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

(1)

İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji AD Prof. Dr. Filiz Aydın

Mikrotubuller ve

Ara çaplı (IF) filamanlar

Doç. Dr. Çiğdem KEKİK ÇINAR

(2)

ARA ÇAPLI FİLAMANLAR MİKROTUBULLER AKTİN FİLAMANLAR

A B C

(3)

Hücre İskeletinin Temel Elemanları

MİKROFİLAMANLAR • Aktin (F ve G)

(7 nm)

MİKROTUBULLER • Tubulin (alfa, beta, gamma) (25 nm)

•Keratinler

•Nörofilaminler

•Vimentin

ARAFİLAMANLAR (IF) •Desmin

(10nm) •GFAP

•Laminler

•Nestin

•Periferin

(4)

Mikrotubuller

 Tubulin

Birbiri ile çok benzer 55kd’luk iki polipeptidden (α- tubulin ve β-tubulin) oluşan bir dimerdir.

 Heterodimer olmak üzere birleşir ve mikrotubul oluşturur.

 GTP enerjisinden faydalanılır.

 Pek çok mikrotubul ilişkili protein vardır (MAP’lar).

b - tubulin a - tubulin

(5)

b - tubulin a - tubulin Serbest

tubulin dimeri

GTP ve Mg2+

varlığında, 37

⁰

C’de

polimerize olabilirler.

 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.

(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)

mikrotubul protofilaman

Alfa

Beta

25nm

(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)

Eksi uç

Mikrotubul hareketleri

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:

GTP, Ca+2, PH 6,8 Tubulin

heterodimerleri mikrotubuller

düşük ısı, yüksek PH, kolşisin.

(15)

Sentriol Perisentriolar materyal

Sentrozom (Mikrotubul organize edici bölge –MTOC) Mikrotubul oluşumundan sorumludur.

mikrotubul

(16)

Perisentriol materyal nedir?

 Sentrozom matriksi olarak isimlendirilir.

 Mikrotubullerin çekirdeklenme yeridir.

 Mikrotubul yapısı ile ilgili spesifik proteinler içerir.

γ tubulin

MAP

Tau

(17)

-tubulin ring complex lockwasher shape

cap

Perisentriolar materyaldeki -tubulin halka kompleksi (-TURC), mikrotübül yapım yeridir. – uçları ile MTOC’da + uçları ile hücre zarına uzarlar.

(18)

MAP

Mikrotübül kenarları boyunca bağlanır, mikrotübül yapılarının dağılmalarına karşı kararlı hale getirir.

Yüksek molekül ağırlıklı proteinler (MAP) MW: 200.000- 3000.000

MAP’lar, in vitro mikrotubul polimerizasyonunun nukleasyon adımını hızlandırır.

Mikrotubule bağlanan kısım, Mikrotubul’ü hücrenin diğer

komponentlerine bağlayan kısım

(19)

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: 40.000- 60.000

Tau geninde meydana gelen mutasyon iletim bozukluğuna, Alzhemier ve Parkinson hastalıklarına neden olur

Tau

(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

Etki şekli

Taksol Mikrotubullere bağlanarak sabitler

Kolşisin, kolşemid Altbirimlere bağlanarak polimerizasyonu engeller

Vinblastin , vinkristin Altbirimlere bağlanarak depolimerizasyona neden olur Nocodazol Altbirimlere bağlanarak polimerizasyonu engeller

(27)

Sentrozom

Sitoplazmik mikrotubullerin organizasyonunu sağlar

Sentriyoller

Flagella ve Sil yapısı içerisindeki mikrotubulleri organize eder

Mikrotubul özelleşmeleri

(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

kinesin dinein

10nm

25nm

(35)

Aksonemal dinein

 Sil ve flagella yapısında bulunur

Dinein

Motor protein -ATPaz

mikrotubul

Sitoplazmik dineinden daha komplekstir

Dinein molekülünün motor kısmı B tubule

Kuyruk kısmı ise A tubulune bağlanır.

(36)

(37)

Mikrotubule bağlı motor moleküller

Aksonemal dinein * Flagellumda yer alan mikrotubullerin kayma hareketleri,

* Mikrotubullerin (-) ucuna doğru taşınması

Sitoplazmik dinein * Mikrotubullerin (-) ucuna doğru partikül ve veziküllerin taşınması

Kinesin * Mikrotubullerin (+) ucuna doğru partikül ve veziküllerin taşınması

Dinamin * 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 100 000 alzheimer vakası görülmektedir.

Kesin tedavi yoktur.

1907 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)

Keratinler

Vimentin

Nörofilaman proteinleri Nüklear laminler

Amino termal uç karboksi termainal uç

a-helikal domain

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

≥ 15

Epitel

Tip II

Bazik Keratinler

≥ 15

Epitel

Tip III Desmin

Glial fibriller asetik proteinler Vimentin

Periferin

1 1 1 1

İskelet kası,kalp kası ve düz kas Glial hücreler ve astrositler Çeşitli mezankimal hücreler Nöronlar

Tip IV NF-L NF-M NF-H

İnterneksin nestin

1 1 1 1 1

Akson ve dentritlerde

Medulla spinalis, optik sinirlerde Gelişen nöron ve kas hücrelerinde

Tip V Lamin A Lamin B Lamin C

1 1 1

Gelişen sentral sinir sistemi Nöro-epitelyal kök hücreler Tüm hücreler(nüklear laminler)

Çok sayıda alt tipi bulunmakta olup Sitoplazmik plaklar dezmozom ve

hemidezmozom yapısına katılırlar

(61)

Nüklear laminler Diğer Ara çaplı filaman

yapılarından farklıdır:

Merkezi bölge uzun

Nüklear lokalizasyon sinyaline sahip

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

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 normal

(68)

(69)

IF proteinleri Teşhis Sitokeratinler

Glial fibriller asitik proteinler Vimentin

Desmin

Epitalyal orjinli farklılaşmamış tümörler, karsinomlar adenokarsinomlar

Bazı glial tümörler Bağ dokusu tümörleri Kas tümörleri

(70)

Te ^ş ekkürler ^...

Ani Harabeleri, KARS