FILAMENTE INTERMEDIARE: STRUCTURĂ, TIPURI, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

De filamente intermediare , de asemenea , cunoscute în literatura de specialitate ca „“ (FI filamentelor intermediare limba engleză), sunt o familie de proteine fibroase insoiubiie citoplasmice sunt prezente în toate celulele eucariotelor multicelulare.

Ele fac parte din citoschelet, care este o rețea filamentoasă intracelulară care este responsabilă în principal de susținerea structurii celulare și a diverselor procese metabolice și fiziologice, cum ar fi transportul veziculelor, mișcarea și deplasarea celulelor etc.

Microscopie de imunofluorescență a două proteine ​​din filamentele intermediare ale astrocitelor (Vimentin și GFAP) (Sursa: GerryShaw prin Wikimedia Commons)

Alături de microtubuli și microfilamente, filamentele intermediare participă la organizarea spațială a organelelor intracelulare, la procesele de endocitoză și exocitoză, precum și la procesele de diviziune celulară și comunicare intercelulară.

Primele filamente intermediare care au fost studiate și descrise au fost keratinele, unul dintre primele tipuri de proteine ​​a căror structură a fost analizată prin difracția de raze X în anii '30.

Conceptul de filamente intermediare, însă, a fost introdus în anii 1980 de către Lazarides, care i-a descris ca fiind „integratori mecanici complecși ai spațiului celular”, caracterizați prin insolubilitatea lor și prin capacitatea lor de a se reasambla in vitro după denaturare.

Mulți autori sunt considerați ca elemente „tampon” de stres pentru celulele animale, deoarece sunt filamente mai flexibile decât microtubuli și microfilamente. Nu se găsesc numai în citoschelet, dar fac parte și din nucleoschelet.

Spre deosebire de celelalte componente fibroase ale citoscheletului, filamentele intermediare nu participă direct la procesele de mobilitate a celulelor, ci funcționează mai degrabă în menținerea structurală și rezistența mecanică a celulelor.

Structura

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

Filamentele intermediare au un diametru aproximativ de 10 nm, caracteristică structurală pentru care au fost numiți, deoarece mărimea lor este între mărimile corespunzătoare filozei de miosină și actină, care sunt între 25 și 7 nm. respectiv.

Acestea diferă structural de celelalte două tipuri de filamente cito-scheletice, care sunt polimeri proteici globulari, prin faptul că unitățile lor constitutive sunt proteine ​​fibroase α-elicoidale de lungă durată care se grupează pentru a forma structuri asemănătoare cu frânghia.

Toate proteinele care formează filamentele intermediare au o organizație moleculară similară, constând dintr-un domeniu α-elicoidal sau „funie” care are cantități diferite de segmente „formatoare de bobine” de aceeași dimensiune.

Acest domeniu elicoidal este flancat de un „cap” non-elicoidal N-terminal și de o „coadă” non-elicoidală la capătul C-terminal, ambele variază atât în ​​secvență de mărime cât și în aminoacizi.

În secvența acestor două capete se află motivele de consens care sunt comune pentru cele 6 tipuri de filamente intermediare cunoscute.

La vertebrate, domeniul „coardă” al proteinelor cu filament intermediar citosolic este de aproximativ 310 reziduuri de aminoacizi, în timp ce proteinele citosolice de nevertebrate și lamine nucleare au aproximativ 350 de aminoacizi.

Asamblare

Filamentele intermediare sunt structuri „auto-asamblate” care nu posedă activitate enzimatică, care le diferențiază și de omologii lor cito-scheletici (microtubuli și microfilamente).

Aceste structuri sunt asamblate inițial sub formă de tetramere ale proteinelor filamentoase care le formează sub influența doar a cationilor monovalenți.

Aceste tetramere au o lungime de 62 nm și monomerii lor se asociază lateral pentru a forma filamente de lungime unitară (UFL), cunoscute sub denumirea de faza 1 a asamblării, care apare foarte rapid. .

UFL-urile sunt precursorii filamentelor lungi și, din moment ce dimerele care le formează sunt unite în mod antiparalel și eșalonat, aceste unități au un domeniu central cu două domenii flancare prin care se produce faza a 2-a alungirii. , unde are loc unirea longitudinală a altor UFL-uri.

În timpul ceea ce a fost denumit ca faza 3 a asamblării, are loc compactarea radială a diametrului filamentelor, ceea ce produce filamente intermediare mature cu diametrul mai mare sau mai mic de 10 nm.

Caracteristici

Funcțiile filamentelor intermediare depind considerabil de tipul de celulă considerat și, în cazul animalelor (inclusiv al oamenilor), expresia lor este reglată într-un mod specific țesutului, motiv pentru care depinde și de tipul de țesut decât în ​​studiu.

Epitelii, mușchii, celenele mezenchimale și gliale și neuronii au diferite tipuri de filamente, specializate în funcție de celulele de care aparțin.

Printre aceste funcții, cele mai importante sunt menținerea structurală a celulelor și rezistența la diferite eforturi mecanice, deoarece aceste structuri au o anumită elasticitate care le permite să amortizeze diferite tipuri de forțe impuse celulelor.

Tipuri de filamente intermediare

Proteinele care compun filamentele intermediare aparțin unei familii mari și eterogene de proteine ​​filamentoase care sunt diferite din punct de vedere chimic, dar care se disting în șase clase în funcție de omologia lor de secvență (I, II, III, IV, V și VI).

Deși nu este foarte frecventă, diferite tipuri de celule, în condiții foarte particulare (dezvoltare, transformare celulară, creștere etc.) pot co-exprima mai multe clase de proteine ​​intermediare care formează filament

Filamente intermediare de clasa I și II: cheratine acide și bazice

Keratinele reprezintă majoritatea proteinelor din filamentele intermediare și, la om, reprezintă mai mult de trei sferturi din filamentele intermediare.

Au greutăți moleculare care variază între 40 și 70 kDa și diferă de alte proteine ​​cu filament intermediar prin conținutul ridicat de glicină și resturi de serină.

Sunt cunoscute sub denumirea de keratine acide și bazice datorită punctelor lor izoelectrice, care sunt cuprinse între 4,9 și 5,4 pentru keratinele acide și între 6,1 și 7,8 pentru cele bazice.

În aceste două clase, au fost descrise în jur de 30 de proteine ​​și sunt prezente în special în celulele epiteliale, unde ambele tipuri de proteine ​​„co-polimerizează” și formează filamente compuse.

Multe dintre cheratinele de caz I cu filament intermediar se găsesc în structuri precum părul, unghiile, coarnele, vârfurile și ghearele, în timp ce cele din clasa a II-a sunt cele mai abundente în citosol.

Filamente intermediare de clasa III: proteine ​​de tip Desmin / vimentin

Desmin este o proteină acidă de 53 kDa care, în funcție de gradul său de fosforilare, are diferite variante.

Unii autori au numit, de asemenea, filamente desmin „filamente musculare intermediare”, deoarece prezența lor este destul de restrânsă, deși în cantități mici, la toate tipurile de celule musculare.

În miofibrilele, desmin se găsește în linia Z, de aceea se crede că această proteină contribuie la funcțiile contractile ale fibrelor musculare prin funcționarea la joncțiunea miofibrilelor și a membranei plasmatice.

Fotografie a colorației proteinei Vimentin, o proteină a filamentelor intermediare ale celulelor epiteliale și embrionare (Sursa: Viktoriia Kosach via Wikimedia Commons)

La rândul său, vimentina este o proteină prezentă în celulele mezenchimale. Filamentele intermediare formate de această proteină sunt flexibile și s-a descoperit că rezistă la multe dintre schimbările de conformație care apar în timpul ciclului celular.

Se găsește în fibroblaste, celule musculare netede, celule albe din sânge și alte celule din sistemul circulator al animalelor.

Filamente intermediare de clasa a IV-a: proteine ​​neurofilamentale

Cunoscută și sub denumirea de „neurofilamente”, această clasă de filamente intermediare cuprinde unul dintre elementele structurale fundamentale ale axonilor neuronali și dendritelor; ele sunt adesea asociate cu microtubulii care alcătuiesc și aceste structuri.

Neurofilamentele animalelor vertebrate au fost izolate, determinând că este o triplă de proteine ​​de 200, 150 și 68 kDa care participă la asamblare in vitro.

Ele diferă de alte filamente intermediare prin faptul că au brațe laterale ca „apendice” care se proiectează de la periferia acesteia și funcționează în interacțiunea dintre filamentele vecine și alte structuri.

Celulele gliale produc un tip special de filamente intermediare cunoscute sub denumirea de filamente intermediare gliale, care diferă structural de neurofilamente, prin faptul că sunt compuse dintr-o singură proteină de 51 kDa și au proprietăți fizico-chimice diferite.

Filament intermediar clasa V: filamente cu lamina nucleara

Toate lamele care fac parte din nucleoschelet sunt de fapt proteine ​​cu filament intermediar. Acestea au între 60 și 75 kDa în greutate moleculară și se găsesc în nucleele tuturor celulelor eucariote.

Ele sunt esențiale pentru organizarea internă a regiunilor nucleare și pentru multe dintre funcțiile acestui organ esențial pentru existența eucariotelor.

Clasa de filament intermediară VI: Nestinas

Acest tip de filament intermediar cântărește aproximativ 200 kDa și se găsește predominant în celulele stem ale sistemului nervos central. Sunt exprimate în timpul dezvoltării neuronale.

Patologii conexe

La om sunt multiple boli care sunt legate de filamentele intermediare.

În unele tipuri de cancer, cum ar fi melanomele maligne sau carcinoamele mamare, de exemplu, co-exprimarea filamentelor intermediare ale vimentinei și keratinei duce la diferențierea sau interconversia celulelor epiteliale și mezenchimale.

Acest fenomen a fost demonstrat experimental pentru a crește activitatea migratoare și invazivă a celulelor canceroase, ceea ce are implicații importante pentru procesele metastatice caracteristice acestei afecțiuni.

Eriksson și colab. (2009) analizează diferitele tipuri de boli și relația lor cu mutații specifice la genele implicate în formarea celor șase tipuri de filamente intermediare.

Bolile asociate cu mutațiile genelor care codifică cele două tipuri de keratină sunt epidermoliza bullosa, hiperkeratoza epidermolitică, distrofia corneei, keratodermia și multe altele.

Filamentele intermediare de tip III sunt implicate în numeroase cardiomiopatii și în diferite boli musculare legate în principal de distrofii. În plus, aceștia sunt responsabili și pentru cataracta dominantă și pentru unele tipuri de scleroză.

Multe sindroame și afecțiuni neurologice sunt asociate cu filamente de tip IV, cum ar fi Parkinson. În același mod, defectele genetice din filamentele de tip V și VI sunt responsabile pentru dezvoltarea diferitelor boli autosomale și legate de funcționarea nucleului celular.

Exemple de acestea sunt sindromul progeria Hutchinson-Gilford, distrofia musculară Emery-Dreifuss, printre altele.

Referințe

1. Anderton, BH (1981). Filamente intermediare: o familie de structuri omologe. Journal of Muscle Research and Cell Motility, 2 (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B., … Goldman, RD (2009). Introducerea filamentelor intermediare: de la descoperire la boală. The Journal of Clinical Investigation, 119 (7), 1763–1717.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Filamente intermediare: structură, dinamică, funcție și boală. Annu. Rev. Biochem. , 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, & Seftor, REB (1996). Rolul filamentelor intermediare în migrație, invazie și metastază. Recenzii despre cancer și metastaze, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Filamente intermediare: structură moleculară, mecanism de asamblare și integrare în eșafodele intracelulare distincte funcțional. Revizuirea anuală a biochimiei, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Filamente intermediare: structură și asamblare. Perspectivele din Spring Spring Harbor în Biologie, 8, 1–22.
7. McLean, I., & Lane, B. (1995). Filamente intermediare în boală. Opinia curentă în biologia celulară, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Biologia moleculară și celulară a filamentelor intermediare. Revizuirea anuală a biochimiei, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Filamente intermediare. The Journal of Cell Biology, 99 (1), 1–6.