Filamento intermediário - Intermediate filament
Domínio intermediário da cauda do filamento | |||||||||
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Identificadores | |||||||||
Símbolo | IF_tail | ||||||||
Pfam | PF00932 | ||||||||
InterPro | IPR001322 | ||||||||
PRÓSITO | PDOC00198 | ||||||||
SCOP2 | 1ivt / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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Domínio intermediário da haste do filamento | |||||||||
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Identificadores | |||||||||
Símbolo | Filamento | ||||||||
Pfam | PF00038 | ||||||||
InterPro | IPR016044 | ||||||||
PRÓSITO | PDOC00198 | ||||||||
SCOP2 | 1gk7 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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Região da cabeça do filamento intermediário (ligação ao DNA) | |||||||||
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Identificadores | |||||||||
Símbolo | Filament_head | ||||||||
Pfam | PF04732 | ||||||||
InterPro | IPR006821 | ||||||||
SCOP2 | 1gk7 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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Proteína de filamento intermediário neuronal periférico | |||||||
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Identificadores | |||||||
Símbolo | PRPH | ||||||
Alt. símbolos | NEF4 | ||||||
Gene NCBI | 5630 | ||||||
HGNC | 9461 | ||||||
OMIM | 170710 | ||||||
RefSeq | NM_006262.3 | ||||||
UniProt | P41219 | ||||||
Outros dados | |||||||
Locus | Chr. 12 q13.12 | ||||||
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Proteína de filamento intermediário de células-tronco neuronais nestina | |||||||
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Identificadores | |||||||
Símbolo | NES | ||||||
Gene NCBI | 10763 | ||||||
HGNC | 7756 | ||||||
OMIM | 600915 | ||||||
RefSeq | NP_006608 | ||||||
UniProt | P48681 | ||||||
Outros dados | |||||||
Locus | Chr. 1 q23.1 | ||||||
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Filamentos intermediários ( FIs ) são componentes estruturais do citoesqueleto encontrados nas células de vertebrados e em muitos invertebrados . Homólogos da proteína IF foram observados em um invertebrado , o Branchiostoma cefalocordado .
Os filamentos intermediários são compostos por uma família de proteínas relacionadas que compartilham características estruturais e de sequência comuns. Inicialmente denominado 'intermediário' porque seu diâmetro médio (10 nm ) está entre os dos microfilamentos mais estreitos (actina) e os filamentos de miosina mais largos encontrados nas células musculares, o diâmetro dos filamentos intermediários é agora comumente comparado aos microfilamentos de actina (7 nm) e microtúbulos ( 25 nm). Os filamentos intermediários animais são subcategorizados em seis tipos com base nas semelhanças na sequência de aminoácidos e na estrutura da proteína . A maioria dos tipos é citoplasmática , mas um tipo, o Tipo V, é uma lâmina nuclear . Ao contrário dos microtúbulos, a distribuição de FI nas células não mostra boa correlação com a distribuição das mitocôndrias ou do retículo endoplasmático .
Estrutura
A estrutura das proteínas que formam filamentos intermediários (FI) foi primeiro prevista por análise computadorizada da sequência de aminoácidos de uma queratina epidérmica humana derivada de cDNAs clonados . A análise de uma segunda sequência de queratina revelou que os dois tipos de queratinas compartilham apenas cerca de 30% de homologia de sequência de aminoácidos, mas compartilham padrões semelhantes de domínios de estrutura secundária. Como sugerido pelo primeiro modelo, todas as proteínas IF parecem ter um domínio de haste alfa-helicoidal central que é composto por quatro segmentos alfa-helicoidais (denominados como 1A, 1B, 2A e 2B) separados por três regiões de ligação.
O bloco de construção central de um filamento intermediário é um par de duas proteínas entrelaçadas que é chamado de estrutura coiled-coil . Este nome reflete o fato de que a estrutura de cada proteína é helicoidal, e o par entrelaçado também é uma estrutura helicoidal. A análise estrutural de um par de queratinas mostra que as duas proteínas que formam o coiled-coil se ligam por hidrofobia . Os resíduos carregados no domínio central não têm um papel principal na ligação do par no domínio central.
Os IFs citoplasmáticos são montados em filamentos de comprimento unitário não polares (ULFs). ULFs idênticos se associam lateralmente em tetrâmeros alternados, antiparalelos e solúveis, que se associam da cabeça à cauda em protofilamentos que se emparelham lateralmente em protofibrilas, quatro dos quais enrolam juntos em um filamento intermediário. Parte do processo de montagem inclui uma etapa de compactação, na qual o ULF aperta e assume um diâmetro menor. As razões para esta compactação não são bem compreendidas e os IF são rotineiramente observados com diâmetros variando entre 6 e 12 nm.
O N-terminal e o C-terminal do FI são proteínas não-alfa-helicoidal regiões e mostram uma ampla variação nas suas comprimentos e sequências de todo famílias IF. O "domínio principal" do terminal N liga-se ao DNA . As cabeças de vimentina são capazes de alterar a arquitetura nuclear e a distribuição da cromatina , e a liberação das cabeças pela protease do HIV-1 pode desempenhar um papel importante na citopatogênese e na carcinogênese associadas ao HIV-1 . A fosforilação da região da cabeça pode afetar a estabilidade do filamento. Foi demonstrado que a cabeça interage com o domínio do bastão da mesma proteína .
O "domínio da cauda" do terminal C mostra uma variação extrema de comprimento entre as diferentes proteínas IF .
A orientação antiparalela dos tetrâmeros significa que, ao contrário dos microtúbulos e microfilamentos, que têm uma extremidade positiva e uma extremidade negativa, os IFs carecem de polaridade e não podem servir de base para a motilidade celular e transporte intracelular.
Além disso, ao contrário da actina ou da tubulina , os filamentos intermediários não contêm um local de ligação para um trifosfato de nucleosídeo .
Os IFs citoplasmáticos não sofrem treadmilling como microtúbulos e fibras de actina, mas são dinâmicos.
Propriedades biomecânicas
IFs são proteínas bastante deformáveis que podem ser esticadas várias vezes seu comprimento inicial. A chave para facilitar essa grande deformação se deve à sua estrutura hierárquica, que facilita uma ativação em cascata dos mecanismos de deformação em diferentes níveis de deformação. Inicialmente, as alfa-hélices acopladas de filamentos de comprimento unitário desenrolam-se à medida que são tensionadas, depois, à medida que a deformação aumenta, elas fazem a transição para as folhas beta e , finalmente, com o aumento da tensão, as ligações de hidrogênio entre as folhas beta deslizam e os monômeros ULF deslizam ao longo de cada uma de outros.
Tipos
Existem cerca de 70 genes humanos diferentes que codificam para várias proteínas de filamento intermediário. No entanto, diferentes tipos de IFs compartilham características básicas: em geral, são todos polímeros que medem entre 9-11 nm de diâmetro quando totalmente montados.
Os IFs animais são subcategorizados em seis tipos com base nas semelhanças na sequência de aminoácidos e na estrutura da proteína :
Tipos I e II - queratinas ácidas e básicas
Essas proteínas são as mais diversas entre os FIs e constituem as proteínas FI do tipo I (ácidas) e do tipo II (básicas) . As muitas isoformas são divididas em dois grupos:
- ceratinas epiteliais (cerca de 20) em células epiteliais (imagem à direita)
- ceratinas tricocíticas (cerca de 13) ( ceratinas capilares ), que constituem o cabelo , as unhas , os chifres e as escamas dos répteis .
Independentemente do grupo, as queratinas são ácidas ou básicas. Queratinas ácidas e básicas ligam-se umas às outras para formar heterodímeros ácido-básicos e esses heterodímeros então se associam para formar um filamento de queratina.
Os filamentos de citoqueratina se associam lateralmente entre si para criar um feixe espesso de raio de aproximadamente 50 nm. O raio ideal de tais feixes é determinado pela interação entre a repulsão eletrostática de longo alcance e a atração hidrofóbica de curto alcance. Posteriormente, esses feixes se cruzariam por meio de junções para formar uma rede dinâmica, abrangendo o citoplasma das células epiteliais.
Tipo III
Existem quatro proteínas classificadas como proteínas IF do tipo III, que podem formar proteínas homo ou heteropoliméricas .
- Desmin IFs são componentes estruturais dos sarcômeros nas células musculares e conectam diferentes organells celulares como os desmossomos com o citoesqueleto.
- GFAP (proteína glial fibrilar ácida) é encontrada em astrócitos e outras glias .
- Periférica encontrada em neurônios periféricos.
- A vimentina , a mais amplamente distribuída de todas as proteínas IF, pode ser encontrada em fibroblastos , leucócitos e células endoteliais de vasos sanguíneos. Eles sustentam as membranas celulares, mantêm algumas organelas em um local fixo dentro do citoplasma e transmitem sinais do receptor da membrana ao núcleo.
Tipo IV
- Alfa-internexina
- Neurofilamentos - a família de filamentos intermediários do tipo IV encontrada em altas concentrações ao longo dos axônios dos neurônios de vertebrados.
- Synemin
- Sincoilina
Tipo V - laminas nucleares
As laminas são proteínas fibrosas com função estrutural no núcleo da célula.
Em células de metazoários, existem laminas do tipo A e B, que diferem em seu comprimento e pI. As células humanas têm três genes regulados diferencialmente. As laminas do tipo B estão presentes em todas as células. As laminas do tipo B, lamina B1 e B2 , são expressas a partir dos genes LMNB1 e LMNB2 em 5q23 e 19q13, respectivamente. As laminas do tipo A são expressas apenas após gastrulação . As laminas A e C são as laminas do tipo A mais comuns e são variantes de splice do gene LMNA encontrado em 1q21.
Essas proteínas se localizam em duas regiões do compartimento nuclear, a lâmina nuclear - uma camada de estrutura proteica subjacente à superfície interna do envelope nuclear e por todo o nucleoplasma no véu nucleoplasmático .
A comparação das laminas com IFs do citoesqueleto de vertebrados mostra que as laminas têm 42 resíduos extras (seis heptadas) dentro da bobina 1b. O domínio da cauda c-terminal contém um sinal de localização nuclear (NLS), um domínio Ig-fold-like e, na maioria dos casos, uma caixa CaaX carboxi-terminal que é isoprenilada e carboximetilada (a lâmina C não tem uma caixa CAAX). A lâmina A é posteriormente processada para remover os últimos 15 aminoácidos e sua cisteína farnesilada.
Durante a mitose, as lâminas são fosforiladas pelo MPF, que impulsiona a desmontagem da lâmina e do envelope nuclear.
Tipo VI
- Filamentos com miçangas : Filensina , Phakinin .
- Nestina (já foi proposta para reclassificação, mas devido às diferenças, permanece como uma proteína IF tipo VI)
Somente vertebrados. Relacionado ao tipo I-IV. Usado para conter outras proteínas IF recém-descobertas ainda não atribuídas a um tipo.
Função
Adesão celular
Na membrana plasmática , algumas queratinas ou desmina interagem com desmossomos (adesão célula-célula) e hemidesmossomos (adesão célula-matriz) por meio de proteínas adaptadoras.
Proteínas associadas
A filagrina se liga às fibras de queratina nas células epidérmicas. A plectina liga a vimentina a outras fibras de vimentina, bem como a microfilamentos, microtúbulos e miosina II. A cinesina está sendo pesquisada e sugere-se que conecte a vimentina à tubulina por meio de proteínas motoras.
Os filamentos de queratina nas células epiteliais se ligam aos desmossomos (os desmossomos conectam o citoesqueleto) por meio de placoglobina , desmoplakina , desmogleínas e desmocolinas ; os filamentos de desmina estão conectados de maneira semelhante nas células do músculo cardíaco.
Doenças decorrentes de mutações em genes IF
- Cardiomioatia dilatada (DCM), mutações no gene DES
- Cardiomiopatia arritmogênica (ACM), mutações no gene DES
- Cardiomiopatia restritiva (RCM), mutações no gene DES
- Cardiomiopatia não compactada, mutações nos genes DES
- Cardiomiopatia em combinação com miopatia esquelética ( DES )
- Epidermólise bolhosa simplex ; queratina 5 ou mutação da queratina 14
- As laminopatias são uma família de doenças causadas por mutações nas laminas nucleares e incluem a síndrome da progéria de Hutchinson Gilford e várias lipodistrofias e cardiomiopatias, entre outras.
Em outros organismos
As proteínas IF são universais entre os animais na forma de uma lâmina nuclear. A Hydra possui uma "nematocilina" adicional derivada do lamin. Os IFs citoplasmáticos (tipo I-IV) encontrados em humanos são comuns em Bilateria ; eles também surgiram de um evento de duplicação de genes envolvendo a lâmina nuclear do "tipo V". Além disso, alguns outros tipos diversos de eucariotos têm laminas, sugerindo uma origem precoce da proteína.
Não havia realmente uma definição concreta de uma "proteína de filamento intermediário", no sentido de que a definição baseada em tamanho ou forma não cobre um grupo monofilético . Com a inclusão de proteínas incomuns, como as laminas formadoras de rede (tipo VI), a classificação atual está se movendo para um clado contendo lamina nuclear e seus muitos descendentes, caracterizada pela similaridade de sequência, bem como pela estrutura do exon. Proteínas funcionalmente semelhantes fora deste clado, como crescentinas , alveolinas, tetrinas e epiplasminas, são, portanto, apenas "semelhantes a IF". Eles provavelmente surgiram por meio da evolução convergente .
Referências
Leitura adicional
- Herrmann H, Harris JR, eds. (1998). Filamentos intermediários . Springer. ISBN 978-0-306-45854-5.
- Omary MB, Coulombe PA, eds. (2004). Citoesqueleto de filamento intermediário . Publicação profissional do Golfo. ISBN 978-0-12-564173-9.
- Paramio JM, ed. (2006). Filamentos intermediários . Springer. ISBN 978-0-387-33780-7.
links externos
- Intermediário + Filamento + Proteínas na Biblioteca Nacional de Medicina dos Estados Unidos. Cabeçalhos de Assuntos Médicos (MeSH)