Hücre İskeleti

Yrd.Doç.Dr. Mahmut BALKANTıbbi Biyoloji ve Genetik

Anabilim Dalı

HÜCRENİN GENEL YAPISIHÜCRENİN GENEL YAPISI

Hücre heterojen bir yapıda olup; çekirdek, hücre zarı, sitoplazma, sitoplazma içindeki organeller ve hücre iskeletinden oluşmaktadır.

Hücre İskeleti (Cytoskeleton)Membranla çevrili bir çok organele ilave olarak çoğu hücre protein yapıda çeşitli filamentler içerir. Filamentlerin hücre içinde oluşturdukları ağsı yapıya hücre iskeleti denir. Bakterilerde bulunmaz.

Filamentlerin bazı görevleri:1. Hücre/Çekirdek şeklinin ve yerleşiminin belirlenmesi ve korunması

(elastikiyet, sağlamlılık)2. Hücrenin hareket (göç, diapedez vb) hücrenin bir bölümünün hareketi

(siliyum, kuyruk vb)3. Fagositoz, endositoz, ekzositoz4. Hücreye destek olmak5. Kasılma6. Hücre içerisinde organellerin ve kimyasal habercilerin taşınmasını sağlamak7. Hücre-hücre ve hücre-hücre dışı ortam ilişkilerini destekleme8. Kromozomların yavru hücrelere ayrılmasına yardımcı olmaktır.

Hücre iskeleti üç temel filamentten oluşur:

1. Mikrotübüller (Tübülin proteininden oluşur, kromozomların

hücre bölünmesi sırasında ayrılmasında ve ayrıca hücre

hareketlerini sağlar. Hücre içinde kimyasal habercilerin

veziküller içinde sinir uçlarında taşınmada da görev alır, 24 nm.)

2. İntermediate flamentler (Keratin, laminin, vimentin gibi

proteinlerden oluşur, mekanik strese maruz kalan hücrelerde

yoğun olarak bulunurlar, 10 nm)

3. Mikrofilamentler (Aktin proteininden oluşur, bütün hücrelerde

bulunur, hücre iskeletini en önemli parçasıdır, 7 nm.)

Thibodeau&Patton; Anatomy&Physiology, 1993.

Hücre iskeletini oluşturan mikrofilament ve hücre içinde madde taşınmasında görev alan mikrotübüller

Hücre iskeleti üç temel filamentten oluşur

1. Mikrotübüller•Eritrositlerde bulunmaz, 24nm çap ve bir kaç mikrometre•Aynı moleküller organizasyona sahip, farklı görevler;-Mitoz iğciği-Stoplazma içinde özel yollar-Sil ve kamçı oluştururlar-Mikrotübül organize edici merkez =MTOM= MTOC) veya Sentrozom

Mikrotübül organize edici merkez =MTOM= MTOC) veya Sentrozom

•Mikrotübüller dinamik yapılardır•Bazıları hızlıca yıkılırken (mitoz iğciği) bazıları uzun süre hücre içinde kalır (nöronların dentrit ve aksonlarında, aksonal taşınma)

•Mikrotübüllerin yapısına katılan diğer proteinler•Mikrotübül Associated proteins (MAPs)•Tau, akson mikrotübüllerinin stabilitesini arttırır.•MAP1, MAP2

•Kolşisin (Colchicine), mikrotübül birleşme ve ayrışma evrelerini değiştirebilir. •Vinblastin ve vincristin

Mikrotübüller kutuplu yapılardır•37°C de ve GTP varlığında tübilinler bir araya gelerek mikrotübülleri oluştururlar•Mikrotübül organize edici merkez =MTOM= MTOC) •Sentrozom veya bazal cisim

•Mikrotübüller kutuplu yapılardır•MTOM;•İnterfaz ve mitoza girmiş hayvan hücresinde sentrozom•Kamçı ve sillerde bazal cisim•Dendritlerde yok

Mikrotübüller (+) uçlarından uzar veya kısalır

Mikrotübüller aracılığıyla gerçekleşen hücre içi taşınma •Aksonal taşınma•Anterograde taşınma•Retrograde taşınma

Veziküller mikrotübül boyunca özel proteinler sayesinde taşınır•Motor proteinler; kinesin ve dinein (MAP1C)•ATP

Mikrotübül İlişkili Motor Proteinleri (MAPs) ve Mikrotübül Boyunca Taşınma:• Kinesin ve Dinein (MAP1C) gibi motor proteinleri, hücrelerde mikrotübül

boyunca olan taşımada rol oynarlar. Polar durumdaki mikrotübül boyunca (-) yönden (+) yöne taşınma Kinesin; bunun tersi yönde taşınması ise Dinein motor proteinince olur.

Şekil 4 Kinesin Molekülü (A), Bir Vesikülün Kinesin yardımıyla mikrotübül boyunca (-) uçtan (+) uca (B), ve Dinein molekülü yardımıyla (+) uçtan (-) uca doğru taşınması

•Mikrotübüllerden oluşan yapılar•Sil; aksonem•Kamçı (Flagel)•Bazal cisim•Sentrioller

Bazal cisim•Sil ve kamçılar da görülür•Mitotik mikrotübüller de ise sentriol

•Sentriol çoğalması Mitoz bölünme ile olur•Sentriol ve bazal cisim bir DNA ihtiva eder

2. İntermediate filamentler (8-10 nm)•Kas, epitel ve sinir hücrelerinde bol miktarda bulunurlar•Monomerleri Fibröz proteinlerdir

2. İntermediate filamentler•Nonpolardırlar•Hücreler kendilerine ait intermediate flamentlerin oluşumunu sayılarını, uzunluklarını ve pozisyonlarını düzenlerler

2. İntermediate filament tipleri

2. İntermediate filament tipleri

3. (Mikrofilamentler) Aktin filamentler: 8 nm•Bütün ökaryotik hücrelerde bulunur (Örn; çizgili kas hücreleri)•G aktin monomerlerinden oluşur•Hem stabil (mikrovilluslar ve kas hücreleri) hem de kararsız ve çabuk dağılan yapılardır•Polardırlar•α aktin değişik kas tiplerinde bulunurken, β ve γ aktinler kas haricindeki diğer bütün hücrelerde bulunurlar

3.Aktin filamentlerin polimerizasyonu•ATP, K+ ve Mg++ varlığında•Aktin polimerizasyonu esnasındaki ATP hidrolizi, mikrotübül oluşması sırasındaki GTP hidrolizine analogdur

Aktin filamentlerinin polimerleşmesiHücre Moleküler Yaklaşım, G. M. Cooper ve R. E. Hausman: Çeviri Ed. Meral Sakızlı ve Neşe Atabey, 2006

3.Aktin filamentler Polardırlar

Polimerizasyonda görekli aktin bağlayıcı proteinler• Aktin flamentlerin uzayıp kırılmalarında Timosin, Profilin, Gelsolin gibi

Aktin bağlayıcı proteinler ve ATP rol oynar. • Aktin monomerleri, kendilerine bağlanmış Timosin veya Profilin taşıyor ve

ATP bağlanmışlarsa, bu monomerler aktin flamentin (+) ucuna eklenir ve flamentin boyu uzar

• Şayet Gelsolin molekülü aktin flamente bağlanırsa, bağlandığı noktada Aktin flamenti kırılır ve o noktayı Gelsolin kep gibi kuşatarak yeni monomerlerin (+) uca bağlanmasını engellerler.

• Bazı patojenik bakteriler hücreler arasında hareket edebilmek için aktin kullanır

Bazı hücreler hareketleri esnasında aktin ihtiva eden pseudopod, lamelipodi fillopod ve mikrospike’ler oluştururlar•Hareketli hücrelerin kenarları (korteks) aktin polimerizasyonun özünü teşkil eder

Hücre korteksindeki aktin polimerizasyonu hücre yüzey reseptörleri tarafından kontrol edilir

•Örn; Kemotaksi; nötrofillerin bakteriyal enfeksiyon kaynağına yönelmeleri

Hayvan hücrelerinin korteksinde yer alan aktin filamentler üç tip düzenleme gösterir

Aktin bağlayıcı proteinler

Mikrovilluslar bazı hücrelerde aktin filamentlerden oluşurlar

Miyofibril Yapısı

Hucre İskeletine bağlı Hastalıklar• Kardiyovaskuler Sendromlar• Norodejeneratif Hastalıklar• Kanser (invazyon)• Karaciğer Sirozu (toksik hedef molekul)• Pulmoner Fibrozis• Blisterli Deri Hastalıkları

BULLOZ PEMPHİGUS•Mast hucrelerine antikor bağlanır•Mast hucreleri ECF salgılar•ECF, eozinofillerden proteaz salgılanır•Proteaz hemidesmozomdaki keratinleri yıkar

Bulloz pemfigus

Epidermolizis bulloza simpleks

Epitel Dokusu

Bağ Dokusu

Hücrelerarası Matriks

HÜCRE BAĞLANTILARI

• Çok hücreliler ve Doku• Hücre dışı matriks

(ekstraselüler matriks)– Hücre matriks

bağlantıları (Bağ dokuda)

– Hücreler arası (interselüler) bağlantılar (Epitel doku)

Hücre bağlantılarıÖzellikle epitel dokuda çok bol ve önemli

Hücre bağlantıları

Terminal tıkaç (Tigt junction: Zonula occludens)•Epitel doku hücrelerinde serbest yüzeyin hemen altında bulunur•Bariyer •Barsak lümeni, Pankreas lümeni, İdrar kesesi, Mide lümeni

•Bağlayıcı bağlantılar (Anchoring junction)•Dokularda çok yaygın olarak bulunurlar•Bir hücrenin sitoplazma iskeletini diğer hücrenin iskeleti ile veya ekstraselüler matriks ile bağlarlar•Kalp kası, deri epiteli ve uterus boynu gibi devamlı olarak mekanik baskılara maruz kalan dokularda bol bulunurlar•Bu bağlantı bölgelerinde iki sınıf protein yer alır

Yapışma kuşakları (Adhesion belt:Zonula adherens)•Epitel hücrelerinde terminal tıkaçların hemen altında bulunur•Hücreyi hücreye bağlayıcı aktin filament bağlanma bölgesidir•Komşu hücrelerin zarlarını kalsiyum bağımlı bir mekanizma ile bir arada tutarlar.

Yapışma plakları (Focal Contact: Adhesion Plaque)•Hücreyi matrikse bağlayıcı aktin filament bağlanma bölgesidir•Fokal kontakt , hücreleri kancalama görevinden başka, hücre dışı ortam ile hücre iskeleti arasında uyarı iletiminde de görev yapar•Bir çok protein kinaz fokal kontakt bölgesinde yer alarak görev yapar•Bu kinazlar, hücre iskelet bileşenleri de dahil olmak üzere bir çok farklı hedef proteini fosforlar ve böylece büyüme, morfoloji ve farklılaşma gibi hücrenin ekstraselüler matrksine cevabını düzenlerler.

Desmozom•Hücreyi hücreye bağlayan intermediate filament bağlanma bölgeleridir•Özellikle epitel dokuda bulunur•Hücreleri birbirine perçinleyen hücreler arası temas noktalarıdır•Desmozomlar; epitel hücrelerinde keratin, kalp kas hücrelerinde desmin, beyin yüzeyini örten bazı hücrelerde vimentin filamentlere bağlanırlar

Hemidesmozom•Epitel hücresinin bazal yüzeylerini hücrelerin altında uzanan bazal laminaya (ekstraselüler matrikse) bağlayan intermediate filament (özellikle keratin) bağlanma bölgeleridir•Transmembran protein fokal kontakta olduğu gibi integrindir.

İletişim bağlantıları (Communicating anchoring)•Hücreler arasında elektriksel veya kimyasal sinyallerin geçebileceği pasajlar oluştururlar

Gap junction •Hücreden hücreye geçebilen moleküllerin ağırlığı 1200 daltondan azdır•Çeşitli iyonlar, amino asitler, şekerler, nükleozid fosfatlar (ATP, cAMP gibi) ve vitaminler geçebilir•Hücreden hücreye geçen moleküller sayesinde haberleşmeyi sağlarlar

Gap junction•Ortamda yüksek konsantrasyonda Ca++ iyonları bulunduğu zaman bu kanal kapanır