Проміжні філаменти — це елементи цитоскелету, нерозчинні білковіфібрили діаметром від 8 до 12 нм. Таким чином вони тонші за мікротрубочки (25 нм) і товстіші за актинові філаменти (7 нм), за що і отримали свою назву[1]. Проміжні філаменти складаються із різних білків, але всі вони мають спільний загальний план будови. Ці елементи цитоскелету забезпечують клітині механічну стійкість, беруть участь у формуванні міжклітинних контактів: десомосом та гемідесмосом, закріплюють окремі частини клітини (наприклад ядро) у певному положенні в цитоплазмі, також входять до складу ядерної ламіни (пластинки). На відміну від мікротрубочок і мікрофіламентів проміжіні філаменти не беруть участі у внутрішньоклітинному транспорті, не можуть приєднувати нуклеотидтрифосфати, і є відносно статичними структурами[2].
Існують два основні типи проміжних філаментів: цитоплазматичні та ядерні, котрі входять до складу ядерної ламіни. Білки ламіниеволюційно більш древні, вони наявні у всіх багатоклітинних тварин, тоді як цитоплазматичні філаменти присутні в клітинах тільки деяких, таких як нематоди, молюски та хордові. Імовірно, впродовж еволюції тварин, гени білків ядерної пластинки кілька разів дуплікувались, і з їх копій утворювались гени білків цитоплазматичих філаментів. Навіть у тих ораганізмів, що мають такі гени, вони експресуються не у всіх клітинах, наприклад клітини мікроглії людини (олігодендроцити) позбавлені проміжних філаментів. Оскільки основна функція цитоплазматичних проміжних філаментів — забезпечувати механічну стійкість, вони найбільш розповсюджені у тих клітинах, які постійно піддаються розтягу та тиску (наприклад епітеліальних). У тварин із міцним езкоскелетом, наприклад членистоногих та голкошкірих, цитопламзатичні проміжні філаменти відсутні[3], також вони не знайдені й у клітинах рослин, які мають міцну клітинну стінку[4].
Структура
Модель побудови проміжних філаментів
На відміну від інших елементів цитоскелету, ідентичних у всіх типах клітин, проміжні філаменти можуть складатись із різних білків, проте всі вони мають однакові домени і схожу структуру, завдяки чому зберігається загальний план будови проміжних філаментів. Мономерний білок проміжних філаментів — це фібрилярна структура довжиною 48 нм, центральний домен якої представлений довгою α-спіраллю.
Два мономерні білки взаємодіють між собою, утворюючи димер, в якому вони розташовані паралельно (C-кінець до C-кінця), α-спіральні домени закручені один навколо одного, утворюючи подвійну суперспіраль[en]. Два димери, розташовані антипаралельно (C-кінець до N-кінця) утворюють тетрамер. Такий тетрамер і є основною розчинною білковою одиницею, з якої збираються проміжні філаменти. На відміну від структурних компонентів мікротрубочок та актинових філаментів, тетрамери проміжних філаментів не мають сайтів для зв'язування нуклеотидтрифосфатів, окрім того вони мають два однакові кінці, через що проміжні філаменти позбавлені полярності. Тетрамери взаємодіють латерально (бік до боку), утворюючи фібрилу, що складається з 8-ми паралельних протофібрил. Отже кожен філамент у перерізі містить 32 α-спіралі, з'єднані одна з одною гідрофобними зв'язками. Через це проміжні філаменти за властивостями схожі до каната: вони мають дуже високу міцність на розрив але легко згинаються (для того, щоб проміжний філамент можна було зігнути, він повинен мати довжину хоча б 1 мкм, тоді як для актинових філаментів ця довжина становить 10 мкм, а для мікротрубочок — кілька міліметрів)[3].
Основні типи
Всі білки, які входять до складу проміжних філаментів, мають однакову структуру центрального домену, що складається із близько сорока повторів по сім неполярних амінокислот[5], тоді як N- і C-кінцеві ділянки у них можуть суттєво відрізнятись. В залежності від амінокислотного складу і структури розрізняють п'ять основних типів білків проміжних філаментів, коротка характеристика та приклади яких наведені у таблиці.
Культура епітеліальних клітин: кератинові філаменти (червоне) розташовані в ділянках міжклітинних контактів
Десмосома — міжклітинний контакт, що утворюється за участі проміжних філаментів
Кератини є найрізноманітнішою групою білків, з яких побудовані проміжні філаменти: у людських епітеліальних клітинах знайдено близько 20 різних типів, і ще 10 специфічні для нігтів та волосся. Аналіз геному людини виявив близько 50 генів кератинів. Різні типи кератинів експресуються у різних епітеліальних клітинах організму, ця особливість використовується під час діагностикикарцином (злоякісних пухлин епітеліального походження).
В епітеліальних клітинах утворюються цілі сітки кератинових філаментів, в яких вони з'єднуються одне з одним за допомогою дисульфідних зв'язків. Такі сітки дуже стійкі і не розпадаються навіть після смерті клітини, тому кератини використовуються тваринами для утворення покривів тіла, таких як зовнішній шар шкіри, нігті, волосся, луски. Окрім того кератинові філаменти надають міцності епітелію, беручи участь в утворенні якірних міжклітинних контактів — десмосом, або контактів клітини із позаклітинною матрицею — гемідесмосом[3].
Віментиноподібні білки можуть утворювати гомо- або гетерополімери, вони поширені у різних групах клітин. Деякі з них, наприклад віментин у фібробластах, можуть формувати дуже динамічні структури, котрі збираються/розбираються внаслідок дефосфорилювання/фосфорилювання.
Нейрофіламенти — це тип проміжних філаментів, що створюють каркас аксонівнервових клітинхеребетних тварин. До їх складу входять три основні білки, які називаються (на основі молекулярної маси): NF-L (англ.neurofilament light), NF-M (англ.neurofilament medium) та NF-H (англ.neurofilament heavy), при чому кожен філамент є гетерополімером із білка NF-L та одного із двох інших. Білки NF-M та NF-H мають довгі C-термінальнідомени, якими вони приєднуються до сусідніх нейрофіламентів, таким чином між окремими філаментами зберігається однакова відстань. Коли аксон росте нейрофіламенти добудовуються на обидвох кінцях.
Ядерна пластинка або ламіна знаходиться на внутрішній мембрані ядерної оболонки і складається із білків ламінів, організованих у двомірну сітку. Ця стурктура утворює комплекси із ядерними порами та трансмембранними білками, а також безпосередньо взаємодіє із перефирійним хроматином. Основна функція ядерної ламіни — підтримання форми ядра. До складу ядерної пластинки входять три основні поліпептиди ламіни A, B і C (молекулряні маси 60-70 кДа).
Ядерна пластинка є динамічною структурою, під час мітозу, коли оболонка ядра розпадається, білки ламіни фосфорилюються і це призводить до їх деполімеризації. У ранній телофазі ці поліпептиди дефосфорилюються і знову утворюють довгі фібрили, після чого беруть участь в організації нової ядерної оболонки[3].
Джерела
↑Campbell NA, Reece JB (2008). Biology (вид. 8th). Benjamin Cammings. ISBN978-0321543257. Архів оригіналу за 3 березня 2011. Процитовано 17 липня 2011.
↑Marieb EN, Hoehn K (2006). Human Anatomy & Physiology (вид. 7th). Benjamin Cummings. ISBN978-0805359091.
↑Ченцов Ю.С. ВВедение в клеточною биологию: Учебник для вузов. — 4-е изд. перераб. и доп./ Ю.С.Ченцов. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. — 495с.: ил. ISBN 5-94628-105-4
↑ абStrelkov SV, Herrmann H, Aebi U (2003). Molecular architecture of intermediate filaments. BioEssays. 25: 243—251. doi:10.1002/bies.10246. PMID12596228.