MGA INTERMEDIATE FILAMENT: ISTRAKTURA, URI, PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2026

Ang mga pansamantalang filament , na kilala rin sa panitikan bilang "IFs" (ng filament ng English Intermediate), ay isang pamilya ng mga fibrous na protina na ang mga cytosolic insolubles ay naroroon sa lahat ng mga cell ng multicellular eukaryotes.

Ang mga ito ay bahagi ng cytoskeleton, na kung saan ay isang intracellular filamentous network na pangunahing responsable para sa suporta ng istraktura ng cell at iba't ibang mga metabolic at physiological na proseso tulad ng vesicle transport, cell movement at displacement, atbp.

Ang immunofluorescence microscopy ng dalawang protina ng mga intermediate filament ng astrocytes (Vimentin at GFAP) (Pinagmulan: GerryShaw sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Kasabay ng mga microtubule at microfilament, ang mga intermediate filament ay lumahok sa spatial na samahan ng mga intracellular organelles, sa mga proseso ng endocytosis at exocytosis, at din sa mga proseso ng cell division at intercellular na komunikasyon.

Ang unang intermediate filament na mapag-aralan at inilarawan ay ang mga keratins, isa sa mga unang uri ng mga protina na ang istraktura ay sinuri ng X-ray diffraction noong 1930s.

Ang konsepto ng mga pansamantalang filament, gayunpaman, ay ipinakilala noong 1980s sa pamamagitan ng Lazarides, na inilarawan ang mga ito bilang kumplikadong "mechanical integrators ng cell space", na nailalarawan sa kanilang kawalan ng lakas at kanilang kakayahang muling makisama sa vitro pagkatapos ng denaturation.

Itinuturing sila ng maraming mga may-akda bilang mga elemento ng stress na "buffer" para sa mga cell ng hayop, dahil mas nababaluktot ang mga filament kaysa sa mga microtubule at microfilament. Ang mga ito ay hindi lamang natagpuan sa cytoskeleton, ngunit sila rin ay bahagi ng nucleoskeleton.

Hindi tulad ng iba pang mga fibrous na sangkap ng cytoskeleton, ang mga intermediate filament ay hindi nakikilahok nang direkta sa mga proseso ng kadaliang kumilos ng cell, ngunit sa halip ay gumana sa pagpapanatili ng istruktura at mekanikal na pagtutol ng mga cell.

Istraktura

Pinagmulan: http://rsb.info.nih.gov/ij/images/

Ang mga intermediate filament ay may tinatayang diameter ng 10 nm, isang istrukturang katangian na kung saan sila ay pinangalanan, dahil ang kanilang laki ay sa pagitan ng mga sukat na nauugnay sa mga myosin at actin filament, na nasa pagitan ng 25 at 7 nm. ayon sa pagkakabanggit.

Nag-iiba sila ng istruktura mula sa iba pang dalawang uri ng mga filtoskeletal filament, na mga polimer ng globular protein, na ang kanilang mga nasasakupang yunit ay naiiba ang haba na haba ng α-helical fibrous protein na magkasama na bumubuo upang mabuo ang mga istruktura na katulad ng lubid.

Ang lahat ng mga protina na bumubuo sa mga pansamantalang filament ay may katulad na samahan ng molekular, na binubuo ng isang domain na α-helical o "lubid" na may iba't ibang halaga ng mga "mga coil-form" na mga segment ng parehong sukat.

Ang helical domain na ito ay sinaksak ng isang N-terminal non-helical "head" at isang non-helical "buntot" sa dulo ng C-terminal, na parehong nag-iiba sa parehong laki at pagkakasunod-sunod ng amino acid.

Sa loob ng pagkakasunud-sunod ng dalawang dulo na ito ay ang mga pinagsama-samang motif na karaniwang para sa 6 na uri ng mga intermediate filament na kilala.

Sa mga vertebrates, ang "chord" domain ng cytosolic intermediate filament protein ay halos 310 amino acid residues, habang ang invertebrate at nuclear lamina cytosolic protein ay humigit-kumulang 350 amino amino ang haba.

Assembly

Ang mga intermediate filament ay "self-assembling" na mga istraktura na hindi nagtataglay ng aktibidad na enzymatic, na naiiba din ang mga ito mula sa kanilang mga cytoskeletal counterparts (microtubule at microfilament).

Ang mga istrukturang ito ay una nang tipunin bilang mga tetramer ng filamentous protein na bumubuo sa ilalim ng impluwensya lamang ng mga monovalent cations.

Ang mga tetramer na ito ay 62 nm ang haba at ang kanilang mga monomer ay nakikipag-ugnay sa isa't isa sa ibang pagkakataon upang makabuo ng mga yunit na haba ng mga filament (UFL), na kilala bilang phase 1 ng pagpupulong, na nangyayari nang napakabilis. .

Ang mga UFL ay ang mga hudyat ng mahabang filament at, dahil ang mga dimer na bumubuo sa kanila ay pinagsama sa isang antiparallel at staggered na paraan, ang mga yunit na ito ay may gitnang domain na may dalawang flanking domain kung saan nangyayari ang phase 2 ng pagpahaba. , kung saan nangyayari ang paayon na unyon ng iba pang mga UFL.

Sa panahon ng tinatawag na phase 3 ng pagpupulong, nangyayari ang pag-compaction ng radial ng diameter ng mga filament, na gumagawa ng mga mature na intermediate filament na higit pa o mas mababa sa 10 nm ang diameter.

Mga Tampok

Ang mga pag-andar ng mga pansamantalang filament ay nakasalalay nang malaki sa uri ng cell na isinasaalang-alang at, sa kaso ng mga hayop (kabilang ang mga tao), ang kanilang ekspresyon ay kinokontrol sa isang tiyak na paraan ng tisyu, kung bakit ito ay depende din sa uri ng tisyu kaysa sa pag-aaral.

Ang epithelia, kalamnan, mesenchymal at glial cells at neuron ay may iba't ibang mga uri ng filament, dalubhasa ayon sa pag-andar ng mga cell na kanilang kinabibilangan.

Kabilang sa mga pagpapaandar na ito, ang pinakamahalaga ay ang pagpapanatili ng istruktura ng mga cell at paglaban sa iba't ibang mga mekanikal na stress, dahil ang mga istrukturang ito ay may isang tiyak na pagkalastiko na nagbibigay-daan sa kanila upang unan ang iba't ibang uri ng mga puwersa na ipinataw sa mga cell.

Mga uri ng mga pansamantalang filament

Ang mga protina na bumubuo ng mga intermediate filament ay kabilang sa isang malaki at heterogenous na pamilya ng mga filamentous protein na naiiba sa kemikal ngunit na nakikilala sa anim na klase ayon sa kanilang pagkakasunod-sunod na homology (I, II, III, IV, V at VI).

Kahit na ito ay hindi pangkaraniwan, ang iba't ibang uri ng mga cell, sa ilalim ng napaka-partikular na mga kondisyon (pag-unlad, pagbabagong-anyo ng cell, paglago, atbp.) Maaaring co-ipahayag ang higit sa isang klase ng mga intermediate filament na bumubuo ng mga protina

Class I at II na mga intermediate filament: acidic at basic keratins

Ang mga Keratins ay kumakatawan sa karamihan ng mga protina sa mga intermediate filament at, sa mga tao, kinakatawan nila ang higit sa tatlong-kapat ng mga intermediate filament.

Mayroon silang mga molekulang timbang na nag-iiba sa pagitan ng 40 at 70 kDa at naiiba sa iba pang mga intermediate filament protein sa pamamagitan ng kanilang mataas na nilalaman ng glycine at serine residues.

Kilala sila bilang acidic at basic keratins dahil sa kanilang mga isoelectric point, na nasa pagitan ng 4.9 at 5.4 para sa acidic keratins at sa pagitan ng 6.1 at 7.8 para sa mga pangunahing.

Sa dalawang klase na ito, sa paligid ng 30 protina ay inilarawan at naroroon lalo na sa mga epithelial cells, kung saan ang parehong uri ng mga protina ay "co-polymerize" at bumubuo ng mga compound filament.

Marami sa mga pansamantalang kaso ng filament ko ang mga keratins ay matatagpuan sa mga istruktura tulad ng buhok, kuko, sungay, spike, at claws, habang ang mga klase ng II ay ang pinaka-sagana sa cytosol.

Class III mga intermediate filament: Desmin / vimentin type protein

Ang Desmin ay isang 53 kDa acidic protein na, depende sa antas ng phosphorylation nito, ay may iba't ibang mga variant.

Ang ilang mga may-akda ay tinawag din ang mga filamentong desmin na "intermediate muscle filament", dahil ang kanilang presensya ay medyo pinigilan, kahit na sa maliit na dami, sa lahat ng mga uri ng mga cell ng kalamnan.

Sa myofibrils, ang desmin ay matatagpuan sa linya ng Z, kaya naisip na ang protina na ito ay nag-aambag sa mga pag-andar ng contrile ng mga fibers ng kalamnan sa pamamagitan ng pag-andar sa kantong ng myofibrils at ang plasma membrane.

Larawan ng paglamlam ng protina na Vimentin, isang protina ng mga intermediate filament ng epithelial at embryonic cells (Pinagmulan: Viktoriia Kosach sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Kaugnay nito, ang vimentin ay isang protina na naroroon sa mga cell ng mesenchymal. Ang mga intermediate filament na nabuo ng protina na ito ay nababaluktot at natagpuan upang labanan ang marami sa mga pagbabago sa conformational na nagaganap sa panahon ng cell cycle.

Ito ay matatagpuan sa fibroblasts, makinis na mga cell ng kalamnan, puting mga cell ng dugo, at iba pang mga cell sa sistema ng sirkulasyon ng mga hayop.

Class IV na mga intermediate filament: neurofilament protein

Kilala rin bilang "neurofilament", ang klase ng mga intermediate filament na binubuo ng isa sa mga pangunahing istruktura na elemento ng neuronal axons at dendrites; madalas silang nauugnay sa mga microtubule na bumubuo din sa mga istrukturang ito.

Ang mga neurofilament ng mga hayop ng vertebrate ay nakahiwalay, na tinutukoy na ito ay isang triplet ng mga protina ng 200, 150 at 68 kDa na lumahok sa pagpupulong sa vitro.

Naiiba sila sa iba pang mga intermediate filament na mayroon silang mga lateral arm bilang "appendages" na proyekto mula sa periphery nito at gumana sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga kalapit na filament at iba pang mga istraktura.

Ang mga cell ng glial ay gumagawa ng isang espesyal na uri ng mga pansamantalang filament na kilala bilang glial intermediate filament, na naiiba sa istruktura mula sa mga neurofilamente na binubuo sila ng isang solong 51 kDa protina at may iba't ibang mga katangian ng physicochemical.

Intermediate filament class V: nuclear lamina filament

Ang lahat ng mga laminae na bahagi ng nucleoskeleton ay talagang mga intermediate filament protein. Ito ay sa pagitan ng 60 at 75 kDa sa timbang ng molekular at matatagpuan sa nuclei ng lahat ng mga eukaryotic cells.

Mahalaga ang mga ito para sa panloob na samahan ng mga nukleyar na rehiyon at para sa marami sa mga pag-andar ng organelle na ito na mahalaga para sa pagkakaroon ng eukaryotes.

Intermediate filament class VI: Nestinas

Ang ganitong uri ng pansamantalang filament ay may timbang na halos 200 kDa at higit sa lahat ay matatagpuan sa mga stem cell ng gitnang sistema ng nerbiyos. Ang mga ito ay ipinahayag sa panahon ng pag-unlad ng neuronal.

Kaugnay na mga pathology

Mayroong maraming mga sakit sa mga tao na nauugnay sa mga pansamantalang filament.

Sa ilang mga uri ng cancer, tulad ng mga malignant melanomas o mga carcinomas sa suso, halimbawa, ang co-expression ng mga intermediate filament ng vimentin at keratin ay humahantong sa pagkita ng pagkakaiba o interconversion ng mga epithelial at mesenchymal cells.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ipinakita sa eksperimento upang madagdagan ang paglilipat at nagsasalakay na aktibidad ng mga selula ng kanser, na may mahalagang mga implikasyon para sa mga proseso ng metastatic na katangian ng kondisyong ito.

Sinusuri ni Eriksson et al. (2009) ang iba't ibang uri ng sakit at ang kanilang kaugnayan sa mga tiyak na mutasyon sa mga gene na kasangkot sa pagbuo ng anim na uri ng mga intermediate filament.

Ang mga sakit na nauugnay sa mga mutasyon sa mga genes na nag-encode ng dalawang uri ng keratin ay epidermolysis bullosa, epidermolytic hyperkeratosis, corneal dystrophy, keratoderma, at marami pa.

Ang mga uri ng mga pansamantalang filament ay nagsasangkot sa maraming mga cardiomyopathies at sa iba't ibang mga sakit sa kalamnan na pangunahing nauugnay sa dystrophies. Bilang karagdagan, responsable din sila para sa nangingibabaw na mga katarata at ilang uri ng sclerosis.

Maraming mga sindromang neurological at karamdaman ay nauugnay sa mga uri ng fil files, tulad ng Parkinson's. Sa parehong paraan, ang mga depekto sa genetic sa mga uri ng fil at V at VI ay responsable para sa pagbuo ng iba't ibang mga sakit sa autosomal at nauugnay sa paggana ng cell nucleus.

Ang mga halimbawa nito ay ang Hutchinson-Gilford progeria syndrome, Emery-Dreifuss muscular dystrophy, bukod sa iba pa.

Mga Sanggunian

1. Anderton, BH (1981). Mga intermediate filament: isang pamilya ng mga homologous na istruktura. Journal of Muscle Research at Cell Motility, 2 (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B., … Goldman, RD (2009). Ipinakikilala ang mga intermediate filament: mula sa pagkatuklas sa sakit. Ang Journal of Clinical Investigation, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Mga Intermediate Filament: Istraktura, Dinamika, Pag-andar at Sakit. Annu. Rev. Biochem. , 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, & Seftor, REB (1996). Papel ng mga intermediate filament sa paglipat, pagsalakay at metastasis. Mga Review sa Kanser at Metastasis, 15 (4), 507-525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Mga Intermediate Filament: Molecular Structure, Assembly Mechanism, at Pagsasama sa Functionally Distinct Intracellular Scaffolds. Taunang Pagrepaso sa Biochemistry, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Mga Intermediate Filament: Istraktura at Assembly. Mga Cold Spring Harbour Perspectives sa Biology, 8, 1–22.
7. McLean, I., & Lane, B. (1995). Mga intermediate filament sa sakit. Kasalukuyang Opinyon sa Cell Biology, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Molekular at Cellular Biology ng mga Intermediate Filament. Taunang Pagrepaso sa Biochemistry, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Mga intermediate filament. Ang Journal of Cell Biology, 99 (1), 1–6.