Das Zytoskelett. Intrazelluläre Mikrotubuliorganisation. Centrosomen. Mikrotubuli-bindende Proteine

Transkript

1 Das Zytoskelett Intrazelluläre Mikrotubuliorganisation Centrosomen Mikrotubuli-bindende Proteine

2 Filamente des Zytoskeletts halten Zellen in Form Tubulin Aktin DNA

3 Mikrotubuliaufbau in doppel oder dreifach Mikrotubuli besteht die Wand eines Mikrotubulus zum Teil aus der Wand eines angefügten Tubulus A ist ein kompletter Zylinder aus 13 Protofilamenten Die angefügten Tubuli B oder C bestehen aus weniger als 13 Protofilamenten (meistens 10)

4 Dynamische Instabilität

5 MAPs und Catastrophine können die Stabilität der Mikrotubuli beeinflussen

6 Mikrotubuli-bindende Proteine Gelb, MT-bindende Domäne; pink, nach außen gerichtete Domäne; grün, 18 AS Repeats

7 Mikrotubuli-bindende Proteine MAP2 Tau

8 Mikrotubuli-bindende Proteine Expression of tau protein induces process formation in SF9 cells The Sf9 cell bodies have a round shape, with diameter of 20 µm. After expression of tau protein they develop a single process per cell, with uniform diameter of 1-2 µm and up to 100 µm long. from: Biernat and Mandelkow, Molec.Biol.Cell., 10, ,1999.

9 Alzheimer Erkrankung Neurofibrillenbündel Senile Plaques normales Gehirn verdickte 20 nm Fibrillen im Cytolasma und Neuriten von Neuronen zwei Filamente sind helical umeinander gewunden Mikrotubuli-assoziiertes Protein Tau bildet die Hauptkomponente Alzheimer Hirn Alois Alzheimer extrazelluläre Ablagerungen eines -Amyloidproteins in fibrillärer (7-10 nm) und nichtfibrillärer Form kommt in diffusen und senilen Plaques vor

10 Mikrotubuli-bindende Proteine PHF: paired helical filaments

11 Mikrotubuli-bindende Proteine Alzheimer-Patient rekombinantes tau-protein

12 Mikrotubuli-bindende Proteine

13 Centrosomen Mikrotubuli bilden sich an isolierten Centrosomen aus Ultradünnschnitt von isolierten Centrosomen Durch Erhöhung der Tubulin-Konzentration steigt die Zahl der Nukleationsereignisse

14 Centrosomen Mikrotubuli bilden sich an isolierten Centrosomen aus Ultradünnschnitt von isolierten Centrosomen

15 Centrosomen Mikrotubuli bilden sich an isolierten Centrosomen aus

16 Centrosomen Positionierung von MTOCs in micro-glaskammern (Holy et al., PNAS, 1997, 10: )

17 Centrosomen Der Xenopus γ-tubulin Ring Komplex γ-tubulin Bindung an Mikrotubuli Negativ-stain EM-Aufnahme des γ-tubulin Ring Komplexes Im γ-tubulin Ring Komplex sind mehrere Proteine mit α-, β- und γ-tubulin verbunden Der Komplex hat eine Ringstruktur (linksgängige Helix), mit nm Durchmesser Er bindet ausschließlich an ein Mikrotubuliende

18 Centrosomen γ-tubulin

19 Centrosomen

20 Centrosomen MT-Bildungsorte (γ-tubulin Ringkomplexe) Centriolenpaar Centrosomen-Matrix = pericentrioläre Region vom γ-tubulin Ringkomplex gebildete MT

21 Centrosomen - verschiedene tierische Zellen (z.b. Maus-Embryo) und höhere Pflanzen haben keine Centrosomen - molekulare Motoren

22 Centrosomen

23 Centrosomen

24 Mitose/ Zellteilung

25 Centrosomen Die Bildung der Tochter-Centriolen beginnt während der S-Phase Jedes Paar wird auf die Tochterzellen verteilt Reorientierung der Centriolen in der G1-Phase

26 Centrosomen 1) Kinetochor-MTs 2) Interpolare MTs 3) Astrale MTs

27 Modelle der Chromatidenpaarung auf der Metaphasenplatte a) Ostergren, 1940 ziehende Kräfte für zentrieren auf der Metaphasen-Platte b) Inoue, 1960 Protein Assembly Dynamics c) McIntosh, 1969 Molekulare Motoren, Polarität der MTs d) Margolis, Wilson, 1981 Tretmühlenmodell e) Heute Polarisation der MTs f) Heute Kinesin-5 & Kinesin 10 (rot), Dynein (gelb) organisieren die Spindel

28 Centrosomen Der Aufbau des Spindelapparates hängt von der Anwesenheit von Ran-GTP ab

29 Centrosomen

30 Entwicklung der Asymmetrie von Mikrotubuli in Epithelzellen nicht-centrosomale Microtubuli Ninein, nicht-centrosomales γ-tubulin