Das Zytoskelett. Struktur der Intermediärfilamente. Polymerisation/ Depolymerisation. Einteilung der Intermediärfilamente

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1 Das Zytoskelett Struktur der Intermediärfilamente Polymerisation/ Depolymerisation Einteilung der Intermediärfilamente Zell-Zell- und Zell-Matrix-Verbindungen

2 Einteilung der Zytoskelettsysteme Aktin-Mikrofilamente 7 nm Mikrotubuli 24 nm Intermediärfilamente 8-12 nm

3 Intermediärfilamente

4 Intermediärfilamente Keine Polarität der Filamente Untereinheiten tragen kein ATP oder GTP Keine direkte Rolle bei der Zellbewegung Keine Motorproteine Keratine (rot) und nukleäre Lamine (blau)

5 Intermediärfilamente

6 Intermediärfilamente

7 Intermediärfilamente

8 Intermediärfilamente

9 Intermediärfilamente Ein starres Struktursystem? einzigartige viskoelastische Beschaffenheit IFs widerstehen Deformation / physik. Stress grün = modelliert pink = kristallographisch

10 Intermediärfilamente Ein starres Struktursystem? Rückgrat des Cytoplasma über IFAPs Kontakt zu Mikrotubuli, Mikrofilamenten / Hemidesmosomen, fokalen Adhäsionsplaques große Bedeutung für mechanische Integrität von Zellen und Geweben Mutationen in IF- oder IFAP-kodierenden Genen Haut- und Muskeldefekte

11 Intermediärfilamente Ein starres Struktursystem? Erkenntnisse aus Versuchen in vitro: "self-assembly", unabhängig von Energie oder Cofaktoren rekombinantes humanes Vimentin in "filament buffer"

12 Intermediärfilamente Ein starres Struktursystem? in vivo: GFP-Vimentin

13 Intermediärfilamente Ein starres Struktursystem? in vivo: GFP-Vimentin GFP-Vimentin zieht sich zusammen/ auseinander und wandert durch Zellbereiche (0,6 µm/min)

14 Intermediärfilamente Kein starres Struktursystem?

15 Intermediärfilamente Kein starres Struktursystem?

16 Intermediärfilamente

17 Bullöses Pemphigoid (Alterspemphigus) Chronische, blasenbildende Erkrankung mit prallen subepidermalen Blasen Autoantikörper gegen Proteine der Basalmembranzone Kommt gewöhnlich bei älteren Menschen vor

18 Hemidesmosomen

19 Intermediärfilamente Kinasen / Phosphatasen regulieren IF (Netzwerkumbau, Gleichgewichtslage, Löslichkeit)

20 Intermediärfilamente Kinasen / Phosphatasen regulieren IF (Netzwerkumbau, Gleichgewichtslage, Löslichkeit)

21 Intermediärfilamente

22 Intermediärfilamente Typen I und II: saures und basisches Keratin, vor allem in Epithelzellen produziert Typ III: Vimentin in Fibroblasten, Endothelzellen und Leukozyten; Desmin im Muskel; Glia-Fibrillen in Astrozyten; Peripherin in Nervenzellen Typ IV: Neurofilament H (heavy), M (medium) und L (low); Filensin und Phakinin in der Augenlinse Type V: Lamine kleiden den Zellkern aus

23 Intermediärfilamente

24 Keratine Saure und basische Keratine sind Typ I und II IF-Proteine Beide Formen werden in Zellen synthetisiert und bilden Heterodimere aus In spezifischen Zellen werden bestimmte Keratin-Varianten synthetisiert In Epithelzellen sind Keratin-IFs an der Ausbildung von Desmosomen beteiligt (in Muskelzellen sind Desmosomen aus Desmin aufgebaut)

25 Keratine Desmosomen Hemi-Desmosomen

26 Keratine Desmosomen Hemi-Desmosomen

27 LL lamina lucida; LD lamina densa Keratine

28 LL lamina lucida; LD lamina densa Keratine

29 Keratine Ichthyose (epidermiolytische Hyperkeratose) Häufigkeit 1: Hautrötungen, Blasenbildung, Schuppenbildung in der Nähe der Gelenke Keratingene K1, K10 oder K2e auf Chromosom 12 defekt Ablösung der basalen Zellschichten der Epidermis

30 Keratine Epidermolysis Bullosa Simplex (EBS) Erbkrankheit: Punktmutation in Keratin 14 oder 15 Führt Konformationsänderung im Keratin herbei Keratin-Heterodimerbildung wird gestört Schwaches Keratingerüst in Basalzellen Leichte Reibung führt zu Blasenbildung

31 Intermediärfilamente Typen I und II: saures und basisches Keratin, vor allem in Epithelzellen produziert Typ III: Vimentin in Fibroblasten, Endothelzellen und Leukozyten; Desmin im Muskel; Glia-Fibrillen in Astrozyten; Peripherin in Nervenzellen Typ IV: Neurofilament H (heavy), M (medium) und L (low); Filensin und Phakinin in der Augenlinse Type V: Lamine kleiden den Zellkern aus

32 Typ III Desmin Verbindet Z-Scheiben in Muskelzellen Verbindet Desmosomen in Herzmuskelzellen Vimentin In Fibroblasten, Endothel- und Blutzellen Desmin-Filamente im Muskel Vimentin-Filamente (rot) und Fimbrin (grün) in Podosomen

33 Typ IV

34 Typ IV Neurofilamente L, H, M Über Plektrin-Brücken untereinander und mit Mikrotubuli verbunden Stabilisieren lange Axone NF-H ( kda), NF-M ( kda), NF-L (60-70 kda) Bilden Heteropolymere aus Sind an der Volumenvergrößerung der Axone beteiligt (5-fache Ausdehnung) Defekte können zu Amyotropher Lateralsklerose (ALS) führen Isoliertes Neurofilamentbündel

35 Typ IV Neurofilamente L, H, M Über Plektrin-Brücken untereinander und mit Mikrotubuli verbunden Stabilisieren lange Axone NF-H ( kda), NF-M ( kda), NF-L (60-70 kda) Bilden Heteropolymere aus Sind an der Volumenvergrößerung der Axone beteiligt (5-fache Ausdehnung) Defekte können zu Amyotropher Lateralsklerose (ALS) führen Isoliertes Neurofilamentbündel

36 Typ IV Neurofilamente L, H, M Über Plektrin-Brücken untereinander und mit Mikrotubuli verbunden Stabilisieren lange Axone NF-H ( kda), NF-M ( kda), NF-L (60-70 kda) Bilden Heteropolymere aus Sind an der Volumenvergrößerung der Axone beteiligt (5-fache Ausdehnung) Defekte können zu Amyotropher Lateralsklerose (ALS) führen Isoliertes Neurofilamentbündel

37 Neurofilamente CMT: Charcot-Marie-Tooth disease Akkumulierung von Neurofilamenten im proximalen Axon (Spheroide)

38 Neurofilamente CMT: Charcot-Marie-Tooth disease

39 Intermediärfilamente Lamine vermutlich die ersten IFs, die im Laufe der Evolution entstanden sind Tragen ein Kern-Lokalisationssignal Kleiden den inneren Bereich der Kernhülle aus Phosphorylierung führt zur Auflösung des Lamingerüstes in der Prophase Nach Entfernen der Phosphatreste können sich die Lamine in den Tochterzellen wieder ausbilden

40 Lamine

41 Lamine

42 Lamine cyclinb/cdc42

43 Lamine