1. zytoskelett 2. zellteilung zellzyklus 3. zelladhesion 4

1. ZYTOSKELETT
2. ZELLTEILUNG
ZELLZYKLUS
3. ZELLADHESION
4. EXTRAZELLULÄRE
MATRIX
Krebs ist die Ursache der meisten Todesfälle
weltweit: 7.4 Million Todesfälle/Jahr (ungefähr 13% aller
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Todesfälle).
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Rb: RETINOBLASTOMA
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CYTOSKELETT
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Funktionen des Cytoskeletts:
1. Es verleiht der Zelle Form und Reissfestigkeit
2. Es ermöglicht verschiedene Arten zellulärer Bewegung.
3. Separiert die Chromosomen bei der Zellteilung
4. Es liefert „Schienen” für Motorproteine, die an der
Bewegung von Zellbestandteilen beteiligt sind.
5. Wechselwirkt mit extracellulären Strukturen, um die
Zelle in Position zu halten
DAS CYTOSKELETT
A
MIKROFILAMENTE
B
MICROTUBULI
C
INTERMEDIÄRFILAMENTE
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INTERMEDIÄRFILAMENTE
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Intermediärfilamente
• Intermediärfilamente bestehen aus fibrillären Proteinen
Stabilisieren die Form der Zelle und verleihen ihr Reissfestigkeit.
• Manche sind an Desmosomen verankert unterstützen so den Zusammenhalt von Nachbarzellen.
• Andere bilden die Kernlamina
Fibrilläre Untereinheit
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INTERMEDIÄRFILAMENTE
Typen:
I., II, Keratine (Desmosomen, Haar, Nagel)
III., Vimentin (Anfang der Zelldifferenzierung)
(Muskeln).
IV., Neurofilamente (Axone von Neuronen);
V., Lamin (Innere Seite der Kernmembran);
Desmin
Krankheiten:
epidermolysis bullosa simplex, (Keratin)
amyotrophic lateral sclerosis (ALS) (Neurofilament)
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AKTINFILAMENTE
(Microfilamente)
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Microfilamente:
Actinfilamente verändern die Zellgestalt und ermöglichen die Zellbewegung (Kontraktionen,
Cytoplasmaströmung).
Actinfilamente und Myosinfilamente sind gemeinsam für die Muskeltätigkeit verantwortlich.
Verbinden Transmembranproteine mit zytoplasmatischen Proteinen
Zytokinese
Aktinfilamente (F-Aktin) polymerisieren als lange helikale Ketten aus glubuläre AktinMonomern (G-Aktin)
Aktin Monomer
ACTIN-BINDENDE PROTEINE
Capping: CapZ
MonomerSequstrierung:
Timozin
Bündelung: Fascin, Fimbrin
Actin Monomer
Actin Polymer
Quervernetzung: filamin
Fragmentierung: Gelsolin
Membranverbindung: spectrin, distrofin
Depolimerisierung: Kofilin
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Zellbewegung - Lamellipodia
Viele Zellen bewegen sich durch Ausstülpungen an der
Zellfront (LAMELLIPODIUM) and ziehen danach das
Zellende zürück.
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Zellbewegung - Filopodia
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Zellbewegung – Filopodia, Lamellipodia
Schaefer A W et al. J Cell Biol 2002;158:139-152
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Zellbewegung - Lamellipodia
TREADMILLING VON AKTIN IM LAMELLIPODIUM
Gezeigt bei Speckle-Microscopy.
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Zellbewegung - Lamellipodia
PROTEININTERAKTIONEN IN LAMELLIPODIA
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Zellbewegung - Zelladhesion
Fokalkontakte - Stressfasern
(a & b )Integrine verbinden Zellen miteinander und mit der
extracellulären Matrix.
Wandernde Zellen machen und unterbrechen Kontakte mit der
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Zellbewegung - Lamellipodia
PROTEININTERAKTIONEN IN LAMELLIPODIA
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Zellbewegung - Zelladhesion
Vorderseite (Lamellipodium)
Hinterseite
Microtubuli sind notwendig für den Abbau von
Fokaladhesionen und Fokalkomplexen während der
Zellwanderung.
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Zellbewegung
STRESS FIBERS werden
geformt, wenn die Zelle mit
dem Substratum eine stabile
Verbindung aufbaut.
Während der Kontraktion
der stress fibers Myosin trägt
zum Gleiten der
antiparallelen Aktinfilamente
bei.
Kontraktion der stress
fibers zieht das Zellende.
Schematic representation of the actin cytoskeleton in a polarised fibroblast. The different
organisational forms of actin filaments are depicted: diagonal actin filament meshwork in the
lamellipodium (Lam.), with associated radial bundles (filopodia, Fil); contractile bundles of actin
(stress fibres, S.F.) in the cell body and at the cell edge; and a loose actin network throughout the
cell. Sites of adhesion of the cell with the substrate are also indicated: focal complexes (Fx)
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associated with lamellipodia and filopodia and focal adhesions (F.A.) at the termini of actin stress
Zellbewegung – Zelladhesion und
Mikrotubuli
Microtubuli sind notwendig für den Abbau von
Fokaladhesionen und Fokalkomplexen während der
Zellmigration.
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Pathogene und das Aktin-Cytoskelett
Viele Pathogene
benutzen das Aktin der
Wirtszelle, um sich in
der infizierten Zelle zu
bewegen und zu einer
anderen Zelle
übertragen zu werden.
Sie lassen AktinSchwänze wachsen.
Listeria monocytogenes moving in PtK2 cells
These pathogenic bacteria grow directly in the host cell cytoplasm. The phase-dense streaks behind the bacteria are the actin-rich comet tails.
Actin-based motility is also used in cellular motility; this cell is using it's cytoskeleton to crawl toward the lower right-hand corner. Speeded up
150X over real time. Julie Theriot & Dan Portnoy
Muskeldystrophien
Muskeldystrophien:
• fortschreitende, meist symmetrisch ausgebildete Muskelschwäche
• Es sind mehr als 30 verschiedene Formen bekannt
• Die Symptome der Krankheit können erfolgreich behandelt werden, aber MD ist
tödlich
je nach Form auch schon in jungen Jahren
Duchenne muscular dystrophy (DMD)
• X-gekoppelt, Dystrophinmutationen
• jeder 3300ste Mann ist betroffen
• erste Symptome um das 5te Lebensjahr
• Rollstuhl um das 12te Lebensjahr
• Lebeserwartung mit DMD: bis die Mitte der 30er Jahre
Mikrovilli
MYOSINE
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MYOSINE
Aktin-bindende Motorproteine
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Gleitfilamenttheorie
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Gleitfilamenttheorie
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Gleitfilamenttheorie
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RIGOR MORTIS
(Totenstarre)
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MIKROTUBULI
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• Mikrotubuli sind lange zylinderförmige Gebilde, die aus Tubulin gebildet werden. Tubulin besteht aus zwei Untereinheiten : a-tubulin
und b-tubulin
• Mikrotubuli verlängern oder verkürzen sich, indem Tubulin-Dimere zugefügt oder entfernt werden.
• Durch das Verkürzen von Mikrotubuli werden die Chromosomen
bei der Zellteilung bewegt.
• Wechselwirkungem zwischen Mikrotubuli ermöglichen Zellbewegungen.
• Mikrotubuli dienen als „Gleise” für die Beforderung von Vesikeln.
Mikrotubuli
b-Tubulin
Monomer
a-Tubulin
Monomer
Tubulin Dimer
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Aufbau
- Ende
Dynamische Instabilität
POLIMERISIERUNG
DEPOLIMERISIERUNG
MIKROTUBULI
(MT)
MT-assiziierte Proteine
beeinflussen die
dynamische
+ Ende Instabilität.
Zytostatika:
Substanzen, die die
Zellteilung hemmen
Colchizin, Taxol,
VinblastinStabilisatoren, in
grosser Konzentration
depolymerisieren
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„Strömung”
der MTUntereinheiten
Susan L. Kline-Smith and Claire E. Walczak: Mitotic Spindle Assembly and Chromosome Segregation: Refocusing on
Microtubule Dynamics. Molecular Cell, Vol. 15, 317–327, 2004,
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Mikrotubuli sind dynamisch an den
+ Enden
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Motorproteine
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Motorproteine
MYOSIN
KINESIN
+Ende
gerichtete
s
Actinmoto
r
+Ende
gerichtete
s MTmotor
-Ende
gerichtete
s MTmotor
DYNEIN
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Motorproteine
Verändern ihre Konformation reversibel,
angetriben vom ATP.
Dynein bindet an Microtubuli und
bewegt diese an benachbarten
Mikrotubuli entlang.
Kinesin bindet an Vesikeln und führt es
an einem Mikrotubulus entlang.
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MT-MOTOREN: KINESINE
Klassifizierung der Kinesine: (Position des
Motor-Domäns)
(N:N terminus, I:Innere Region, C: C-terminus):
Kin N (+ Ende-gerichtete Kinesine),
Kin I (MT-Depolymerasen)
Kin C (+ Ende-gerichtete Kinesine)
Monomer-, Dimer-, Tetramer-Formen
Kinezin Stammbaum
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MT MOTOROK: KINEZINEK
Funktionen der Kinesine:
Transport von Zellorganellen
Vesikeln
Pigmente
ER und Golgi-Apparat
Chromosomen
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DYNEINE:
Funktionen der Dyneine:
Transport von Zellorganellen
Vesikeln
Pigmente
ER und Golgi-Apparat
Chromosomen
DYNEIN
Komplex
DYNAKTIN
Komplex
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Figure 4.22 Sliding Microtubules Cause Cilia to Bend
Geisseln (Flagellen) und Cilien
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Geisseln (Flagellen) und Cilien
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Axonale Transport
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Centriolen
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CENTRIOLEN
Bestehen aus 9
Mikrotubuli-Tripletts.
Organisieren das
Centrosom
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CENTROSOM
CENTROSOM:
CENTRIOLEN
und PCM
g-tubulin ring
complex :
MT-Nucleation
MicrotubuliOrganisationscentrum (MTOC)
Marie Delattre and Pierre Gönczy: The arithmetic of centrosome biogenesis. Journal of Cell Science 117, 1619-1629 2004
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