Citoscheletro. Densa rete di fibre proteiche

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1 Citoscheletro

2 Citoscheletro Densa rete di fibre proteiche Altamente dinamico Conferisce alla cellula: Resistenza meccanica Controllo della forma Permette ed indirizza il movimento 3 tipi di fibre: Unità Globulari Microtubuli Microfilamenti Unità Fibrose Filamenti Intermedi

3 Componenti del Citoscheletro

4 Componenti del Citoscheletro

5 Come appaiono i componenti del citoscheletro in una cellula osservata al TEM (fibroblasto)

6 Confronto tra i componenti A forma di cavo lunghi cilindri cavi 2 polimeri di actina costitituiti da tubulina avvolti a elica, flessibili, 10nm 25nm 7nm

7 Microtubuli

8 Microtubuli Sub-unità globulari Tubulina Sono i filamenti più grossi Diametro 25 nm Lunghezza diversi µm Strutture molto dinamiche Assemblano-disassemblano Ruolo strutturale Permettono movimenti Componenti di Ciglia e Flagelli

9 Funzione dei Microtubuli -sostegno e forma alle cellule -trasporto degli organelli e organizzazione interna alle cellule; -formazione del fuso mitotico e separazione dei cromosomi; -ciglia e flagelli

10 I microtubuli La tubulina è un dimero, formato da due subunità di sequenza aminoacidica simile, chiamate tubulina α e tubulina ß. I dimeri di tubulina polimerizzano a formare lunghe catene chiamate protofilamenti. Nella cellula i protofilamenti sono assemblati a gruppi di tredici in una struttura che nel complesso forma il microtubulo. I protofilamenti si avvolgono a spirale di passo sinistrorso e decorrono paralleli tra di loro intorno all'asse del microtubulo

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13 Formazione dei microtubuli Ogni volta che una molecola di tubulina si lega al complesso polimerico il GTP è idrolizzato a GDP. GTP GDP I microtubuli sono polarizzati con una parte negativa a crescita lenta e una parte positiva a crescita rapida.

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16 Centrosoma e Centrioli La formazione dei microtubuli avviene in un area denominata MTOC: Centro Organizzatore dei MicroTubuli Nell interfase il MTOC prende il nome di Centrosoma localizzato vicino al nucleo e associato con due Centrioli circondati da materiale pericentriolare

17 Centrioli e Centrosoma Costituiti da triplette di microtubuli disposti a cerchio Questi rappresentano centri di organizzazione dei microtubuli (MTOC)

18 Centro Organizzatore dei Microtubuli Il materiale pericentriolare presenta due proteine -Tubulina - Conformazione ad anello alla base del microtubulo nascente - Serve da stampo nella nucleazione - Pericentrina La porzione negativa del microtubulo è collegata con il MTOC.

19 Dinamica dei Microtubuli La vita media della tubulina è di circa un giorno. La vita media di un microtubulo è di soli 10 minuti. Sono in continuo stato di assemblaggio e disassemblaggio. Questa caratteristica è detta instabilità dinamica. La crescita dei microtubuli è influenzata da molti fattori quali ad esempio la divisione cellulare e il movimento. Ad esempio, la crescita di un microtubulo è controllata dalla prsenza alla sua estremità di una struttura come ad esempio una membrana. Il movimento delle vescicole o degli organuli cellulari all interno della cellula dipende dai microtubuli e dalle proteine ad essi associate (MAP) Instabilità dinamica dei microtubuli Video 9.1

20 Microtubuli, fuso mitotico e centrioli Centrioli "organizzano" i microtubuli per la divisione cellulare

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22 Sostanze che bloccano la mitosi agendo sul citoscheletro sono utilizzate per la cura del cancro Colchicina, colcemide, vincristina e vinblastina Si legano alla tubulina e impediscono la formazione dei microtubuli (polimerizzazione) Questo blocca la mitosi Taxolo Stabilizza i microtubuli, Anche questo blocca la mitosi

23 Proteine associate ai microtubuli MAP (microtubules associated proteins) proteine associate ai microtubuli Sono proteine ad alto peso molecolare Arrivano a costituire il 20 % della massa totale

24 Proteine associate ai microtubuli Due classi di MAP MAP non motrici In grado di coordinare l organizzazione dei microtubuli nel citoplasma MAP motrici Chinesina e Dineina Il movimento delle vescicole o degli organelli cellulari all interno della cellula dipende dai microtubuli e dalle proteine ad essi associate (MAP)

25 MAP di tipo I Map1: mediano il legame dei microtubuli con altri componenti del citoscheletro o con proteine di membrana MAP di tipo II, Map2 (dendriti), Map4 (ubiquitaria) e Tau (assoni): stabilizzano i microtubuli Video 9.2 Altri tipi di MAP, Molte legano le estremità dei microtubuli e ne regolano la polimerizzazione. Es.: catastrofina, include EB1, EB2, EB3, CLIP170, CLIP115.

26 MAP Motrici Chinesina e Dineina Fanno da ponte fra i microtubuli e le vescicole intracellulari Si muovono in direzioni opposte sui microtubuli, che agiscono da binario, trasportando le vescicole intracellulari

27 Teste Globulari Catene pesanti MAP Motrici Legano i microtubuli e l ATP Attività ATPasica Il legame e l idrolisi dell ATP permettono il movimento Zona della coda Catene pesanti e leggere Legano gli organelli cellulari o le vescicole da movimentare Video 9.3 e 9.4 Movimento delle MAP Motrici Video 9.1

28 MAP Motrici Chinesina Si muove verso la porzione positiva Dineina Si muove verso quella negativa Video 9.5

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30 Trasporto assonico Neurone Dendriti Assone Trasporto assonico Vescicola Chinesina Dineina Microtubulo

31 Trasporto Assonico Microtubuli orientati con estremità + verso il terminale assonico Autostrada per il trasporto delle sostanze sintetizzate nel corpo cellulare (trasporto anterogrado) Trasporto retrogrado veicola materiale dal terminale assonico al corpo cellulare

32 Ciglia e Flagelli Microtubuli raggruppati a formare strutture per il movimento 9+2 coppie di microtubuli Associati alla Dineina

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34 Ciglia Strutture mobili che si proiettano dalla superficie libera di alcuni epiteli Trachea, Tube di Falloppio Lunghezza 7-10 µm Possono arrivare anche a metà della lunghezza della cellula 300 ciglia per cellula Richiedono ATP per il movimento Movimentano sostanze sulla superficie

35 Ciglia Movimento utile per la pulizia delle superfici Non fumatori Fumatori

36 Movimento delle ciglia

37 MAP Motrici Nel movimento di ciglia e flagelli avviene lo scorrimento dei microtubuli per mezzo di MAP motrici

38 Flagelli Disposizione dei microtubuli e richieste di ATP simile a ciglia Movimento di singole cellule Molto lunghi 3-4 volte la lunghezza della cellula Uno per cellula Alcuni Batteri Protozoi Spermatozoi

39 Spermatozoi 9+2 coppie di microtubuli Dineina e altre proteine per movimento

40 Microfilamenti

41 Microfilamenti Filamenti di actina sono sottili e flessibili Accorpati piuttosto che isolati Associati alla membrana plasmatica

42 Microfilamenti Ubiquitari Movimento cellulare Supporto strutturale Producono la forza contrattile interagendo con la Miosina Filamenti sottili 6-7 nm Actina Globulare (G) e Filamentosa (F)

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44 Localizzazione Microfilamenti Microvilli Anima e rete basale Stress fibers Appendici della cellula in movimento Anello contrattile durante divisione cellulare

45 I microfilamenti si associano alla membrana plasmatica Es.: Spectrina: eritrociti; Distrofina: muscolo

46 Spectrina: eritrociti

47 Distrofina: muscolo

48 Diverse proteine interagiscono con l actina con fini differenti: - Favorire la nucleazione (ARP2/3) - Inibire la polimerizzazione (Timosina) - Stabilizzare le estremità (Cap Z) - Stabilizzare i filamenti (Filamina) - Riorganizzare le fibre tagliandole (Gelsonina e Cofilina)

49 Il motore molecolare dell actina è la miosina. Le miosine sono di due tipi: Miosine -miosina muscolare, si trova nelle fibrocellule muscolari; -miosina non muscolare si trova negli altri tipi muscolari.

50 Contrattilità muscolare

51 Organizzazione dell actina e della miosina muscolare

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53 Esempi di contrattilità e motilità non muscolare Citodieresi

54 Microfilamenti e movimento cellulare Cellula spinge prolungamenti in avanti Lamellipodi e Filopodi Protrusioni aderiscono alla superficie Contatti focali Il corpo della cellula viene tirato a rimorchio Lamellipodi Filopodi

55 Lamellipodi e Filopodi Contatti focali

56 Microfilamenti e movimento cellulare I movimenti coordinati che le cellule compiono spostandosi su una superficie sono in sequenza: 1) estensione del bordo avanzante, 2) attacco del bordo avanzante al substrato, 3) distacco dell adesioni focali e retrazione del bordo posteriore

57 Dinamicità della organizzazione dei Microfilamenti Rac CDC42 Rho

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59 Microvilli Digitazioni della membrana plasmatica Porzione luminale degli epiteli Aumentano la superficie di una cellula di circa 30 volte Lunghezza 0.5-1mm 3000 per cellula

60 Microvilli Rene ed Intestino Tenue Rete di actina e proteine associate Allungano ed accorciano i microvilli Impediscono intasamento della superficie

61 Cellule capellute della coclea: stereociglia

62 Filamenti Intermedi

63 Filamenti Intermedi Bastoncini resistenti e flessibili Circa 10 nm di spessore Protofilamenti Sub-unità proteiche arrotolate l una sull altra Solo organismi pluricellulari Composizione proteica e dimensioni variabili Sostegno meccanico Abbondanti in zone di stress meccanico

64 Filamenti Intermedi Resistenza a stress meccanici Video 9.6

65 Classi dei filamenti intermedi I classe Cheratine Acide II classe Cheratine Basiche o Neutre III classe Vimentina, Desmina e GFA (proteina fibrillare acida della glia delle cellule nervose) IV classe Proteine dei Neurofilamenti (NF) V classe Lamine nucleari A, B e C VI classe Nestina

66 Distribuzioni tissutale dei filamenti intermedi Cheratina in cellule epiteliali Vimentina in tessuto connettivo, muscolo e cellule di sostegno del sistema nervoso Desmina in cellule muscolari GFA nelle cellule della glia Neurofilamenti in cellule nervose Nestina nei procursori neuronali Lamina è ubiquitaria

67 Cheratinociti Desmosomi e Tonofilamenti Rafforzano le zone sottoposte a stress meccanico

68 Epitelio di transizione IFs Filamenti intermedi particolarmente importanti L epitelio di distende e ritrae continuamente Vescica

69 Citoscheletro e Giunzioni Cellulari