Informacja

12.2: Filamenty pośrednie – biologia

12.2: Filamenty pośrednie – biologia



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

„Włókna pośrednie” to w rzeczywistości ogólna nazwa rodziny białek (pogrupowanych w 6 klas w oparciu o sekwencję i strukturę biochemiczną), które pełnią podobne funkcje w ochronie i kształtowaniu komórki lub jej składników. Co ciekawe, można je znaleźć nawet w jądrze. Filaminy jądrowe, które stanowią włókna pośrednie klasy V, tworzą silną siatkę ochronną przymocowaną do wewnętrznej powierzchni błony jądrowej. Neurony mają neurofilamenty (klasa IV), które pomagają zapewnić strukturę aksonom — długim, cienkim i delikatnym przedłużeniom komórki, które u dużych zwierząt mogą potencjalnie mieć kilka metrów długości. Komórki skóry mają wysokie stężenie keratyny (klasa I), która nie tylko przepływa przez komórkę, ale łączy się niemal bezpośrednio z włóknami keratynowymi sąsiednich komórek poprzez rodzaj komórkowej struktury adhezyjnej zwanej desmosomem (opisanym w następnym rozdziale). Pozwala to na rozłożenie nacisku, który może rozerwać pojedynczą komórkę, na wiele komórek, dzieląc ciężar, a tym samym chroniąc każdego członka. W rzeczywistości wady rozwojowe keratyn lub białek tworzących desmosomy mogą prowadzić do stanów określanych zbiorczo jako pęcherzowy naskórek, w którym skóra jest niezwykle delikatna, tworzy pęcherze i rozpada się przy niewielkim kontakcie, co zagraża pierwszej linii obrony pacjenta przed infekcją.

Większość włókien pośrednich mieści się w przedziale 50-100 kDa, w tym keratyny (40-67 kDa), laminy (60-70 kDa) i neurofilamenty (62-110 kDa). Wyjątek stanowi Nestin (klasa VI), występujący głównie w neuronach, o masie około 240 kDa.

Strukturalnie, jak wspomniano wcześniej, wszystkie lamenty pośrednie zaczynają się od podjednostki włóknistej (rysunek (PageIndex{2})). To następnie zwija się wokół innej włóknistej podjednostki, tworząc dimer zwiniętej cewki lub protofilament. Te protofilamenty następnie oddziałują, tworząc tetramery, które są uważane za podstawową jednostkę budowy włókien pośrednich. Korzystanie z białek o nazwie plektyny, lamenty pośrednie można łączyć ze sobą, tworząc arkusze i siatki. Plektyny mogą również łączyć lamenty pośrednie z innymi częściami cytoszkieletu, podczas gdy inne białka mogą pomagać w przyłączaniu cytoszkieletu IF do błony komórkowej (np. desmoplakina). Najbardziej uderzającą cechą włókien pośrednich jest ich względna trwałość. Raz wykonane zmieniają się i poruszają bardzo powoli. Są bardzo stabilne i nie psują się łatwo. Zwykle nie są całkowicie obojętne, ale w porównaniu z mikrotubulami i mikrofilamentami czasami wydają się być.

Pęcherzowe oddzielanie się naskórka to zbiór chorób wrodzonych spowodowanych mutacjami w genach keratyny KRT5 lub KRT14 lub w genie plektyny PLEC1. Mutacje te albo osłabiają polimeryzację keratyny we włókna, albo interakcję między włóknami keratynowymi. Prowadzi to do niezdolności każdej pojedynczej komórki do utrzymania integralności strukturalnej pod wpływem nacisku. Inny typ EB, pęcherzowe oddzielanie się naskórka (JEB), jest spowodowany mutacjami receptorów integryn (b4, a6) lub laminin. Obejmuje to chorobę JEB gravis lub Herlitza, która jest najcięższa, często prowadząca do wczesnej śmierci poporodowej. JEB jest również związany z dystroficznymi chorobami pęcherzowymi naskórka (DEB), takimi jak Cockayne-Touraine, z których każda jest spowodowana mutacją w kolagenie typu VII. Produkty genów zaangażowane w JEB i DEB omówiono bardziej szczegółowo w następnym rozdziale. Odgrywają rolę w przyleganiu komórek do błony podstawnej, a bez nich dezorganizacja komórek prowadzi do niepełnych połączeń między komórkami naskórka, a tym samym upośledzenia podziału nacisku.

Niektóre formy Choroba Charcota-Marie-Tootha, najczęstsza dziedziczna choroba nerwów obwodowych, jest również powiązana z mutacjami genów włókien pośrednich. Choroba ta, znana również jako atrofia mięśni strzałkowych lub dziedziczna ruchowa neuropatia czuciowa, jest nie śmiertelną chorobą zwyrodnieniową, która atakuje przede wszystkim nerwy dystalnych ramion i nóg. Istnieje wiele różnych typów i przyczyn CMT, z których najczęstsze to wady rozwojowe komórek Schwanna i otoczki mielinowej, które tworzą. CMT typu 2 charakteryzuje się wadami rozwojowymi aksonów nerwów obwodowych i jest związana z mutacjami białek laminy A i neurofilamentów światła. Mechanizm przyczynowy nie został jeszcze ustalony; jednak neurofilamenty są istotnymi elementami w utrzymaniu integralności długich aksonów.


Łańcuch lekki neurofilamentów/łańcuch ciężki neurofilamentów

Shoji Yokobori ,. Hiroyuki Yokota, w Biomarkerach urazowego uszkodzenia mózgu, 2020

Abstrakcyjny

Neurofilamenty (NF) to włókna pośrednie, które tworzą cytoszkielet neuronalny. Heteropolimer NF składa się z fragmentów łańcucha lekkiego (NFL), łańcucha średniego (NFM) i łańcucha ciężkiego (NFH). Po uszkodzeniu aksonów poziom fragmentów NF w surowicy jest podwyższony, co skutkuje zaburzeniem struktury aksonów. Fosforylowana forma ciężkiej podjednostki (pNFH) jest specyficzna dla aksonów i może być wykryta we krwi za pomocą testu immunologicznego po uszkodzeniu aksonów. Zatem poziomy NF w surowicy mogą pomóc w ocenie uszkodzenia aksonów u pacjentów z urazowym uszkodzeniem mózgu (TBI). Tutaj dokonujemy przeglądu potencjału tego biomarkera do celów diagnostycznych i prognostycznych. Ze względu na opóźniony szczyt stężenia pNF, poziomy pNF są uważane za nieodpowiednie do wykrywania natychmiastowego TBI i monitorowania wtórnego uszkodzenia mózgu. W przeciwieństwie do tego, ponieważ odzwierciedlają zniszczenie struktur aksonalnych, NF mogą być bardziej odpowiednie do przewidywania rokowania TBI.


Opcje dostępu

Uzyskaj pełny dostęp do dziennika przez 1 rok

Wszystkie ceny są cenami NETTO.
VAT zostanie doliczony później w kasie.
Kalkulacja podatku zostanie sfinalizowana podczas realizacji transakcji.

Uzyskaj ograniczony czasowo lub pełny dostęp do artykułów w ReadCube.

Wszystkie ceny są cenami NETTO.


Część 3: Ewolucja dynamicznego cytoszkieletu

00:08.0 Witam. Jestem Julie Theriot z Uniwersytetu Stanforda,
00:11.1 i wróciłem do trzeciej części mojej prezentacji iBio Seminars.
00:15.0 Teraz, w pierwszych dwóch częściach,
00:16.3 Skupiłem się na dobrze rozumianych systemach
00:18.3 z silnymi dowodami eksperymentalnymi
00:20.2 potwierdzające wszystkie wnioski, które ci mówiłem.
00:22.3 W trzeciej części
00:24.1 Zamierzam wejść na pole dzikich spekulacji,
00:27.1 i faktycznie mam zamiar szaleńczo spekulować
00:28.3 o największych pytaniach ze wszystkich
00:31.1 w kontekście biologii,
00:33.1 czyli jak rzeczy ewoluują.
00:35.1 A w szczególności o czym chciałbym porozmawiać
00:38.1 to kilka pomysłów na duży obraz
00:40.2 o dynamicznym cytoszkielecie
00:42.2 ewoluował przez całą historię życia na Ziemi
00:45.0 aby dać nam tak niesamowicie zróżnicowaną tablicę
00:48.1 typów komórek, struktur,
00:50.1 i zachowań komórek.
00:52.2 Aby to zilustrować,
00:54.1 tutaj po lewej mam obraz
00:56.2 jednego z najwspanialszych pierwotniaków,
00:58.2 o nazwie Stentor,
00:59.3 co jest absolutnie ogromną komórką
01:02.0 z, jak widzisz, bardzo szczegółową specjalizacją subkomórkową
01:04.1 pod względem struktury.
01:06.1 A potem po prawej,
01:08.0 jaskrawo zabarwiona mikrografia elektronowa
01:09.1 niektórych bakterii,
01:10.3, które są dość zróżnicowane pod względem ich
01:13.3 składniki molekularne,
01:15.2 ale dość podobny i dość prosty
01:17.2 pod względem ich kształtu.
01:20.0 Jedna z rzeczy, która stała się bardzo jasna
01:22.0 we współczesnej erze sekwencjonowania
01:25.2 potwierdza coś, co oczywiście miał Darwin
01:29.1 pierwotnie spekulowano jakiś czas temu,
01:31.2, co jest propozycją, że…
01:33.2 wszystkie organizmy, które obecnie żyją na naszej planecie
01:35.1 pochodzą od wspólnego przodka komórkowego
01:38.0 lub wspólna pula przodków komórek.
01:41.1 I z pewnością jeden z najbardziej niezaprzeczalnych dowodów
01:44.0 na poparcie tej hipotezy
01:45.1 jest obserwacją, że istnieje
01:47.1 ogromna liczba składników molekularnych
01:49.3, które są wysoce konserwowane
01:51.2 we wszystkich gałęziach życia.
01:54.1 Ta konkretna ilustracja
01:56.3 pokazuje podobieństwo sekwencji między rybosomalnym RNA
02:00.1 dla bakterii,
02:02.2 dla archeonów,
02:03.2 i dla eukariontów (eukariontów).
02:05.1 A fakt, że jest to możliwe
02:07.1 uporządkować wszystkie znane żywe komórki na Ziemi
02:09.2 w takim drzewie,
02:11.3 gdzie wszystko wygląda na powiązane ze wszystkim innym
02:13.2 jest bardzo dobrą wskazówką, że w rzeczywistości
02:17.0 wszystkie rybosomalne RNA
02:18.2, które istnieją w komórkach współczesnej Ziemi
02:20.2 wszystkie pochodziły od jakiegoś wspólnego przodka
02:22.3 z powrotem w jakimś odległym punkcie w przeszłości.
02:25.2 Wspólny przodek na tym diagramie
02:27.1 jest oznaczone zielonym kółkiem,
02:28.3 i czule nazywa się "LUCA",
02:30.1 co oznacza ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka.
02:32.2 To nie była pierwsza komórka,
02:34.1 to była tylko ostatnia komórka
02:36.1 które dały początek wszystkiemu, co żyje dzisiaj,
02:38.1 i było już bardzo skomplikowane.
02:40.0 Miał już rybosomy, miał już DNA,
02:42.2 zawierał już większość składników centralnego metabolizmu,
02:45.1 w tym m.in.
02:46.2 wszystkie enzymy biorące udział w glikolizie,
02:48.2 i zawierał również elementy cytoszkieletu.
02:51.1 I wiemy o tym, ponieważ
02:53.1 te wspólne składniki
02:54.2 znajdują się w każdym oddziale
02:57.2 obecnie żywych organizmów.
02:59.3 Teraz, biorąc pod uwagę, że wszyscy zaczęli
03:02.0 w ramach tej samej rodziny,
03:03.1 to ciekawe, myślę,
03:05.1 spekulować, dlaczego tak jest?
03:08.1 niektóre części tego drzewa życia
03:10.0 zachowywali się tak inaczej
03:12.1 z innych części drzewa życia,
03:14.0 a w szczególności chciałbym dokonać rozróżnienia
03:16.3 między tym, co luźno nazywam prokariotami,
03:19.2 które znajdują się w górnej części drzewa,
03:21.1 i obejmuje bakterie i archeony,
03:24.1, które są bardzo wyraźnymi gałęziami,
03:26.0 w porównaniu z eukariontami w dolnej części drzewa.
03:28.3 Teraz, chociaż bakterie i archeony
03:31.0 nie są ze sobą bliżej spokrewnieni
03:33.1 niż dla eukariontów,
03:34.3 są jednak dość podobne morfologicznie,
03:38.1 i właściwie nawet nie wiedzieliśmy, że archeowce
03:41.1 istniało jako oddzielne królestwo, dopóki nie zaczęły pojawiać się dane sekwencjonowania,
03:44.0 ponieważ jeśli spojrzysz przez mikroskop,
03:45.2 bardzo trudno odróżnić
03:47.0 między bakterią a archeonem.
03:49.2 Podczas gdy morfologia jest bardzo prosta
03:51.3 u tych prokariontów metabolizm jest niezwykle zróżnicowany,
03:55.0, więc prawie każda interesująca chemia
03:57.2, co dzieje się w żywych organizmach
03:59.1 został po raz pierwszy wymyślony przez prokariontów.
04:02.1 A więc, co mamy dla nas po eukariotycznej stronie drzewa?
04:05.2 Cóż, chociaż nasza chemia nie jest
04:07.3 koniecznie tak interesujący lub złożony
04:09.1 jako co się dzieje z maluchami,
04:11.1 mamy morfologię.
04:12.2 Stajemy się bardzo duzi,
04:13.2 robimy się bardzo skomplikowani,
04:15.0 i otrzymujemy bardzo wielokomórkowe.
04:16.2 Tak więc w tym kontekście wszystkich…
04:18.3 będąc spokrewnionym ze wszystkimi innymi,
04:20.1 i w rzeczywistości wszystkie te różne organizmy
04:23.0 posiadanie czegoś, co wygląda jak białka cytoszkieletu,
04:25.1 Myślę, że to bardzo interesujące pytanie,
04:28.0 cóż, czym tak naprawdę jest to, że eukarionty różnią się od prokariontów?
04:31.0 W szczególności, co daje eukarionty?
04:33.0 umiejętność posiadania tak niezwykle zróżnicowanego
04:35.1 i skomplikowane morfologie komórkowe,
04:37.0 na podstawie struktur cytoszkieletu?
04:41.0 Tylko po to, by znowu
04:42.3 dać ci trochę posmaku
04:44.2 rodzaju różnorodności, którą znajdziesz
04:46.1 nawet w bardzo blisko spokrewnionej grupie eukariontów,
04:48.2 to są niektóre ilustracje
04:50.0 od jednego z wielkich mikroskopów XIX wieku,
04:52.3 pokazuje tylko grupę dość blisko spokrewnionych
04:55.1 orzęski i wiciowce.
04:56.2 Każdy z nich to organizmy jednokomórkowe.
04:58.1 nie wszystkie są ze sobą narysowane w skali.
05:00.0 to jest Stentor,
05:01.2, którego zdjęcie pokazałem na pierwszym slajdzie,
05:03.1 i wiele innych znanych organizmów,
05:06.0 w tym np. Pantofelek, tutaj,
05:08,3 i Giardia.
05:10.3 I wszystkie te komórki,
05:12.2 do pierwszego przybliżenia,
05:14.0 mają te same komponenty.
05:15.1 Jeśli spojrzysz na białkowe składniki tych komórek,
05:17.2 z pewnością są rzeczy, które trochę się między nimi różnią,
05:20.0 ale główne komponenty,
05:21.1 z pewnością główne elementy konstrukcyjne,
05:22.3 są dość dobrze zachowane,
05:24.0 a jednak jakoś wszystkie te różne organizmy
05:25.3 potrafią tworzyć drastycznie różne kształty komórek
05:28.0 z bardzo różnymi zachowaniami ruchowymi,
05:29.2 bardzo różne rodzaje zachowań związanych z podziałem,
05:31.1 po prostu zmieniając ten wspólny zestaw
05:33.2 składników molekularnych.
05:37.0 Jeśli porównamy to z bakteriami,
05:39.2 na pewno usłyszysz
05:41.2 zwolennicy prokariotycznej strony drzewa
05:45.0 twierdząc, że istnieje duża różnorodność morfologiczna wśród bakterii.
05:48.2 iw niewielkim stopniu to prawda.
05:50.1 Tak więc, jeśli spojrzymy na tę ilustrację
05:54.1 z naprawdę czarującej recenzji Kevina Younga, która ukazała się kilka lat temu,
05:57.3 pokazuje to zasadniczo różnorodność
06:00.2 różnych rodzajów kształtów
06:02.1, które zostały opisane dla izolowanych gatunków bakterii.
06:04.3 A tutaj w powiększonej wersji,
06:07.1 znajdujemy kilka dość znanych kształtów,
06:09.2 więc widzimy tutaj takie rzeczy jak E. coli,
06:11.3, który jest kształtem pręta,
06:13.2 są tu bakterie w kształcie półksiężyca, takie jak Caulobacter,
06:17.1 istnieją bakterie w kształcie spirali,
06:19.2 ale wszystkie są dość prostymi wariacjami na dany temat.
06:24.2 A potem wszyscy ci faceci są też całkiem mali.
06:27.2 A potem pomniejszamy do większego powiększenia.
06:29.1 jest naprawdę bardzo mało gatunków bakterii
06:30.3, które stają się znacznie większe niż tylko kilka mikronów
06:33.1 w charakterystycznym rozmiarze.
06:34.2 Jeden interesujący wyjątek
06:36.2 jest tu zilustrowana przez tę żółtą kopułę
06:39.0, który rozciąga się na tym rysunku,
06:40.3 i to jest właściwie skala
06:42.2 z innymi bakteriami tutaj,
06:44.1 ilustracja organizmu zwanego Thiomargarita,
06:47.0, która jest jedną z największych znanych bakterii,
06:49.0 i ci faceci faktycznie mogą mieć prawie milimetr średnicy.
06:52.2 A to pokazuje zdjęcie
06:54.3 Thiomargarita obok Drosophila
06:58.1 #NAZWA?
06:59.2 i możesz zobaczyć jego absolutnie ogromny rozmiar.
07:02.0 Ale trik polega na tym, że
07:04.1 chociaż sama komórka jest bardzo duża,
07:06.0 jej cytoplazma jest bardzo mała.
07:07.2 Thiomargarita jest w zasadzie
07:09.1 tylko pusta skorupa bardzo cienkiej warstwy,
07:11.3 grubości kilku mikronów cytoplazmy,
07:13.3 to rozciągnęło ogromną wakuolę.
07:16.1 Tak więc, nawet jeśli bakterie stają się dość duże
07:18.2 i, w odniesieniu do bakterii,
07:20.0 złożony morfologicznie,
07:21.2 nadal mają wymiary ograniczone dyfuzją.
07:24.1 I oczywiście można zaobserwować, że
07:28.0 ogólnie, jeśli weźmiesz losowego eukariota
07:29.2 i porównaj go z przypadkowym prokariontem,
07:31.0 komórka eukariotyczna jest większa
07:33.0 i jest znacznie bardziej złożona strukturalnie.
07:35.2 To tylko wyciąga kilka z tych rzeczy
07:39,0 jako przykłady.
07:40.1 Oto Pantofelek w porównaniu do bakterii w skali,
07:43.0 a potem ta bakteria wybuchła,
07:44.2 i tutaj wybrałem Vibrio cholerae.
07:46.2 I znowu widać, że istnieje lokalizacja subkomórkowa,
07:49.1 specjalizacja subkomórkowa
07:51,0 w kontekście Vibrio cholerae.
07:52.1 Ma wić wyrastającą z jednego bieguna, na przykład,
07:55.1 więc jakoś jest w stanie wiedzieć
07:57.1 który koniec jest który?
07:58.3 i poznaj różnicę między biegunami a bokami,
08:00.1, ale nawet na tym poziomie złożoność
08:02.2 to po prostu znacznie mniej niż to, co widzisz w czymś takim jak Pantofelek.
08:06.1 Tak więc, jeśli myślisz o,
08:08.1 jakie są wszystkie obserwowalne różnice?
08:10.0 między eukariontami a prokariontami,
08:11.2 jest to dość długa lista.
08:14.0 wiesz, są pewne wyjątki,
08:15.1, ale jest to rozsądnie typowe,
08:17.0 rozsądnie reprezentatywne dla tych różnych rodzajów życia.
08:19.3 Eukarionty mają oczywiście
08:21.1 jądro otoczone błoną,
08:22.3 to jest definicja.
08:24.1 Oznacza to, że rozdzielili się,
08:25.3 przestrzennie i czasowo,
08:27.1 proces transkrypcji
08:28.3 z procesu tłumaczenia,
08:30.1, co daje wiele możliwości
08:32.1 dla bardzo skomplikowanej regulacji
08:33.3, które w zasadzie nie mogą być obecne
08:35.1 w bakteriach lub archeonach.
08:38.0 Razem z membraną.
08:41.1 err, przepraszam, błona jądrowa,
08:43.2 eukarionty mają oczywiście również wiele innych błon wewnętrznych
08:45.2 robienie rzeczy takich jak aparat Golgiego
08:47.1 i retikulum endoplazmatyczne.
08:48.2 Zazwyczaj mają dużo, dużo większe genomy
08:51.1 niż nasi bakteryjni przyjaciele,
08:53.0 często z wieloma chromosomami, które mogą być bardzo duże.
08:56.2 Jak wspomniałem, mają znacznie większy rozmiar komórek.
08:58.1 Zamiast być charakterystycznym
09:00.1 o długości zaledwie kilku mikronów,
09:01.2 zwykle mają rozmiar od kilkudziesięciu do nawet setek mikronów,
09:05.1 i mają bardzo wysoki stopień podziału na komórki.
09:08.2 Ponadto eukarionty mają endosymbionty,
09:11.3, więc mają mitochondria i chloroplasty
09:13.1, które kiedyś były bakteriami
09:15.2 które teraz zostały schwytane i udomowione
09:17.2 przez komórki eukariotyczne
09:19.1 w celu wykonywania funkcji energetycznych.
09:21.0 I wreszcie, wiesz,
09:23.0 powód, dla którego w ogóle możemy o tym rozmawiać
09:25.0 to dlatego, że eukarionty wytwarzają organizmy wielokomórkowe.
09:27.1 Teraz znowu,
09:29.1 tak jak w kontekście kształtu,
09:30.3 to nie jest tak, że bakterie
09:32.2 nigdy nie twórz organizmów wielokomórkowych,
09:34.0 po prostu nie są zbyt skomplikowane.
09:35.2 Na przykład
09:37.3 najlepiej poznany wielokomórkowy organizm bakteryjny
09:39.3 to coś, co nazywa się stromatolitem.
09:42.1 Widzimy tutaj kilka stromatolii,
09:43.3 rośnie w oceanie obok Australii,
09:45.2 i są to w zasadzie duże stosy kolonialnych cyjanobakterii.
09:50.2 Rosną i odkładają
09:52.0 trochę macierzy zewnątrzkomórkowej,
09:53.2 a potem wyrośnie na to następne pokolenie,
09:55.1 robienie tych bardzo charakterystycznych wzorów tortów warstwowych
09:58.2, które są widoczne nie tylko w rodzajach stromatolitów
10:00.2 dziś rośniemy
10:02.0, ale występują również w stromatolitach
10:03.2, które w zapisie kopalnym mają kilka miliardów lat.
10:06.2 I przez cały ten czas
10:08.1 spójrz, jak daleko zaszły eukarionty,
10:09.3 ale bakterie zasadniczo nadal tworzą te same struktury.
10:12.2 Eukarionty potrafiły tworzyć takie rzeczy jak sekwoja,
10:15.2 byli w stanie stworzyć takie rzeczy jak rafy koralowe,
10:17.2 z tym nadzwyczajnym zróżnicowaniem morfologicznym.
10:21.1 OK, więc to bardzo podstawowe pytanie,
10:23.3 jaka jest różnica między eukariontami a prokariotami?
10:26.0 co daje nam tak niezwykłą złożoność morfologiczną,
10:30.1 to pytanie, które powiedziałbym dzisiaj,
10:31.2 nie znamy odpowiedzi,
10:33.1 ale kilkadziesiąt lat temu
10:34.3 myśleliśmy, że znamy odpowiedź,
10:36.1 i przed 1990 lub więcej
10:38.2 prawie powszechnie akceptowane wyjaśnienie
10:41.2, dlaczego są tak duże różnice morfologiczne
10:43.1 zszedł do cytoszkieletu eukariotycznego.
10:45.2 Jeśli przejdziemy przez wszystkie opisane przeze mnie cechy
10:49.1 o tym, co jest specjalnego w eukariotach
10:50,2 w porównaniu do bakterii lub archeonów,
10:52.0 wszystkie te rzeczy można przypisać
10:54,0 na funkcje cytoszkieletu.
10:55.2 Na przykład
10:57.1 istnienie jądra otoczonego błoną
10:59.1 i wszystkie złożone systemy membran wewnętrznych
11:01.1 można przypisać jako spowodowane
11:03,3 wewnątrzkomórkowy transport błonowy
11:05,3 z białkami motorycznymi, na przykład
11:07,2 ciągnięcie pęcherzyków wzdłuż mikrotubul.
11:10.1 Lamin nuklearnych,
11:11.3, które są zasadniczo formą włókien pośrednich,
11:13.2 stabilizują błonę jądrową.
11:16.2 Rozszerzony genom u eukariontów
11:18.3 oczywiście podzielone przez niezwykłą maszynę
11:21.1 wrzeciona mitotycznego,
11:22.2, który ze wszystkimi swoimi samoorganizującymi się mikrotubulami,
11:25,2 i jego ogromna ilość strumienia
11:28,2 i siła generowana przez białka motoryczne
11:31.0 takie jak kinezyny i dyneiny,
11:32.2 jest w stanie podzielić wiele chromosomów,
11:34.2 i to nic wielkiego dla eukariota
11:36,2 aby wygenerować dodatkowy chromosom,
11:38,0 podzielić chromosom na pół,
11:39.2 znacznie powiększy rozmiar swojego genomu,
11:41.2, ponieważ wrzeciono mitotyczne
11:43.1 jest w stanie obsłużyć dużą pojemność
11:46.0 pod względem segregacji chromosomów.
11:48.2 Znacznie większy rozmiar komórek eukariontów
11:51.1 można przypisać faktowi
11:53.0, że nie są już ograniczone dyfuzją.
11:54.2 Z powodu bezpośredniego działania białek motorycznych,
11:56.2 można faktycznie mieć transport i mieszanie
11:58,2 w przedziale cytoplazmatycznym.
12:01.2 Podobnie, podział subkomórkowy,
12:03.3 istnienie endosymbiontów,
12:05.2 a nawet możliwość łączenia komórek
12:08,2 i tworzyć organizmy wielokomórkowe
12:09.3 z bardzo złożonymi macierzami zewnątrzkomórkowymi,
12:12.2 w dużej mierze obejmuje sprzężenie między mikrotubulami, aktyną, włóknami pośrednimi,
12:17.3 i inne elementy w komórce
12:21,2 lub z jednej celi do drugiej.
12:22.3 Endosymbionty, na przykład,
12:25.0 uważa się za produkt zdarzenia fagocytarnego,
12:27,2 gdzie starożytny przodek eukariotyczny
12:29,2 zjadł sinicę
12:31.2 i zamieniłem go w chloroplast.
12:35.1 Powodem, dla którego mówię, że dzisiaj nie znamy odpowiedzi,
12:37.0, mimo że znaliśmy odpowiedź w 1990 roku,
12:39.1 było, ponieważ stało się jasne w latach 90.
12:41.3 bakterie rzeczywiście mają cytoszkielet
12:44.1, który pod wieloma względami jest bardzo podobny do tego
12:46,3 eukariontów.
12:48.1 A więc pierwszy prawdziwy gwóźdź do tej trumny
12:50,1 było odkryciem
12:52,1 homolog tubuliny u bakterii
12:53.3, który nosi nazwę FtsZ.
12:56.1 FtsZ zostało pierwotnie zidentyfikowane genetycznie
12:59.2 jako białko potrzebne do podziału komórek,
13:01.2 i piękne prace z lat 90.,
13:03.2 łącząc biochemię i biologię komórki tego białka,
13:07.0 ustalił, że naprawdę działa jak
13:09.2 legalne białko cytoszkieletu w bakteriach
13:11.2, który jest zaangażowany w podział komórek.
13:13.1 Tworzy pierścień dokładnie wokół środka bakterii
13:15.2, który zaraz się podzieli,
13:17.0 i gdy bakteria się dzieli,
13:18.1 ten pierścień faktycznie staje się mniejszy.
13:20.2 Ponadto oczyszczone białko
13:22.1 jest w stanie samoorganizować się we włókna
13:24.0 w sposób zależny od obecności hydrolizowalnego GTP,
13:27.2, co znowu jest bardzo cytoszkieletowym zachowaniem.
13:30.1 I wszelkie pozostałe wątpliwości
13:32.1 musiał zostać zgnieciony
13:34.0 kiedy pojawiły się struktury kryształów
13:35,2 dla tubuliny i FtsZ
13:38,1 mniej więcej w tym samym czasie,
13:39.2 plecami do siebie w tym samym numerze Nature,
13:41.3 i było jasne, że struktura jednego
13:43.3 można prawie idealnie nałożyć
13:45,3 na strukturze drugiej.
13:47.2 Jest więc jasne, że to nie tylko rodzaj analogicznych białek,
13:50.1 ale w rzeczywistości prawdziwe homologi,
13:51,3 w tym sensie, że pochodzą od wspólnego przodka,
13:53.3 i zdecydowanie najprostsze wyjaśnienie tego
13:56.1 jest to, że LUCA, ostatni powszechny wspólny przodek,
13:59.2 miał również białko takie jak tubulina lub FtsZ.
14:04.1 Dobrze, więc bakterie mają coś w rodzaju tubuliny.
14:06,2 potem okazało się, że kilka lat później,
14:08.2 bakterie również mają coś w rodzaju aktyny,
14:11.1 i tak jak z FtsZ,
14:13.1 te białka
14:15.0 -- występują pod kilkoma nazwami, jest Mbl i Mbl
14:17.1 i kilku innych członków rodziny --
14:18.3 zostały pierwotnie opisane jako niezbędne geny
14:21.0 dla pewnego aspektu kształtu bakterii,
14:23.1 fundamentalna funkcja typu cytoszkieletu.
14:26.0 I tak np. w Bacillus subtilis,
14:28.0 rozerwanie któregokolwiek z tych homologów aktyny
14:30.0 powoduje naprawdę nienormalne, ogólnie rzecz biorąc,
14:32.2 rodzaje kształtów komórek.
14:34.3 A te białka, po oczyszczeniu,
14:36,3 może łączyć się we włókna,
14:38.1 znowu jak FtsZ lub jak jakiekolwiek z eukariotycznych białek cytoszkieletu.
14:42.2 Jedna rzecz, która wydaje mi się szczególnie zabawna
14:45,2 w kontekście bakteryjnych homologów aktynowych,
14:48.1 to proliferacja
14:50,1 tak dużej ich liczby
14:52.0, które wydają się mieć nieco inne wyspecjalizowane funkcje.
14:54.3 Na przykład
14:56.1 jeden z moich ulubionych przykładów
14:58,0 występuje w bakteriach magnetotaktycznych
14:59.2, które są w stanie orientować się w odniesieniu do ziemskiego pola magnetycznego.
15:03.0 Robią tak moje układanie tych małych kryształków magnetytu
15:05,3 wzdłuż elementu strukturalnego wewnątrz komórki
15:10.1, który w rzeczywistości składa się z włókna podobnego do aktyny.
15:14.0 To nie jest to samo włókno podobne do aktyny
15:16.2, który przyczynia się do kształtu komórki,
15:18.0 to właściwie kopia genu
15:20.1, który został historycznie zduplikowany,
15:22.1, a następnie rozeszły się dla tej wyspecjalizowanej funkcji.
15:25.0 Bakterie mają więc nie tylko aktynę,
15:26.2 mają kilka różnych aktyn,
15:28.0, ale mogą użyć obu do określenia ich ogólnego kształtu
15:30,2 i określić rozkład
15:33,0 organelli wewnątrzkomórkowych.
15:35.2 Myślę, że teraz jesteśmy gotowi zadać sobie pytanie
15:37.2 trochę inne pytanie.
15:38.2 To jasne, że bakterie mają cytoszkielet,
15:41.1 więc istnienie cytoszkieletu
15:42.3 nie może być tym
15:45.0, która odróżnia eukarionty od prokariontów.
15:46.2 Możemy więc zapytać, cóż,
15:48,0 jeśli bakterie mają cytoszkielet,
15:49.2 to dlaczego nie zrobią z tym czegoś ciekawszego?
15:51.1 Rozumiem przez to w tym bardzo eukariotycznym światopoglądzie,
15:54.2 dlaczego nie mają złożoności morfologicznej?
15:57.0 i dlaczego nie robią?
15:59.0 duże, fantazyjne organizmy wielokomórkowe?
16:01.0 Tak więc dochodzimy do punktu szalonych spekulacji,
16:03.2 i moja konkretna hipoteza jest taka:
16:07.2 to, co łączy wszystkie cytoszkielety
16:10.0 to umiejętność organizowania komórek na dużą skalę
16:13.1 oparty na samodzielnym montażu spiralnych włókien
16:15.2, które są bardzo dynamiczne.
16:17.0 Dotyczy to wszystkich różnych gałęzi życia.
16:21.3 Proponuję, że było to coś szczególnego w przypadku eukariontów
16:24.2 nie jest samymi włóknami cytoszkieletu,
16:26.3 ale raczej dwie konkretne klasy
16:29,0 białek związanych z cytoszkieletem:
16:31.1 nukleatory i silniki molekularne.
16:35.1 Omówię szczegółowo, dlaczego uważam, że są to rzeczy
16:38.2 najprawdopodobniej będzie naprawdę inny,
16:40.0, ale jak dotąd nie ma mocnych, pozytywnych dowodów
16:43.0, które mają prokariota
16:45,2 dowolne klasyczne molekularne białka motoryczne
16:47.0 lub dowolne regulowane nukleatory dla filamentów cytoszkieletu,
16:50.0, co rodzi drugie pytanie.
16:52.1 Wiesz, jeśli prokariota ich nie mają,
16:53.3 dlaczego ich nie mają?
16:55.0 To jest coś, o czym nawet nie będę mógł spekulować,
16:57.3, ale o ile myślę, że te dwie rzeczy?
17:00,0 są naprawdę kluczem do tej morfologicznej różnicy,
17:02.1 Dam ci kilka informacji
17:04.2 co doprowadziło mnie do tej propozycji,
17:06.2 i zaproponować kilka bardzo konkretnych sposobów
17:10.0, aby te pomysły mogły zostać przetestowane.
17:13.2 OK, więc ogólna podstawa tej hipotezy,
17:17.2, że potrzebujesz nukleatorów i molekularnych białek motorycznych
17:19.2 w celu uzyskania różnorodności morfologicznej,
17:22.2 pochodzi z serii obserwacji
17:24.2 o rodzajach struktur
17:26.2, które można wytworzyć z włókien cytoszkieletu
17:28,0 u bakterii w porównaniu z eukariontami.
17:32.1 W szczególności
17:34.1 dowolne samoorganizujące się spiralne włókno
17:37.0 może stworzyć strukturę z pojedynczym włóknem
17:40.1 lub może zrobić wiązkę lub tratwę włókien,
17:44.1 gdzie włókna są zorientowane w przypadkowych kierunkach
17:46.1 względem siebie.
17:47.2 Wszystko, czego wymaga to spiralna samoorganizacja,
17:49.2, co, jak zobaczymy, jest bardzo uniwersalną cechą
17:52,0 białek zdolnych do interakcji.
17:56.1 Z drugiej strony, rodzaje struktur, które naprawdę wymagają zlokalizowanego zarodkowania
180.1 lub zlokalizowana aktywność ruchowa
18:01.2 są zilustrowane na dole.
18:03.0 Należą do nich takie rzeczy jak astry mikrotubul,
18:04.3, które są znane z organizacji
18:07,0 wszystkich organelli wewnątrz komórki.
18:10.2 Są to między innymi wiązki równoległe,
18:12.1, które znajdujemy wewnątrz wici eukariontów,
18:13.3 lub znajdujemy w mięśniach.
18:16.0 wiesz, sarkomery, które są w stanie wywołać skurcze mięśni na dużą skalę.
18:19.3 a także rzeczy o dwubiegunowej morfologii,
18:23.0 tak jak to pokazane tutaj wrzeciono mitotyczne.
18:25.1 Wiemy wystarczająco dużo o tym, jak powstają te różne struktury
18:27.1, że czuję się dość pewnie w stwierdzeniu
18:30.3 to najłatwiejszy sposób na zrobienie tego rodzaju struktur
18:32.3 jest albo przez lokalizowanie zarodkowania wzrostu włókien,
18:36,1 lub posiadające molekularne białka motoryczne
18:38.2, które są w stanie sortować włókna o różnych orientacjach,
18:41.1 lub jakaś kombinacja obu rzeczy.
18:43.2 I twierdzę, że
18:46.2 brak struktur typu pokazanego poniżej w klasie B
18:49.2 zostały jeszcze znalezione w bakteriach,
18:51,3 zostały jeszcze znalezione w cytoplazmie bakterii,
18:54.2 z być może jednym lub dwoma interesującymi wyjątkami
18:57.0 to, jak sądzę, udowadnia tę zasadę.
18:59.3 Jeśli więc nukleatory i molekularne białka motoryczne
19:02.1 w zasadzie pozwala ci wziąć swój
19:05.0 spiralny, samopolimeryzujący, samoorganizujący się
19:07.2 włókna cytoszkieletu
19:08.2 i zrobić z nich duże struktury,
19:10.2 możesz zapytać, cóż,
19:12.1 jakie są dowody na to, że eukarionty potrafią to zrobić?
19:14.2 ale prokariota nie?
19:16.2 A więc chciałbym znowu zrobić krok w tył
19:19.0 i powiedz, czy jesteśmy gotowi zaakceptować założenie
19:21.3 to coś o działalności
19:23.2 cytoszkieletu eukariotycznego
19:24.3 to kluczowa różnica,
19:26.2 to pytanie brzmi, co jest takiego specjalnego?
19:28.1 o cytoszkielecie eukariotycznym?
19:30.0 A jeśli spojrzysz na najbardziej obfite
19:32.0 i większość badanych eukariotycznych białek cytoszkieletu
19:34.3 — mamy tubulinę wytwarzającą mikrotubule,
19:36,2 monomery aktynowe wytwarzające włókna aktynowe,
19:39,2, a następnie włókna pośrednie
19:40.3 składający się z własnych podjednostek --
19:42.1 i to, co od razu widzisz,
19:44.0 patrząc na wszystkie te rzeczy,
19:45.1 jest to, że wszystkie są zasadniczo spiralnymi, samoorganizującymi się strukturami,
19:49.3 ale twierdzę, że helicity
19:52.2 samoorganizującej się konstrukcji
19:54.1 nie jest czymś szczególnie trudnym do rozwinięcia.
19:56.2 W rzeczywistości istnieje bardzo mocny argument
19:58.2 wykonane po raz pierwszy przez Crane
20:01.1, a potem Pauling, w latach 50.,
20:03.1 to prawie każde białko
20:05.1, który ma tendencję do kojarzenia się ze sobą
20:08.1 częściej tworzy spiralę niż cokolwiek innego.
20:12.0 Argument jest dość prosty:
20:13.3 jeśli masz białko kuliste
20:16.2 gdzie każdy aspekt powierzchni tego białka
20:18.0 ma nieco inne cechy fizyczne
20:20,2 — nieco inny rozkład ładunków,
20:22.1 nieco inny kształt --
20:24,2 i to białko ma pewną tendencję
20:28.0, aby wejść w interakcję z drugą kopią samego siebie
20:30.0 w jakiejś szczególnej orientacji
20:31.2 gdzie, wiesz, część A jednego białka
20:33.2 wiąże się z częścią B innego białka.
20:36.0 jeśli białko ma wytworzyć dimer,
20:37.2 wiesz, te dwie rzeczy, które współdziałają ze sobą
20:40,2 muszą być rozłożone symetrycznie na białku.
20:42.2 Ale jeśli część A i część B
20:44.2 są w dowolnej orientacji
20:46.2 inne niż bezpośrednio naprzeciwko siebie,
20:49.0 to w zasadzie co się wydarzy
20:50.2 czy te dwie podjednostki połączą się
20:52.2 i nastąpi interakcja między nimi
20:55.1, który da dimer, który ma,
20:57.1 wiecie, trochę asymetryczna struktura nieco przesunięta do środka
21:00.1 gdzie, jeśli część A i część B są tutaj zaangażowane,
21:03.1 ta podjednostka nadal ma dostępną część B
21:05.1 i ta podjednostka nadal ma dostępną część A.
21:08.1 Jeśli pomyślisz o tym, tak jak zrobili to ci faceci,
21:10.1 widzisz, że możesz wtedy
21:12.1 dodaj kolejną podjednostkę po tej stronie,
21:13.3 możesz dodać kolejną podjednostkę po tej stronie,
21:15.2 i jesteś w stanie zrobić helisy
21:17.1 z tej bardzo prostej reguły interakcji binarnych.
21:20.2 A w tym naprawdę twórczy
21:23.0 i piękna ilustracja
21:24.1 sporządzono w tym oryginalnym artykule
21:26,3 za pomocą małych pudełek zapałek,
21:28.0 widać, że można zbudować różne rodzaje helis
21:30,2 tylko przez nieznaczną zmianę
21:32.2 orientacja interakcji między tymi dwiema podjednostkami.
21:36.1 Tak więc zrobienie helisy to nic wielkiego,
21:39.0 i naprawdę świetny dowód
21:41.3 aby pokazać, że to prawda
21:44.0 to efekt mutacji sierpowatych komórek na hemoglobinę.
21:47.0 Hemoglobina jest wysoce wyselekcjonowana, aby była bardzo, bardzo dobrze rozpuszczalna
21:50.2 #NAZWA?
21:52.2 może wzrosnąć do rzędu 300 mg/ml --
21:55.2 ale tylko jedna mutacja w hemoglobinie
21:58.1 może powodować tendencję do wytrącania się.
22:00.3 A kiedy się wytrąca
22:03.0 tworzy ten niesamowity wygląd
22:05.1 spiralne włókna, które wyglądają naprawdę
22:07.2 prawie dokładnie jak mikrotubule.
22:09.2 Gdybym powiedział, że to mikrotubula,
22:11.0 prawdopodobnie byś mi nawet uwierzył,
22:12.1 ale w rzeczywistości jest to polimer hemoglobiny sierpowatej.
22:15.2 Tak więc, kiedy bierzesz bardzo rozpuszczalne białko
22:18.1 i sprawiasz, że coś idzie trochę nie tak
22:20.1 z jedną częścią jego powierzchni
22:21.3 tak, że ma bardzo niewielką tendencję do asocjacji,
22:24.1 konsekwencją jest uzyskanie helisy.
22:27.2 OK, więc formowanie helisy
22:29.1 nie jest specjalną własnością.
22:31.1 o co chodzi z włóknami cytoszkieletu?
22:32.2, co daje im możliwość nadawania nam morfologii?
22:35.2 Cóż, jeszcze jedna ważna rzecz
22:37.3 dotyczy to wszystkich eukariotycznych włókien cytoszkieletu
22:40.3 jest to, że mają tę bardzo interesującą dychotomię
22:44.3, że muszą być stabilne, aby mieć siłę fizyczną,
22:48.0 ale też muszą być niestabilne
22:50,1 w celu umożliwienia komórce zmiany kształtu
22:52.1 lub przesunąć lub zmienić jego elementy,
22:54.2 jak to się dzieli.
22:56.0 I przynajmniej za aktynę
22:58,1 oraz dla tubuliny,
23:00.0 to jeden z powodów, dla których są w stanie
23:02.0 wykazać tę dychotomię
23:04.0 wynika z tego, że te podjednostki są również zdolne do wiązania i hydrolizy nukleotydów --
23:07,2 ATP w przypadku aktyny,
23:09,1 GTP w przypadku tubuliny.
23:11.2 I jak widać na tej ilustracji tutaj,
23:13.3 fakt, że możesz mieć
23:15.3 różne stany konformacyjne białka
23:17.1 w oparciu o tożsamość związanego z nim nukleotydu,
23:21.1 może stworzyć sytuację, w której możesz mieć jeden stan konformacyjny,
23:24.3 w tym przypadku zilustrowane jako coś wiążącego ATP,
23:27.3, co jest odpowiednią konformacją
23:30,2 do formowania jednego z tych spiralnych włókien,
23:32.2 i możesz mieć alternatywny stan konformacyjny,
23:35.1, co jest pokazane tutaj w tym przypadku
23:36,3 jako stan wolny od nukleotydów,
23:39.0 ale może to być również stan ADP,
23:40,2 które będą się rozpadać.
23:42.2 A więc mając ten przełącznik
23:44,2 między formą kompetentną do montażu
23:46.2 i forma niekompetentna w montażu
23:49.0 może umożliwić dynamikę
23:51.0, które są charakterystyczne dla eukariotycznych włókien cytoszkieletu,
23:53.1 i faktycznie to bardzo interesujące
23:55.1, które same w sobie działają
23:57.1 jest bliskim strukturalnym krewnym heksokinazy,
24:00 0.0 enzym glikolityczny, który jest najlepiej scharakteryzowany
24:02.0 w odniesieniu do bardzo dużej zmiany konformacyjnej
24:04,1 na wiązanie i hydrolizę substratu.
24:09.1 I faktycznie to prawda
24:11.3, że jeśli spojrzysz na elementy cytoszkieletu komórki eukariotycznej,
24:15.0 wszystkie są bardzo dynamiczne,
24:16.2 i to jest coś, co zostało docenione
24:18.1 przez wiele dziesięcioleci w kontekście mikrotubul,
24:20,2 aktyna i włókna pośrednie.
24:22.1 wszystkie obracają się bardzo szybko wewnątrz komórek.
24:24.2 A w rzeczywistości do rzeczy, które wymagają…
24:28.2 włókna cytoszkieletu, np. tworzące wrzeciono mitotyczne,
24:31.1, jeśli powstrzymasz albo zgromadzenie
24:34,2 lub demontaż mikrotubul
24:37,3 we wrzecionie mitotycznym,
24:39.1 efekt netto jest taki sam w obu przypadkach,
24:41.1, co oznacza, że ​​komórka nie dzieli się.
24:43.3 Więc nie chodzi tylko o strukturę spiralną,
24:45,2, ale kluczowa jest również rotacja.
24:47.3 Ok, wróćmy do prokariotów --
24:51.2 czy mają dynamikę związaną z włóknami cytoszkieletu?
24:54.3 Właściwie, jak się okazuje, tak jest.
24:56.2 Tak więc, jak wspomniałem FtsZ,
24:58.2 to bliski strukturalny homolog tubuliny,
25:00.1 również wiąże i hydrolizuje GTP,
25:02.3 i in vivo przewraca się bardzo, bardzo szybko,
25:05.2, jak widać w tym badaniu dotyczącym fotowybielania.
25:08.2 A więc tutaj są dwie komórki
25:10.1, które mają zamontowane pierścienie FtsZ.
25:12.2 Tutaj połowa jednego z tych pierścieni
25:14.1 został wyblakły,
25:15.2 i możesz zobaczyć, właściwie w ciągu kilku sekund,
25:18.1 pierścień może wrócić.
25:20.1 I ten konkretny eksperyment
25:23.2 miał też naprawdę fajną bezpośrednią demonstrację
25:28.2, że ta dynamika jest związana z hydrolizą nukleotydów,
25:31.3, który był w stanie porównać dynamikę białka FtsZ typu dzikiego
25:34,1 z białkiem FtsZ
25:36.1, który miał mutację punktową, która spowolniła hydrolizę GTP,
25:39.0 i patrząc na obrót białka typu dzikiego
25:41,2 w porównaniu z obrotem wolniejszego białka,
25:45,1 in vivo,
25:46.1 mogli zobaczyć, że istnieje bezpośrednia korelacja
25:48,1 między szybkością obracania się włókien
25:50,2 i ich zdolność do hydrolizy GTP.
25:53.2 Ok, więc włókna prokariotyczne,
25:55.1 robią ten sam rodzaj dynamiki
25:57.1, jak robią to eukariotyczne,
25:58.2 więc to nie jest struktura spiralna,
26:00.0 to nie dynamika pod względem obrotów,
26:01.2 i nie jest to nawet wymyślna dynamika.
26:03.3 Na przykład mikrotubule
26:05.1 słynie z tej dynamicznej niestabilności,
26:07.1 gdzie nawet w jednolitym środowisku chemicznym
26:10.1 pojedynczy koniec mikrotubul będzie rósł przez jakiś czas
26:12.0, a potem zmniejsz się na chwilę,
26:13.1, a potem przez chwilę rosnąć, a potem kurczyć się na chwilę,
26:15.3 i wcale nie jest oczywiste, dlaczego miałoby to być możliwe.
26:18.1 To jest coś, co ludzie studiują od wielu lat
26:21.1 i mamy całkiem niezłe ogólne zrozumienie chemii
26:23.1 jak to się może stać,
26:25.0 ale to zdecydowanie zależy od
26:28.1 zdolność struktur do hydrolizy nukleotydów
26:30.2 i zmienić ich stany konformacyjne.
26:33.2 Tak więc ta ilustracja u góry
26:36.0 pokazuje klasyczną bezpośrednią demonstrację
26:37,3 tej dynamicznej niestabilności na mikrotubulach,
26:39.3 zrobiono to w 1986 roku,
26:41.2, a następnie prawie 20 lat później
26:44.1 inna grupa była w stanie wykazać się jednym z homologów aktyny bakteryjnej,
26:47.0 ten o nazwie ParM,
26:49.0, że byli w stanie zobaczyć dokładnie te same rodzaje zachowań
26:51,0 tych włókien rośnie przez jakiś czas
26:52.2, a potem kurczy się na chwilę,
26:54.1, nawet gdy środowisko chemiczne jest jednolite.
26:57.0 Ok, więc to nie helicity,
26:58.2 to nie jest zdolność do hydrolizy nukleotydu,
27:00.3 to nie jest zdolność do szybkiej zmiany in vivo,
27:03.1 i nie jest to nawet umiejętność robienia wymyślnych rzeczy
27:06.1 jak dynamiczna niestabilność.
27:08.2 Czym więc jest to coś innego?
27:10.1 Cóż, patrząc na komórki bakteryjne,
27:12.1 jasne jest, że sposób, w jaki są w stanie
27:14.2, aby uzyskać jakąś ogólną organizację komórkową
27:16.1 zdecydowanie zależy
27:18.1 o tej tendencji białek
27:19.3 do wytwarzania spiralnych włókien.
27:21.1 A jeśli spojrzysz na bakterie?
27:22.2 i patrzysz na różne aspekty ich struktur,
27:24.2 to, co widzisz, to helisy wszędzie,
27:27.2 i możesz zrobić wiele różnych rodzajów helis,
27:29.2, począwszy od różnych rzeczy, takich jak ogólny spiralny wzór krętka
27:32,3 do skręcających się helis związanych z wiciami bakteryjnymi,
27:36,2 do nawet znacznie bardziej jednolitej helisy
27:42.0 związane z czymś w rodzaju pilusa bakteryjnego.
27:45.2 Jest więc jasne, że nie chodzi tylko o klasyczne białka cytoszkieletu w bakteriach
27:49.2, które są w stanie wykonać tę spiralną sztuczkę samoorganizacji,
27:51.1, ale w rzeczywistości także wiele innych białek.
27:55.2 Patrząc konkretnie na białka cytoszkieletu,
27:59.1 Myślę, że jeden interesujący przykład
28:01.1 to bakteria Caulobacter crescentus,
28:03.0 czyli ten bardzo uroczy mały kształt banana
28:05.1 ze zróżnicowaniem strukturalnym na dwóch końcach.
28:08.1 To nie tylko aktyna i tubulina,
28:10.3 ale ma też coś, co bardzo przypomina
28:13,3 włókno pośrednie,
28:14.3 i każda z tych rzeczy przyjmuje nieco inne spiralne wzory
28:17.2 wewnątrz rosnącej komórki.
28:19.1 I mutacje w homologach aktyny,
28:21.1 homolog tubulinowy,
28:22.2 lub coś, co wygląda jak włókno pośrednie
28:24.1 wpłynie na ogólny kształt komórki
28:26.2 na bardzo różne sposoby.
28:28.1 Tak więc, dużo spiralnej organizacji,
28:30.3 dużo funkcji związanych z organizacją spiralną,
28:33.2, ale nadal nie ma wielkiego zróżnicowania morfologicznego.
28:37.3 Teraz, jak wszystko inne w biologii,
28:39.3 będą pewne wyjątki,
28:41.1 i są pewne bakterie, które naprawdę
28:42.3 szczególnie efektowne kształty,
28:44.0, a to pokazuje tylko kilka moich ulubionych.
28:45.2 To bakteria w kształcie gwiazdy, zwana Stella humosa.
28:48.3 Jest płaska, ale ma pięć lub sześć punktów
28:51.1 w zależności od etapu jej cyklu komórkowego.
28:54.2 To kolejny dziwnie wyglądający płaski prokariota
28:58.1 to w tym przypadku archeon.
29:00.2 Nazywa się to Haloquadratu walsbyii
29:02.3 i po raz pierwszy wyhodowano go w czystej postaci
29:05.1 zaledwie kilka lat temu,
29:06.3 i to jest właściwie płaskie jak płytka podłogowa,
29:08,3 i kiedy się dzieli
29:11.0 dzieli się przez środek, a potem znowu w ten sposób,
29:13.0, więc masz jedną płytkę podłogową przechodzącą w cztery mniejsze.
29:16.1 Są też takie rzeczy,
29:17.2 to jest Epulopiscium fishelsonii,
29:19.2, który konkuruje z Thiomargarita
29:21.1 jako jedna z największych znanych bakterii,
29:22.3 i to jest absolutnie ogromne,
29:24,1 może mieć długość pół mikrona,
29:26.1 i ma wiele kopii swojego genomu
29:28.0, które są faktycznie rozprowadzane
29:29.2 w bardzo regularny wzór
29:31.1 w całej celi,
29:32.2 i przesuwa swój genom w zależności od pory dnia.
29:35.1 Myślę więc, że w takich sytuacjach
29:36.3 musi się dziać coś jeszcze
29:39.0 poza zwykłą bakteryjną samoorganizacją spiralną,
29:41.2 i myślę, że to ciekawe wyzwanie
29:43.1, aby teraz spróbować wejść w te organizmy
29:45.1 i dowiedz się, co decyduje o ich zdolnościach
29:47.2, aby mieć te bardzo specyficzne morfologie.
29:51.2 Dobrze, ale wracając do głównego wątku,
29:53.2 Dowodziłem, że
29:56.1 możesz mieć proste struktury spiralne
29:58.1 bez białek motorycznych i nukleatorów,
30:00.0 i żeby mieć bardziej skomplikowane rzeczy
30:02.1 które sprawiają, że eukarionty są tym, czym są,
30:03.2 musimy mieć albo nukleatory, albo silniki.
30:06.0 To rodzi pytanie,
30:07.3 Cóż, dlaczego bakterie ich nie mają?
30:09.0 Skąd pochodzą u eukariontów?
30:10.1 I dlaczego wydaje się, że jest to takie trudne dla bakterii?
30:12.0 by je odebrać?
30:14.1 Cóż, dla nukleatorów,
30:15.2 jest to szczególnie interesujący problem
30:17.2 ponieważ sposób, w jaki komórki eukariotyczne mają tendencję do jądrania
30:22.1 ich białka cytoszkieletu
30:23.3 bardzo często bierze podjednostkę,
30:27,0 kopiowanie tego genu,
30:28.2, a potem trochę się rozchodzą
30:30.3, aby przejął wyspecjalizowaną funkcję zarodkowania.
30:33.1 Widzieliśmy to w dwóch przypadkach,
30:35.1 całkowicie niezależne przypadki,
30:36,2 dla nukleacji aktyny i dla nukleacji tubuliny.
30:39.1 Tak więc można przeprowadzić zarodkowanie aktyny
30:41.2 przez ten kompleks, który nazywa się kompleksem Arp2/3,
30:44.1 gdzie Arp oznacza białko związane z aktyną,
30:46.3, ponieważ istnieją dwa różne białka
30:48,3 z różnych genów,
30:50.1 oba strukturalne homologi aktyny,
30:52.1, które łączą się, tworząc ten regulowany kompleks zarodkowania.
30:56.1 W przypadku mikrotubul,
30:58.0 często dochodzi do zarodkowania
30:59,3 przez tak zwany kompleks pierścieniowy tubuliny gamma.
31:02.1 Teraz siatka mikrotubuli
31:03.3 składa się z alfa-tubuliny i beta-tubuliny.
31:06.0 Gamma-tubulina specjalizuje się tylko w funkcji zarodkowania.
31:10.2 Dlaczego bakterie nie mogą tego zrobić?
31:12.1 Cóż, myślę, że mogliby, gdyby chcieli,
31:14.3 ponieważ widzimy, jak wspomniałem,
31:17.2 wśród homologów aktyny w bakteriach,
31:19.1 pojedyncza komórka może mieć
31:21.2 kilka rodzajów homologów aktynowych
31:23.1, które są obecne w tym samym genomie
31:25.1, które wyewoluowały do ​​nieco innych funkcji.
31:28.1 A jednak, o ile wiemy,
31:31.1 żaden z nich nie był specjalnie wyspecjalizowany
31:33.1 dla zarodkowania włókien.
31:35.3 Nie wiem, dlaczego nie chcą,
31:38.0, ale wygląda na to, że mogliby,
31:39.2, a jednak tego nie robią.
31:43.1 Przechodząc teraz do molekularnych białek motorycznych,
31:46.0 to może być trochę bardziej jasne
31:48.2 dlaczego bakterie ich nie mają.
31:50.1 Jeśli zastanowimy się, skąd pochodzą naprawdę dobre molekularne białka motoryczne u eukariontów.
31:54.3 istnieją oczywiście trzy różne klasy,
31:56.3 są miozyny, kinezyny i dyneiny,
31:58.1 że wszystkie hydrolizują nukleotydy
32:00.0 w celu dokonania zmiany konformacyjnej,
32:01,3 a spośród nich kinezyna i dyneiny poruszają się po mikrotubulach.
32:06.2 Miozyny poruszają się na włóknach aktynowych.
32:08.1 Te różne białka motoryczne
32:10,0 wszystko zostało oczyszczone,
32:11.1 wszystkie zostały przebadane biochemicznie,
32:12.2 i sekwencjonowane,
32:14.1, a następnie ostatecznie ustalono ich struktury,
32:16.0 i w momencie wyznaczania struktur,
32:18.0 była wielka niespodzianka,
32:19.3 i to znowu było w latach 90.,
32:22.0 gdzie stwierdzono, że
32:25.1 podstawa katalitycznego rdzenia miozyny
32:27.1 był prawie identyczny
32:29.1 do struktury katalitycznego rdzenia kinezyny.
32:31.3 Mimo że miozyna porusza się po włóknach aktynowych
32:33.2 i kinezyna chodzi po mikrotubulach,
32:35.2 nadal wydają się być homologami
32:37.2 pochodzi od wspólnego przodka.
32:39.2 A w obu przypadkach podstawowy sposób hydrolizy ATP
32:42.2 w rdzeniu białka motorycznego
32:44.2 powoduje zmianę konformacyjną
32:46.0 to daje krok
32:49.0 jest bardzo podobny w sercu białka motorycznego,
32:50.3, mimo że wszystkie szczegóły dotyczące łączenia się z włóknami
32:53.2 różnią się między sobą.
32:56.1 To daje początek, wiecie,
32:58.2 kolejne pole gotowe do spekulacji
32:59.3 o tym, skąd wzięły się białka motoryczne.
33:01.2 Cóż, jeśli kinezyny i miozyny są ze sobą spokrewnione,
33:04.1 wygląda na to, że musiał istnieć jakiś prekursor motoryczny,
33:07.2 i nie wiemy jakie było jego podłoże,
33:09,2 jeśli to była aktyna lub mikrotubule,
33:10.2 lub jeśli mogło to być coś innego.
33:12.2 Nie wiemy, jaki był dobór silników
33:15.2 w najwcześniejszej istocie, która stała się eukariotą,
33:18.1 i czy to mogło być coś?
33:20.1, który faktycznie doprowadził go do separacji
33:23.1 z prokariotycznych gałęzi drzewa
33:25.1 pod względem zróżnicowania morfologicznego.
33:28.1 Jedna rzecz, którą wiemy,
33:30.3 jest to, że te białka motoryczne, kinezyna i miozyna,
33:33.1 oba pochodzą z określonej gałęzi
33:37.2 nadrodzina białek zwana NTPazami pętli P,
33:40.1, który zawiera wiele ATPaz i GTPaz.
33:43.1 I ten dość skomplikowany diagram
33:45.2 jest podsumowaniem dywersyfikacji sekwencji
33:49.1 wśród wielu, wielu różnych członków rodziny
33:51,2 tej dużej nadrodziny białek
33:53.2 przez całe drzewo życia.
33:56.1 A co ta grupa,
33:58.1 to grupa Eugene'a Koonina, która to zrobiła,
34:00.0 próbował zrobić
34:02.2 przyjrzyjmy się rozkładowi wszystkich tych typów białek
34:05,1 w obecnie żyjących komórkach
34:06.3, a następnie rzutuj wstecz w czasie
34:08.2, żeby zobaczyć, kiedy mogły ewoluować.
34:10.3 A więc istnieje kilka klas białek
34:12.3, które widzisz tutaj z tymi różowymi liniami
34:14.2, które są obecne w bakteriach, archeonach i eukariotach,
34:17.1, więc musieli być obecni w LUCA,
34:19.0 w ostatnim uniwersalnym wspólnym przodku.
34:21.1 Ale jest jedna szczególna rodzina białek, właśnie tutaj,
34:24.1, który jest pokazany w kolorze brązowym,
34:26.0 zawiera zarówno miozyny, jak i kinezyny,
34:30.0, a także ma wiele innych GTPas
34:32.1, które kojarzymy ze specyficznymi funkcjami eukariotycznymi
34:34.3 — Ras, białka Rab zaangażowane w transport błonowy,
34:38.3 zaangażowane białka Rho
34:40,2 w wielkoskalowej organizacji polaryzacji komórek --
34:44.0 wszystkie te rzeczy pochodzą z
34:46.1 ta sama stosunkowo wąska gałąź NTPas pętli P.
34:49.2 A więc jedno z możliwych wyjaśnień
34:53.2 dlaczego eukarionty i prokarionty różnią się od siebie?
34:55.3 to dlatego, że białka, które są najlepiej przygotowane
34:58.1, aby stać się silnikami krokowymi
35:00,2 w rodzaju znanych z eukariontów
35:02.2 znajduje się w tej gałęzi białek
35:05.1 które nie ewoluowały aż do eukariotycznego przodka
35:07.1 już się rozdzieliło.
35:09.3 Bardzo kuszące jest spekulowanie
35:11.1, że ta konkretna klasa białek
35:12.2, który obejmuje nie tylko miozyny i kinezyny,
35:15.3, ale także wszystkie te regulacyjne GTPazy,
35:19.0 może być częścią tego, czym jesteśmy eukarionty.
35:22.2 Teraz chciałbym zaznaczyć, oczywiście,
35:24.3 jest wiele innych rodzin białek
35:26.2, które nie są dzielone między eukarionty i prokarionty
35:28.1 — około 50 innych klas białek
35:30.1 zostały zidentyfikowane do tej pory --
35:31.1 jednak myślę, mechanistycznie,
35:33.0 to szczególnie intrygująca grupa
35:36.1 do generowania specyficznej dywersyfikacji morfologicznej
35:37,3 na poziomie komórek
35:40.1 i na poziomie całych organizmów.
35:43.1 Nie chcę powiedzieć, że bakterie nie mają silników
35:45,2 bakterie mają niesamowite silniki.
35:47.1 Bakterie mają wirnik wiciowy,
35:49.2, która jest bardzo skomplikowaną strukturą,
35:52.0 to znacznie bardziej skomplikowane nawet niż dynein,
35:54.1, który może kręcić się z prędkością 200 Hz
35:56.0 i składa się z ponad 40 różnych produktów genów.
36:00.1 Bakterie mają również niezwykle silne silniki
36:02.2 jak silnik, który napędza drgania,
36:05,3 przez chowanie tych pili typu IV,
36:08.1 i to jest coś, w czym pojedynczy silnik
36:10.1 w interakcji z żarnikiem
36:12.2, który jest przedłużony z.
36:14.1, który rozciąga się przez otoczkę bakteryjną
36:17.1 jest w stanie wygenerować do 100 pikoniutonów siły,
36:20.0 tylko z ruchu
36:23.0 pojedynczej, rozciągniętej struktury włókien.
36:26.0 Silniki bakterii mogą być bardzo silne,
36:28.1 bardzo wydajna,
36:29.3 i bardzo skomplikowane,
36:31.2, a jednak wszyscy zdają się robić rzeczy na powierzchni bakterii.
36:34.2 Wydaje się, że żaden z nich nie robi nic w cytoplazmie.
36:37.1 W jakiś sposób ta kwestia zróżnicowania morfologicznego,
36:40.1 o tym, jak uzyskać złożone struktury wewnątrzkomórkowe,
36:43.1 wydaje się być przynajmniej skorelowany
36:45.1 z obecnością liniowych silników krokowych dla białek cytoszkieletu
36:50,2 u eukariontów,
36:51,2 i brak rzeczywistego odpowiednika u prokariontów.
36:54.0 I znowu wiecie, mogę szaleńczo spekulować
36:55.3 o tym, dlaczego wydaje się, że istnieje ta różnica,
36:59.0, ale mimo to jest to dość przekonująca korelacja.
37:02.3 Nie sprowadza się to do złożoności ani niczego w tym rodzaju,
37:05.1 ale tak naprawdę tylko do obecności lub nieobecności
37:07,1 tej jednej konkretnej rodziny białek.
37:11.1 Dobrze, więc to jest ogólnie hipoteza, znowu
37:14.0, że potrzebujemy nukleatorów i silników molekularnych
37:15.3 w celu napędzania takich rzeczy jak wrzeciono mitotyczne,
37:18.2 lub jak astry mikrotubulowe,
37:19.2 lub podobne równoległe wiązki włókien cytoszkieletu
37:23.1, które dają eukariotom złożoność morfologiczną,
37:25.1 i złożyłem roszczenie
37:28.2, że żadne struktury tego rodzaju, znowu,
37:30.0 z bardzo drobnymi wyjątkami,
37:32.0 znaleziono jeszcze w przedziale cytoplazmatycznym bakterii.
37:37.3 Jestem oczywiście skupiony,
37:39.1 o roli cytoszkieletu w tym wszystkim,
37:41.1 ale warto pomyśleć o innych rodzajach wyjaśnień
37:43,2 dla różnicy,
37:45.0 i jedna rzecz, która naprawdę może być połączona
37:46,2 to fakt, że zaobserwowano to u bakterii,
37:48,2 gdzie oczywiście chromosom
37:52.0 jest właśnie osadzony w cytoplazmie
37:53.3 i nie ma błony jądrowej oddzielającej chromosom
37:56,2 z cytoplazmy,
37:57,3 w przypadkach, gdy jest to dobrze udokumentowane,
37:59.1 chromosom bakteryjny jest w rzeczywistości wysoce zorganizowany.
38:02.1 I jedna z pierwszych wskazówek pochodzi z badań Caulobacter,
38:05.1 pokazujący, że okrągły chromosom bakteryjny
38:08,1 oznaczony różnymi fluoroforami
38:11.2 w określonych miejscach faktycznie się zorganizowało
38:14.1 w zasadzie w każdej komórce w kolonii bakteryjnej
38:17.2 tak, że te markery na chromosomie
38:19.1 znajdują się w tej samej kolejności.
38:20.3 Innymi słowy, chromosom bakteryjny
38:22.1 jest zapakowany w celę
38:24.1 w wysoce ustrukturyzowany, bardzo regularny sposób
38:26.2, które mogą dostarczyć informacji przestrzennych
38:29.1 do celowania w inne rodzaje struktur subkomórkowych,
38:31.2 na przykład do biegunów
38:33.2 lub do powstającej strefy przegrody.
38:36.1 A więc, wiecie, jeden możliwy sposób
38:39.1, aby połączyć te dwie idee
38:41.2 mówi, że w pewnym momencie rozwoju eukariotycznego przodka
38:43.3 coś się stało
38:46.0, który umożliwił wejście koperty nuklearnej
38:49.1 lub w jakiś inny sposób oddzielił chromosom
38:51,3 z cytoplazmy,
38:53.1 i jeśli komórki bakteryjne i komórki archeonów
38:55.1 polegają głównie na ich chromosomie
38:57.1 jako ich główną zasadę organizacyjną
38:59.0 jeśli chodzi o to, gdzie umieścić rzeczy w cytoplazmie,
39:00.3 wtedy, kiedy nastąpiła ta separacja,
39:03.2 małe włókna pozostawione w cytoplazmie,
39:06.0, że bakterie robiły tylko
39:08.0 dość trywialne rzeczy
39:09,2 zastanawiania się, gdzie podzielić
39:11.1 i jak określić ogólny kształt
39:13.1 gdzie położyć ścianę celi,
39:14.2 ci faceci zostali sami w cytoplazmie.
39:16.1 Nie mieli znaków granicznych,
39:17.3 nie mieli chromosomu, który by im powiedział, gdzie cokolwiek jest,
39:19.1, więc jakoś musieli się dowiedzieć
39:21.2 jak tworzyć konstrukcje na większą skalę?
39:23.2 jak astry, jak wiązki, jak wrzeciona,
39:26.2, które mogą pomóc im się zorganizować
39:29,1 w cytoplazmie,
39:30,2 w przypadku braku informacji z chromosomu.
39:34.0 Dobra, jak powiedziałem, to były dzikie spekulacje,
39:36.0, ale jedną z rzeczy, które uważam za zabawne w tym temacie
39:38.3 to szalona spekulacja, której absolutnie nie można obalić.
39:41.1 Chciałbym więc rzucić ci osobiste wyzwanie
39:43.2 szukać i próbować znaleźć
39:46.2 albo cytoszkieletowy silnik krokowy
39:48.1, który chodzi po bakteryjnym włóknie cytoszkieletu
39:50.2 w sposób analogiczny do kinezyny lub miozyny
39:53.1 robi w komórkach eukariotycznych,
39:55.0 albo znaleźć regulowany zarodnik
39:57.2 dowolnego z tych bakteryjnych włókien cytoszkieletu.
40:00.0 Wielu bardzo mądrych ludzi patrzyło na różne sposoby
40:02,1 przez co najmniej ostatnie 20 lat
40:05.0 i, o ile mi wiadomo,
40:06.3 nikt jeszcze nie znalazł żadnych białek w jednej z tych klas.
40:08.2 To z pewnością nie znaczy, że ich tam nie ma,
40:10.2 ale oznacza to, że jeśli którakolwiek z tych rzeczy została znaleziona,
40:13.0 byłby to absolutnie ostateczny dowód na to, że moja wielka, szalona hipoteza
40:16.2 jest błędne.
40:18.0 Spróbuj więc udowodnić, że się mylę,
40:20.1 i jeśli znajdziesz jedną z tych klas białek,
40:22.1 bakteryjny cytoszkieletowy silnik krokowy
40:24,1 lub nukleator regulowany przez bakterie,
40:26.0 wyślij mi e-mail i daj mi znać.
40:28.0 Chciałbym o tym usłyszeć.
40:29.2 A jeśli to zrobisz, osobiście cię wyślę
40:32,0 duży bukiet kwiatów
40:33.2 i serdeczne gratulacje
40:35.1 za zrobienie kolejnego kroku naprzód
40:37.1 do próby zrozumienia jednego z tych największych pytań
40:39.1 o tym, dlaczego komórki na Ziemi wyglądają tak inaczej
40:41.1 od siebie.
40:42.2 Dziękuję.

  • Część 1: Polimery białkowe, komórki pełzające i ogony komet

Organizacyjna Biologia Komórkowa

Sortowanie i transport zależny od Ca 2+ na TGN

Cytoplazmatyczne białka modelujące aktynę ADF/kofilina lub ich homologi u much są rekrutowane do TGN, gdzie są wymagane do sortowania podzbioru ładunku w połączeniu z aktyną i transporterem Ca 2+, SPCA1 ( von Blume i in., 2011 ). SPCA1 reguluje napływ Ca 2+ do TGN. Posortowany w ten sposób ładunek zawiera specyficzne podzbiory białek wiążących Ca2+ i niewiążących. Proponowany mechanizm sortowania obejmuje przecinanie filamentów aktynowych w celu uwolnienia lub aktywacji SPCA1 do pompowania Ca 2+ w celu stworzenia lokalnych środowisk jonowych do sortowania ładunku w świetle TGN.


Genetyczne przyczyny przewlekłej choroby nerek

Przedział jądrowy

Blaszka jądrowa to gęsta włóknista sieć białek strukturalnych, która wyściela wewnętrzną błonę jądrową komórek eukariotycznych. 215 Lamina A (LMNA) jest podstawowym składnikiem blaszki jądrowej, który działa jako cząsteczka rusztowania, wspomagająca organizację chromatyny. 215 Mutacje chorobotwórcze w LMNA zostały zidentyfikowane jako przyczyny rodzinnej częściowej lipodystrofii (FPLD) z chorobą nerek, zespołu charakteryzującego się częściową lipodystrofią, nefropatią białkomoczową, kardiomiopatią i atypową miopatią. 215 Osoby dotknięte chorobą przejawiają chorobę w okresie dojrzewania przez dorosłość, a histologia nerek może wykazywać stwardnienie kłębuszków nerkowych i proliferację mezangialną (Tabela 7.7). 215 Chociaż mechanizmy choroby nie są w pełni poznane, lamina A uczestniczy w różnych procesach komórkowych, które mogą być rozregulowane, w tym w regulacji cyklu komórkowego, organizacji chromatyny, replikacji DNA, różnicowaniu komórek i apoptozie. 215


MATERIAŁY I METODY

Rozgwiazda (Asterina miniaturowa) otrzymano z Bodega Bay, CA. Oocyty wstrzykiwano ilościowo za pomocą pipet rtęciowych (Hiramoto, 1962 Terasaki i Jaffe, 1993 w celu uzyskania szczegółowych informacji na temat mikroiniekcji, patrz http://egg.uchc.edu/injection). Aby zaindukować dojrzewanie, oocyty wystawiono na działanie 1 μM 1-MA (Sigma, St. Louis, MO).

W eksperymencie pokazanym na rycinie 2 oocyty zobrazowano pod mikroskopem dwufotonowym. Laser tytanowo-szafirowy Mira 900-F pompowany laserem jonowym Ar przy widocznych liniach 8 ścian (Coherent Laser Group, Santa Clara, CA) był zablokowany w trybie przy 76 MHz i połączony z głowicą skanującą MRC 600 (Bio-Rad, Cambridge, MA), w którym trzy lustra dielektryczne zostały zastąpione lustrami aluminiowymi. Aby zobrazować oocyty znakowane rodaminą dekstranem, laser dostrojono do 830 nm ze średnią mocą 20 mW. Użyto soczewki obiektywowej 20x N.A. 0,75 Plan-Neofluar (Zeiss, Thornwood, NY). Parametry skanowania to zoom 2 i połówkowe pudełko. W przypadku wszystkich innych eksperymentów obrazowanie wykonano za pomocą mikroskopu konfokalnego MRC 600 sprzężonego z mikroskopem pionowym (Axioskop, Zeiss), stosując kryptonowy laser argonowy. Do obrazowania użyto obiektywu Zeiss 40× N.A. 1.3 Plan-Neofluar.

Fluorescencyjne dekstrany otrzymano z Molecular Probes (Eugene, OR) i przechowywano je w stężeniu podstawowym 5-10 mg/ml w buforze do wstrzyknięć (100 mM glutaminian potasu, 10 mM HEPES, pH 7). Metody ekspresji chimer XXXX (GFP) przez wstrzyknięcie mRNA były podobne do opisanych wcześniej (Terasaki i in., 1996). mRNA RanGAP-GFP transkrybowano in vitro przy użyciu zestawu mMessage mMachine (Ambion, Austin, TX). Po wstrzyknięciu ~10 μg/ml (stężenie końcowe) mRNA, oocyty inkubowano przez noc w 18-20°C w celu ekspresji.

Do eksperymentów z podwójnym znakowaniem (Figura 4), 70-kDa tetrametylorodaminy-dekstran wstrzyknięto do oocytów wykazujących ekspresję RanGAP-GFP w końcowym stężeniu 25 μg/ml. Oocyty obrazowano przy użyciu zestawu filtrów K1 K2. Mikroskop konfokalny ustawiono na zbieranie obrazów co 7 sekund. Koło filtrów wzbudzających przełączano ręcznie między filtrami pasmowoprzepustowymi 488 i 568 nm, tak że obrazy GFP i rodaminy były zbierane oddzielnie w odstępach 14-sekundowych. Pojedyncze wzbudzenie dało jaśniejszy obraz GFP niż uzyskany z filtrami dla podwójnego wzbudzenia. Oocyty obrazowano za pomocą soczewki obiektywu Plan-Neofluar 40x NA 1.3 Plan-Neofluar. Dane obrazu zostały przeanalizowane przez program National Institutes of Health Image należący do domeny publicznej (dostępny pod adresem http://rsb.info.nih.gov/nih-image/) oraz oprogramowanie Kaleidagraph (Synergy Software, Reading, PA).

W celu określenia współczynnika przepuszczalności dla wejścia 70 kDa podczas pierwszej fazy, dane dotyczące fluorescencji 70 kDa w GV znormalizowano tak, aby wartość początkowa wynosiła 0, a wartość końcowa wynosiła 1. W celu przeliczenia wykładniczej stałej odzysku k do współczynnika przepuszczalności, równanie k = 3P/r użyto (Peters, 1984), gdzie Pjest współczynnikiem przepuszczalności i r to promień jądra rozgwiazdy (35 μm). Do obliczenia współczynnika przepuszczalności dla danych wejściowych dekstranu 70 kDa posłużyliśmy się równaniem: szybkość zmiany stężenia = 3Pg/r, gdzie g = gradient stężenia. Strumień określono mierząc nachylenie wnikania dekstranu w każdym punkcie czasowym.

Symulacje komputerowe dyfuzji dekstranu 70 kDa przeprowadzono przy użyciu środowiska modelowania „Virtual Cell” (http://nrcam.uchc.edu). Rozszerzający się otwór został wymodelowany wzorem S = 2πr 2 (1 − cos θ), gdzieS jest polem przepuszczalnej części powierzchni, θ = πt/T, T jest aktualna godzina iT to czas, w którym cała powierzchnia staje się przepuszczalna (w symulacjach wykorzystaliśmy) T = 35 s). Skutkuje to stale otwierającym się otworem. Niektóre próby z nieliniowym otwarciem dały wyniki mniej zgodne z danymi. Opisy modeli Wirtualnej Komórki używane do symulacji GVBD są dostępne pod adresem http://room2.mbl.edu/gvbd/. Zastosowaliśmy współczynnik dyfuzji dla dekstranu 70 kDa w cytozolu wynoszący 20 μm 2 s -1, który uzyskano przez ekstrapolację znanych wartości dla małych cukrów (Weast, 1972) w oparciu o zależność, że współczynnik dyfuzji jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka sześciennego masy cząsteczkowej, a następnie czterokrotne zmniejszenie tej wartości, która jest stosunkiem lepkości cytozolu do lepkości wody (Luby-Phelps i in., 1986).


To badanie za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) poświęcone jest analizie składników cytoszkieletu mysiej komórki raka jajnika oraz wpływowi włókien aktyny i mikrotubuliny na deformację komórki. Nienowotworowe komórki rakowe we wczesnym stadium wykazują liczne, dobrze zorganizowane struktury cytoszkieletu składające się zarówno z włókien aktyny, jak i mikrotubul. W przeciwieństwie do tego, komórki reprezentujące późne i bardziej agresywne stadia raka wykazują wysoce zdezorganizowane struktury aktyny i mikrotubul. Przy użyciu leków ukierunkowanych na mikrofilament aktynowy, wraz z suberoiloanilidem kwasu hydroksamowego (SAHA) i lekami przeciwnowotworowymi tubastatyną A, zmodyfikowaliśmy strukturę architektury komórki i przeprowadziliśmy testy nano-indentacji, aby ocenić elastyczność i lepkość komórek w funkcji każdego biopolimeru. ważona obecność. Wyniki pokazują, że na oba właściwości mechaniczne duży wpływ mają poziomy i stan organizacji mikrofilamentów aktynowych, zmniejszając organizację aktynową komórek, powodując odpowiednio 85% i 79% spadek elastyczności i lepkości komórek. W przeciwieństwie do tego, wykazano, że organizacja mikrotubul wywiera jedynie marginalny wpływ na obie własności. Ponadto wykazano, że lek przeciwnowotworowy SAHA ma niewielki wpływ na lepkosprężystą odpowiedź komórek rakowych. Wreszcie, po raz pierwszy donosimy, że tubastatyna A, specyficzny inhibitor HDAC6, zwiększyła elastyczność komórek, jak wykazały testy AFM, bez wywierania drastycznych zmian w mikrofilamentach aktynowych lub sieciach mikrotubul. Nasze odkrycia wzbudzają zainteresowanie potencjalnym celem HDAC6, który wpływa na mechanikę komórkową równie skutecznie, jak konwencjonalne znane składniki cytoszkieletu.

  • aktyny
  • nowotwór
  • cytoszkielet
  • elastyczność
  • mikrofilamenty
  • mikroskopia, siła atomowa
  • mikrotubule
  • myszy
  • lepkość
  • rak jajnika
  • worinostat
  • komórki nowotworowe, złośliwe
  • lepkosprężystość
  • integralność osobista
  • deacetylaza histonowa 6

PODSTAWY MIKROBIOLOGII

CYTOPLAZMA, WKRĘCENIA I WRAŻENIA CYTOPLAZMOWE, CYTOSZKIELET

Termin cytoplazma odnosi się do wszystkiego między błoną komórkową a otoczką jądrową. Cytoplazma składa się z wody, białek, w tym enzymów, witamin, jonów, kwasów nukleinowych i ich prekursorów, aminokwasów i ich prekursorów, cukrów, węglowodanów i ich pochodnych, kwasów tłuszczowych i ich pochodnych. Służy jako pojemnik na płyn dla organelli komórkowych i innych substancji komórkowych. Jest stosunkowo pozbawiony cech charakterystycznych pod mikroskopem elektronowym - chociaż można zobaczyć małe granulki. Jest to obszar, w którym wykonywana jest cała praca komórki i zawiera wszystkie substancje chemiczne i struktury do wykonania tej pracy. Rzeczy zachodzące w tym obszarze to synteza białek, synteza DNA i kwasu rybonukleinowego (RNA), transfer energii i przygotowanie do podziału komórek. Komórka prokariotyczna składa się głównie z cytoplazmy, ponieważ ma tylko kilka wyraźnie określonych struktur

12.3 Inkluzje cytoplazmatyczne

Często w cytoplazmie komórek prokariotycznych znajduje się jeden lub drugi rodzaj ziarnistości inkluzyjnej (tabela 12.1). Inkluzje to wyraźne granulki, które mogą zajmować znaczną część cytoplazmy. Granulki inkluzyjne są zwykle pewnego rodzaju materiałami zapasowymi. Na przykład rezerwy węgla i energii mogą być przechowywane jako glikogen (polimer glukozy) lub jako granulki kwasu polibetahydroksymasłowego (rodzaj tłuszczu). Niektóre ciała inkluzyjne są w rzeczywistości błoniastymi pęcherzykami lub wnikaniami do cytoplazmy, które zawierają pigmenty fotosyntetyczne lub enzymy.

12.3.1 Poli-beta-hydroksyalkanian (PHA)

PHA, jeden z bardziej powszechnych wtrąceń magazynujących, jest w rzeczywistości długim polimerem powtarzających się jednostek hydrofobowych, do których mogą być przyłączone różne łańcuchy węglowe. Najpopularniejszą formą tej klasy polimerów jest poli-beta-hydroksymaślan, który ma grupę metylową jako łańcuch boczny cząsteczki. Niektóre polimery PHA mają właściwości podobne do plastiku i istnieje zainteresowanie ich wykorzystaniem jako formy biodegradowalnego plastiku. PHA w bakteriach pełni funkcję produktu magazynującego węgiel i energię. Tak jak my przechowujemy tłuszcz, bakterie przechowują PHA.

Glikogen to kolejny popularny produkt do magazynowania węgla i energii. Ludzie również syntetyzują i wykorzystują glikogen. Glikogen jest polimerem powtarzających się jednostek glukozy.

12.3.3 Fosforan i kulki siarki

Wiele organizmów gromadzi granulki polifosforanu, ponieważ jest to ograniczający składnik odżywczy w środowisku. Kuleczki to długie łańcuchy fosforanowe. Bakterie fotosyntetyczne, które nie wydzielają tlenu, często wykorzystują siarczki jako źródło elektronów. Niektóre z nich gromadzą kulki siarki. Te kulki mogą później dalej utleniać się i znikać, jeśli wyschnie pula siarczków.

Tabela 12.1 Inkluzje cytoplazmatyczne obecne w bakteriach

Cytoszkielet jest komórkowym „rusztowaniem” lub „szkieletem” zawartym w cytoplazmie i zbudowanym z białka. Cytoszkielet jest obecny we wszystkich komórkach, które kiedyś uważano za unikalne dla eukariontów (ryc. 12.3), ale ostatnie badania zidentyfikowały również cytoszkielet prokariotyczny. Jest to dynamiczna struktura, która utrzymuje kształt komórki, chroni komórkę, umożliwia ruch komórkowy (przy użyciu struktur takich jak wici, rzęski i lamellipodia) i odgrywa ważną rolę zarówno w transporcie wewnątrzkomórkowym (np. ruch pęcherzyków i organelli), jak i komórkowym. podział.


Ryc. 12.3 Cytoszkielet eukariotyczny

12.4.1 Cytoszkielet eukariotyczny

12.4.1.1 Filamenty/mikrofilamenty aktynowe

Ten typ włókna o średnicy około 6 nm składa się z dwóch splecionych ze sobą łańcuchów. Mikrofilamenty są najbardziej skoncentrowane tuż pod błoną komórkową i są odpowiedzialne za opieranie się naprężeniom i utrzymywanie kształtu komórki, tworzenie wypukłości cytoplazmatycznych (takich jak pseudopodia i mikrokosmki) oraz udział w niektórych połączeniach komórka-komórka lub komórka-macierz. W połączeniu z tymi ostatnimi rolami mikrofilamenty są niezbędne do transdukcji. Są one również ważne dla cytokinezy (w szczególności tworzenia bruzdy dzielącej) i, wraz z miozyną, skurczu mięśni. Oddziaływania aktyny/miozyny pomagają również w wytwarzaniu strumieni cytoplazmatycznych w większości komórek. Mikrotubule służą jako przenośniki taśmowe przenoszące inne organelle przez cytoplazmę i są głównymi składnikami rzęsek i wici oraz uczestniczą w tworzeniu włókien wrzeciona podczas podziału komórki (mitozy).


12.4.1.2 Włókna pośrednie

Filamenty te, o średnicy około 10 nm, są bardziej stabilne (silnie związane) niż filamenty aktynowe i niejednorodne składniki cytoszkieletu.Chociaż wykonano niewiele pracy nad filamentami pośrednimi w roślinach, istnieją pewne dowody na to, że mogą być obecne cytozolowe filamenty pośrednie i wykryto roślinne filamenty jądrowe. Podobnie jak filamenty aktynowe, działają w utrzymywaniu kształtu komórek poprzez naprężenie nośne (mikrotubule przeciwstawiają się ściskaniu). Przydatne może być myślenie o włóknach mikro i pośrednich jako o kablach, a mikrotubulach jako o komórkowych belkach nośnych. Filamenty pośrednie organizują wewnętrzną trójwymiarową strukturę komórki, zakotwiczając organelle i służąc jako składniki strukturalne blaszki jądrowej i sarkomerów. Uczestniczą również w niektórych połączeniach komórka-komórka i komórka-macierz.

Mikrotubule są pustymi cylindrami o średnicy około 23 nm (prześwit = około 15 nm średnicy), najczęściej zawierającymi 13 protofilamentów, które z kolei są polimerami alfa i beta tubuliny. Charakteryzują się bardzo dynamicznym zachowaniem, wiążąc GTP do polimeryzacji. Są one powszechnie organizowane przez centrosomy. W dziewięciu zestawach trójek (w kształcie gwiazdy) tworzą centriole, aw dziewięciu dubletach zorientowanych wokół dwóch dodatkowych mikrotubul (w kształcie koła) tworzą rzęski i wici. Ta ostatnia formacja jest powszechnie określana jako układ „9+2”, w którym każdy dublet jest połączony z drugim białkową dyneiną. Ponieważ zarówno wici, jak i rzęski są strukturalnymi składnikami komórki i są utrzymywane przez mikrotubule, można je uznać za część cytoszkieletu.

12.4.2 Cytoszkielet prokariotyczny

Wcześniej sądzono, że cytoszkielet jest tylko cechą komórek eukariotycznych, ale homologi do wszystkich głównych białek cytoszkieletu eukariotycznego zostały ostatnio znalezione u prokariotów. Chociaż związki ewolucyjne są tak odległe, że nie są oczywiste na podstawie samych porównań sekwencji białek, podobieństwo ich trójwymiarowych struktur i podobnych funkcji w utrzymywaniu kształtu i polaryzacji komórek dostarcza mocnych dowodów na to, że cytoszkielety eukariotyczne i prokariotyczne są naprawdę homologiczne. Jednak niektóre struktury w cytoszkielecie bakteryjnym mogą jeszcze nie zostać zidentyfikowane (ryc. 12.5).

FtsZ było pierwszym zidentyfikowanym białkiem cytoszkieletu prokariotycznego. Podobnie jak tubulina, FtsZ tworzy włókna w obecności GTP, ale te włókna nie grupują się w kanaliki. Podczas podziału komórki FtsZ jest pierwszym białkiem, które przemieszcza się do miejsca podziału i jest niezbędne do rekrutacji innych białek, które syntetyzują nową ścianę komórkową między dzielącymi się komórkami.

Białka prokariotyczne podobne do aktyn, takie jak MreB, biorą udział w utrzymaniu kształtu komórki. Wszystkie bakterie niesferyczne mają geny kodujące białka podobne do aktyn, a białka te tworzą pod błoną komórkową spiralną sieć, która kieruje białkami zaangażowanymi w biosyntezę ściany komórkowej. Niektóre plazmidy kodują system podziału, który obejmuje podobne do aktyny białko ParM. Filamenty ParM wykazują dynamiczną niestabilność i mogą dzielić plazmidowy DNA do dzielących się komórek potomnych w mechanizmie analogicznym do tego, jaki stosują mikrotubule podczas mitozy eukariotycznej.

Bakteria Caulobacter crescentus zawiera trzecie białko, crescentin, które jest związane z włóknami pośrednimi komórek eukariotycznych. Crescentin bierze również udział w utrzymywaniu kształtu komórek, takich jak spiralne i wibrioidalne formy bakterii, ale mechanizm, za pomocą którego to robi, jest obecnie niejasny.


a) Komórki takie jak Staphylococcus aureus zawierają podobne do tubuliny białko podziału FtsZ, które występuje praktycznie we wszystkich eubakteriach. Podczas gdy FtsZ tworzy strukturę w kształcie pierścienia (niebieski) podczas podziału komórki, która jest wymagana do procesu podziału, wydaje się, że nie nadaje żadnego kształtu komórkom nie dzielącym się. Dlatego większość komórek zawierających FtsZ jako jedyny element cytoszkieletu jest kulista.

b) Gdy obecne są homologi MreB podobne do aktyny, komórki mogą przybrać morfologię w kształcie pręcika, taką jak u Escherichia coli. MreB i jego homologi często pojawiają się jako wewnątrzkomórkowe struktury helikalne (czerwone) oglądane pod mikroskopem fluorescencyjnym.

Wici (singular-flagellum) to nitkowate struktury białkowe przyczepione do powierzchni komórki, które zapewniają ruch pływacki większości ruchliwych prokariotów. Wici prokariotyczne są znacznie cieńsze niż wici eukariotyczne i brakuje im typowego układu mikrotubul 9+2. Średnica wici prokariotycznej wynosi około 20 nm, znacznie poniżej zdolności rozdzielczej mikroskopu świetlnego. Około połowa prątków i wszystkie spiralne i zakrzywione bakterie poruszają się za pomocą wici. U bakterii (ryc. 12.6) wici mogą być różnie rozmieszczone na powierzchni komórek bakteryjnych w wyróżniających się wzorach, ale zasadniczo wici są albo polarne (jedna lub więcej wici wyrastających z jednego lub obu biegunów komórki) albo okostnej (boczne wici rozłożone na całą powierzchnię komórki).


Ekspresja włókien pośrednich keratyny i wimentyny w komórkach nabłonka pęcherza królika na różnych etapach progresji nowotworowej indukowanej benzo[a]pirenem

Nabłonek pęcherza królika, hodowany na żelach kolagenowych i wystawiony na działanie chemicznego kancerogenu benzo[a]pirenu, wytworzył nienowotworowe zmienione ogniska, jak również nowotworowe linie komórek nabłonkowych podczas 120-180 dni w hodowli. Badania immunofluorescencyjne ujawniły rozległe włókna keratynowe zarówno w pierwotnych komórkach nabłonka, jak i zmienionych ogniskach nabłonka indukowanych benzo[a]pirenem, ale nie wykazały wykrywalnych włókien wimentynowych. Brak ekspresji wimentyny w tych komórkach potwierdzono za pomocą dwuwymiarowej elektroforezy żelowej. W przeciwieństwie do tego, barwienie immunofluorescencyjne sklonowanej linii komórek nabłonka pęcherza królika, przekształconej w benzo[a]piren, RBC-1, ujawniło zmniejszenie keratyny nitkowatej wraz z ekspresją filamentów wimentyny. Nabłonkowy charakter tej linii komórkowej został ustalony przez obserwację, że komórki wstrzyknięte nagim myszom tworzą dobrze zróżnicowanego gruczolakoraka. Zamrożone skrawki takich guzów wykazywały silne barwienie przeciwciałami przeciwko keratynom, ale brak wykrywalnego barwienia przeciwciałami przeciwko wimentynie. Wyniki te wykazały zróżnicowaną ekspresję typu włókna pośredniego w komórkach na różnych etapach rozwoju nowotworu oraz w komórkach utrzymywanych w różnych środowiskach wzrostu. Oczywiste jest, że ekspresję filamentów pośrednich podczas progresji nowotworu najlepiej badać stosując układ modelowy in vivo równolegle z badaniami hodowlanymi.


Obejrzyj wideo: #14 SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY - REGULACJA Matura z biologii 2022 + studia (Sierpień 2022).