizasyonu sırasında meydana gelen ilk şey, proteinin üç monomerinin birleşmesinden oluşan "çekirdeklenme" olarak bilinen bir süreçtir.

Bu trimerin her iki ucuna yeni monomerler eklenir, böylece filaman büyür. G-aktin monomerleri, aktin-ATP kısımları aktin-ADP kısımlarına göre daha büyük zorluk ile ayrıştığı için, her bağlanma ile ATP'yi hidrolize etme kabiliyetine sahiptir; bu, polimerizasyon hızı için etkileri vardır.

ATP, polimerizasyon için gerekli değildir ve hidrolizinin spesifik rolü henüz açıklığa kavuşturulmamıştır.

Bazı yazarlar, aktin polimerizasyon olayları hızla geri döndürülebilir olduğundan, bu işlemlerle ilişkili ATP'nin bu enerjik molekülün toplam hücresel dönüşümünün% 40'ına kadarını temsil edebileceğini düşünmektedir.

düzenleme

Hem aktin filamentlerinin polimerizasyonu hem de bunların depolimerizasyonu, filamanların yeniden modellenmesinden sorumlu olan bir dizi spesifik protein tarafından yüksek oranda düzenlenen süreçlerdir.

Depolimerizasyonu düzenleyen proteinlerin örnekleri, aktin depolimerizasyon faktörü kofilindir. Başka bir protein olan profilin, monomerlerin birleşmesini uyardığı için zıt bir işleve sahiptir (ATP için ADP değişimini uyararak).

Özellikleri

Mikrofilamentler, sitozolde ve hücre dışında başka bir alana sahip olan transmembran proteinlerle ilişkili miyozin filamentleri ile etkileşime girerek hücre hareketliliği işlemlerine katılır.

Plazma membranı ile ilişkili bu mikrofilamentler, farklı uyaran sınıflarına çeşitli hücresel tepkilere aracılık eder. Örneğin, epitel dokularındaki hücre yapışması, yanıt faktörlerini toplamak için mikrofilamentlerle etkileşime giren kadherinler olarak bilinen transmembran proteinler tarafından yönlendirilir.

Aktin filamentleri, hücre dışı uyaranların çekirdek içindeki ribozomlar ve kromozomlar gibi anahtar bölgelere iletilmesine neden olmak için ara filamentlerle etkileşime girer.

Aktin mikrofilamentlerinin hücre içi motor fonksiyonunun temsili (Kaynak: Boumphreyfr, Wikimedia Commons)

Mikrofilamentlerin klasik ve iyi çalışılmış bir işlevi, organellerden membrana taşıma veziküllerini yükleyebilen motor protein miyozin I'in hareketi için "köprüler", "raylar" veya "otoyollar" oluşturma yetenekleridir. salgı yollarında plazma.

Mikrofilamentler ayrıca sitokinez sırasında oluşan kasılma halkasını oluşturmak için miyozin II ile etkileşime girer, tam olarak sitozolün kök ve yavru hücrelerden ayrıldığı hücre bölünmesinin son aşamasında.

Genel olarak, F-aktin mikrofilamentleri Golgi kompleksi, endoplazmik retikulum ve mitokondri gibi bazı organellerin dağılımını modüle eder. Ayrıca, ribozomlar tarafından okunmaları için mRNA'ların uzamsal konumlandırılmasına da katılırlar.

Hücresel mikrofilamentlerin tamamı, özellikle plazma membranı ile yakından ilgili olanlar, sürekli bir aktif harekete sahip olan hücrelerin dalgalı zarlarının oluşumuna katılır.

Ayrıca birçok hücrenin yüzeyinde mikrovillus ve diğer yaygın yumruların oluşumunda rol oynarlar.

Karaciğerdeki fonksiyonlara örnek

Mikrofilamentler, hepatositlerde (karaciğer hücreleri) safra salgılama sürecine ve ayrıca hepatik kanaliküllerin peristaltik hareketlerine (koordineli kasılma) katılır.

Farklı sitozolik elementlerle olan ilişkileri ve bu hücre içi elementlerin topografyası üzerinde uyguladıkları kontrol sayesinde plazma membran alanlarının farklılaşmasına katkıda bulunurlar.

İlgili patolojiler

Çok sayıda fonksiyona doğrudan dahil olmalarına rağmen, mikrofilamentlerin sentezinde yapıdaki birincil kusurlarla veya düzenleyici proteinler ve enzimlerle ilişkili birkaç hastalık vardır.

Mikrofilamentlerin birincil yapısındaki düşük hastalık ve malformasyon oranı, genel olarak hem aktin hem de düzenleyici proteinlerini kodlayan çok sayıda genin mevcut olmasından kaynaklanmaktadır, bu fenomen "genetik fazlalık" olarak bilinir.

En çok çalışılan patolojilerden biri, oositlerin hücre iskeleti üzerinde vitrifikasyonu olup, burada kortikal mikrofilamentler ağında bir kesinti ve mitotik milin mikrotübüllerinin depolimerizasyonu ve düzensizliği gözlenir.

Genel anlamda, bu vitrifikasyon, tüm kromatinin sıkışmasında bir düzensizliğe yol açtığı için bir kromozomal dispersiyona neden olur.

Hücre iskeletinde daha büyük bir organizasyona ve mikrofilament oranına sahip olan hücreler, çizgili kasın hücreleridir, bu nedenle patolojilerin çoğu, kasılma aparatının bir arızası ile ilişkilidir.

Kusurlu veya atipik mikrofilamentler, Paget hastalığı olarak bilinen kemik hastalığı ile de ilişkilendirilmiştir.

Referanslar

1. Aguilar-Cuenca, R., Llorente-González, C., Vicente, C., & Vicente-Manzanares, M. (2017). Mikrofilamanla koordine edilmiş yapışma dinamikleri, tek hücre göçünü yönlendirir ve tüm dokuları şekillendirir. F1000Research, 6.
2. Dos Remedios, CG, Chhabra, D., Kekic, M., Dedova, IV, Tsubakihara, M., Berry, DA ve Nosworthy, NJ (2003). Aktin bağlayıcı proteinler: hücre iskelet mikrofilamanlarının düzenlenmesi. Fizyolojik İncelemeler, 83 (2), 433-473.
3. Guo, H., Fauci, L., Shelley, M. ve Kanso, E. (2018). Çalıştırılmış mikrofilamentlerin senkronizasyonunda iki kararlılık. Akışkanlar Mekaniği Dergisi, 836, 304-323.
4. Lanza, R., Langer, R. ve Vacanti, JP (Editörler). (2011). Doku mühendisliğinin ilkeleri. Akademik basın.
5. Robbins, J. (2017). Hücre İskeleti Hastalıkları: Desminopatiler. Çocuklarda ve Genç Yetişkinlerde Kardiyoskeletal Miyopatilerde (s. 173-192). Akademik Basın.