De filamentos intermedios - Intermediate filament
| Dominio de cola de filamento intermedio | |||||||||
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 Estructura del dominio globular de lamin a / c
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | IF_tail | ||||||||
| Pfam | PF00932 | ||||||||
| InterPro | IPR001322 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00198 | ||||||||
| SCOP2 | 1ivt / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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| Dominio de varilla de filamento intermedio | |||||||||
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 Fragmento de bobina 2b de vimentina humana (cys2)
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Filamento | ||||||||
| Pfam | PF00038 | ||||||||
| InterPro | IPR016044 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00198 | ||||||||
| SCOP2 | 1gk7 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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| Región de la cabeza del filamento intermedio (unión al ADN) | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Filament_head | ||||||||
| Pfam | PF04732 | ||||||||
| InterPro | IPR006821 | ||||||||
| SCOP2 | 1gk7 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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| Proteína de filamento intermedio neuronal periférico | |||||||
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| Identificadores | |||||||
| Símbolo | PRPH | ||||||
| Alt. simbolos | NEF4 | ||||||
| Gen NCBI | 5630 | ||||||
| HGNC | 9461 | ||||||
| OMIM | 170710 | ||||||
| RefSeq | NM_006262.3 | ||||||
| UniProt | P41219 | ||||||
| Otros datos | |||||||
| Lugar | Chr. 12 q13.12 | ||||||
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| Proteína de filamento intermedio de células madre neuronales de Nestin | |||||||
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| Identificadores | |||||||
| Símbolo | NES | ||||||
| Gen NCBI | 10763 | ||||||
| HGNC | 7756 | ||||||
| OMIM | 600915 | ||||||
| RefSeq | NP_006608 | ||||||
| UniProt | P48681 | ||||||
| Otros datos | |||||||
| Lugar | Chr. 1 q23.1 | ||||||
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Los filamentos intermedios ( IF ) son componentes estructurales del citoesqueleto que se encuentran en las células de los vertebrados y muchos invertebrados . Se han observado homólogos de la proteína IF en un invertebrado , el cefalocordado Branchiostoma .
Los filamentos intermedios están compuestos por una familia de proteínas relacionadas que comparten características estructurales y de secuencia comunes. Inicialmente designados como 'intermedios' porque su diámetro promedio (10 nm ) está entre los de los microfilamentos más estrechos (actina) y los filamentos de miosina más anchos que se encuentran en las células musculares, el diámetro de los filamentos intermedios ahora se compara comúnmente con los microfilamentos de actina (7 nm) y los microtúbulos ( 25 nm). Los filamentos intermedios de animales se subcategorizan en seis tipos según las similitudes en la secuencia de aminoácidos y la estructura de las proteínas . La mayoría de los tipos son citoplasmáticos , pero un tipo, el tipo V, es una lámina nuclear . A diferencia de los microtúbulos, la distribución de IF en las células no muestra una buena correlación con la distribución de las mitocondrias o del retículo endoplásmico .
Estructura
La estructura de las proteínas que forman filamentos intermedios (IF) se predijo en primer lugar mediante el análisis computarizado de la secuencia de aminoácidos de una queratina epidérmica humana derivada de ADNc clonados . El análisis de una segunda secuencia de queratina reveló que los dos tipos de queratinas comparten solo aproximadamente un 30% de homología de secuencia de aminoácidos, pero comparten patrones similares de dominios de estructura secundaria. Como sugiere el primer modelo, todas las proteínas IF parecen tener un dominio de barra de hélice alfa central que se compone de cuatro segmentos de hélice alfa (denominados 1A, 1B, 2A y 2B) separados por tres regiones enlazadoras.
El bloque de construcción central de un filamento intermedio es un par de dos proteínas entrelazadas que se denomina estructura en espiral . Este nombre refleja el hecho de que la estructura de cada proteína es helicoidal y el par entrelazado también es una estructura helicoidal. El análisis estructural de un par de queratinas muestra que las dos proteínas que forman la espiral se unen por vía hidrófoba . Los residuos cargados en el dominio central no tienen un papel principal en la unión del par en el dominio central.
Los IF citoplasmáticos se ensamblan en filamentos de longitud unitaria no polares (ULF). ULF idénticos se asocian lateralmente en tetrámeros solubles antiparalelos escalonados, que se asocian de la cabeza a la cola en protofilamentos que se emparejan lateralmente en protofibrillas, cuatro de las cuales se enrollan juntas en un filamento intermedio. Parte del proceso de ensamblaje incluye un paso de compactación, en el cual ULF aprieta y asume un diámetro menor. Las razones de esta compactación no se comprenden bien, y se observa de forma rutinaria que los IF tienen diámetros que oscilan entre 6 y 12 nm.
El N-terminal y el C-terminal de las proteínas IF son regiones no helicoidales alfa y muestran una amplia variación en sus longitudes y secuencias a través de las familias IF. El "dominio principal" N-terminal se une al ADN . Las cabezas de vimentina pueden alterar la arquitectura nuclear y la distribución de cromatina , y la liberación de cabezas por la proteasa del VIH-1 puede desempeñar un papel importante en la citopatogenia y carcinogénesis asociadas al VIH-1 . La fosforilación de la región de la cabeza puede afectar la estabilidad del filamento. Se ha demostrado que la cabeza interactúa con el dominio de barra de la misma proteína .
El "dominio de cola" C-terminal muestra una variación de longitud extrema entre diferentes proteínas IF .
La orientación antiparalela de los tetrámeros significa que, a diferencia de los microtúbulos y microfilamentos, que tienen un extremo positivo y un extremo negativo, los IF carecen de polaridad y no pueden servir como base para la motilidad celular y el transporte intracelular.
Además, a diferencia de la actina o la tubulina , los filamentos intermedios no contienen un sitio de unión para un nucleósido trifosfato .
Los IF citoplasmáticos no se mueven en cinta rodante como los microtúbulos y las fibras de actina, pero son dinámicos.
Propiedades biomecánicas
Las IF son proteínas bastante deformables que pueden estirarse varias veces su longitud inicial. La clave para facilitar esta gran deformación se debe a su estructura jerárquica, que facilita una activación en cascada de los mecanismos de deformación a diferentes niveles de deformación. Inicialmente, las hélices alfa acopladas de los filamentos de longitud unitaria se desenrollan a medida que se tensan, luego, a medida que aumenta la tensión, pasan a láminas beta y , finalmente, a mayor tensión, los enlaces de hidrógeno entre las láminas beta se deslizan y los monómeros ULF se deslizan a lo largo de cada una. otro.
Tipos
Hay alrededor de 70 genes humanos diferentes que codifican varias proteínas de filamentos intermedios. Sin embargo, los diferentes tipos de IF comparten características básicas: en general, todos son polímeros que miden entre 9 y 11 nm de diámetro cuando están completamente ensamblados.
Los IF de animales se subcategorizan en seis tipos según las similitudes en la secuencia de aminoácidos y la estructura de las proteínas :
Tipos I y II: queratinas ácidas y básicas
Estas proteínas son las más diversas entre los IF y constituyen proteínas IF de tipo I (ácidas) y de tipo II (básicas) . Las muchas isoformas se dividen en dos grupos:
- queratinas epiteliales (alrededor de 20) en las células epiteliales (imagen a la derecha)
- queratinas tricocíticas (alrededor de 13) ( queratinas del cabello ), que forman el cabello , las uñas , los cuernos y las escamas de los reptiles .
Independientemente del grupo, las queratinas son ácidas o básicas. Las queratinas ácidas y básicas se unen entre sí para formar heterodímeros ácido-básicos y estos heterodímeros luego se asocian para formar un filamento de queratina.
Los filamentos de citoqueratina se asocian lateralmente entre sí para crear un haz grueso de ~ 50 nm de radio. El radio óptimo de tales haces está determinado por la interacción entre la repulsión electrostática de largo alcance y la atracción hidrofóbica de corto alcance. Posteriormente, estos haces se cruzan a través de uniones para formar una red dinámica, que abarca el citoplasma de las células epiteliales.
Tipo III
Hay cuatro proteínas clasificadas como proteínas IF de tipo III, que pueden formar proteínas homo o heteropoliméricas .
- Los IF de desmina son componentes estructurales de los sarcómeros en las células musculares y conectan diferentes orgánulos celulares como los desmosomas con el citoesqueleto.
- La GFAP (proteína ácida fibrilar glial) se encuentra en los astrocitos y otras glías .
- Peripherina que se encuentra en neuronas periféricas.
- La vimentina , la más ampliamente distribuida de todas las proteínas IF, se puede encontrar en fibroblastos , leucocitos y células endoteliales de vasos sanguíneos. Apoyan las membranas celulares, mantienen algunos orgánulos en un lugar fijo dentro del citoplasma y transmiten señales de receptores de membrana al núcleo.
Tipo IV
- Alfa-internexina
- Neurofilamentos : la familia de filamentos intermedios tipo IV que se encuentra en altas concentraciones a lo largo de los axones de las neuronas de los vertebrados.
- Synemin
- Sincoilina
Tipo V - láminas nucleares
Las láminas son proteínas fibrosas que tienen una función estructural en el núcleo celular.
En las células de metazoos, hay láminas de tipo A y B, que difieren en su longitud y pI. Las células humanas tienen tres genes regulados diferencialmente. Las láminas de tipo B están presentes en todas las células. Las laminas de tipo B, lamina B1 y B2 , se expresan a partir de los genes LMNB1 y LMNB2 en 5q23 y 19q13, respectivamente. Las láminas de tipo A solo se expresan después de la gastrulación . Las láminas A y C son las láminas de tipo A más comunes y son variantes de empalme del gen LMNA que se encuentra en 1q21.
Estas proteínas se localizan en dos regiones del compartimento nuclear, la lámina nuclear, una capa de estructura proteica subyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear y en todo el nucleoplasma en el velo nucleoplasmático .
La comparación de las láminas con las IF del citoesqueleto de vertebrados muestra que las láminas tienen 42 residuos adicionales (seis heptadas) dentro de la bobina 1b. El dominio de la cola c-terminal contiene una señal de localización nuclear (NLS), un dominio similar al pliegue de Ig y, en la mayoría de los casos, una caja CaaX carboxi-terminal que está isoprenilada y carboximetilada (la lamina C no tiene una caja CAAX). La lamina A se procesa adicionalmente para eliminar los últimos 15 aminoácidos y su cisteína farnesilada.
Durante la mitosis, las láminas son fosforiladas por MPF, que impulsa el desmontaje de la lámina y la envoltura nuclear.
Tipo VI
- Filamentos moldeados: Filensin , Phakinin .
- Nestin (una vez se propuso la reclasificación, pero debido a diferencias, permanece como una proteína IF de tipo VI)
Solo para vertebrados. Relacionado con el tipo I-IV. Se utiliza para contener otras proteínas IF recién descubiertas que aún no se han asignado a un tipo.
Función
Adhesión celular
En la membrana plasmática , algunas queratinas o desmina interactúan con los desmosomas (adhesión célula-célula) y los hemidesmosomas (adhesión célula-matriz) a través de proteínas adaptadoras.
Proteínas asociadas
La filagrina se une a las fibras queratínicas de las células epidérmicas. La plectina une la vimentina a otras fibras de vimentina, así como a los microfilamentos, microtúbulos y miosina II. Se está investigando la kinesina y se sugiere que conecte la vimentina con la tubulina a través de proteínas motoras.
Filamentos de queratina en las células epiteliales enlazan a desmosomas (desmosomas conectan el citoesqueleto juntos) a través de plakoglobina , desmoplaquina , desmogleínas y desmocollins ; Los filamentos de desmina están conectados de manera similar en las células del músculo cardíaco.
Enfermedades derivadas de mutaciones en genes IF
- Miocardiopatía dilatada (DCM), mutaciones en el gen DES
- Miocardiopatía arritmogénica (MCA), mutaciones en el gen DES
- Miocardiopatía restrictiva (RCM), mutaciones en el gen DES
- Miocardiopatía no compactada, mutaciones en los genes DES
- Miocardiopatía en combinación con miopatía esquelética ( DES )
- Epidermólisis ampollosa simple ; mutación de queratina 5 o queratina 14
- Las laminopatías son una familia de enfermedades causadas por mutaciones en laminas nucleares e incluyen el síndrome de progeria de Hutchinson Gilford y diversas lipodistrofias y cardiomiopatías, entre otras.
En otros organismos
Las proteínas IF son universales entre los animales en forma de lamina nuclear. Hydra tiene una "nematocilina" adicional derivada de la lamina. Los IF citoplasmáticos (tipo I-IV) que se encuentran en humanos están muy extendidos en Bilateria ; también surgieron de un evento de duplicación de genes que involucró lamin nuclear "tipo V". Además, algunos otros tipos diversos de eucariotas tienen láminas, lo que sugiere un origen temprano de la proteína.
Realmente no había una definición concreta de una "proteína de filamento intermedio", en el sentido de que la definición basada en el tamaño o la forma no cubre un grupo monofilético . Con la inclusión de proteínas inusuales como las láminas con cuentas formadoras de redes (tipo VI), la clasificación actual se está moviendo hacia un clado que contiene láminas nucleares y sus muchos descendientes, caracterizados por la similitud de secuencia, así como la estructura del exón. Las proteínas funcionalmente similares de este clado, como las crescentinas , las alveolinas, las tetrinas y las epiplasminas, son por lo tanto solo "similares a IF". Probablemente surgieron a través de una evolución convergente .
Referencias
Otras lecturas
- Herrmann H, Harris JR, eds. (1998). Filamentos intermedios . Saltador. ISBN 978-0-306-45854-5.
- Omary MB, Coulombe PA, eds. (2004). Citoesqueleto de filamentos intermedios . Publicaciones profesionales del Golfo. ISBN 978-0-12-564173-9.
- Paramio JM, ed. (2006). Filamentos intermedios . Saltador. ISBN 978-0-387-33780-7.
enlaces externos
- Intermedio + Filamento + Proteínas en los títulos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .