HCo24: Beweging via microtubuli sporen: kinesine en dyneïne motoreiwitten

slide beweging

Motoreiwitten die gebruik maken van MT en hun oriëntatie en die gebruik maken van microfilamenten

Microtubuli

• Kinesine: + georiënteerd

• Dyneïne: min georiënteerd

Microfilamenten

• Myosine

Gemmeenschappelijke kenmerken van motoreiwitten

• ATPase activiteit: ATP → ADP + Pi + energie

• Genereren van mechanische arbeid: kracht x verplaatsing

Dingen die tussen de motoreiwitten kunnen verschillen

• Moleculaire identiteit: kinesine, dyneïne, myosine

• Cargo: organellen, vesikels, chromosomen…

• Cytoskeletspoor: microtubuli, microfilamenten

• Directionaliteit: + einde → - einde of - einde → + einde

slide motoreiwitten

slide MT als transportsystemen

slide kinesine en dyneïne

vb van een kinesine motoreiwit + oriëntatie

kinesine-1 = + georiënteerd

Waarvoor dienen de 2 hoofdjes = motordomeinen van kinesine-1

• Bindingsplaats voor MT (bèta subeenheid)

• Bindingsplaats voor ATP

• ATP hydrolyse → conformatieverandering hoofdje

welk deel van Kinesine-1 zorgt voor beweging van het hoofd ifv ATP cyclus en bepaalt dus ook de directionaliteit van de beweging

2 linkers tussen hoofd en steel/staart (nek)

hoe ziet de steel van Kinesine-1 eruit

dimerisering van twee alfa helices van kinesine zware ketens tot coiled coil

functie staart kinesine

binding van cargo:

direct of indirect via adaptoreiwitten

Mechanisme van beweging van Kinesine-1

• ATP bindt op ATP bindingsplaats van eerste hoofdje

• Conformatieverandering van 1e hoofdje → wordt via nek doorgegeven waardoor achterste hoofdje naar voor slingert.

• Hoofdje bindt op de bèta subeenheid.

• Op achterste hoofdje ATP hydrolyse → dissociatie van MT en ADP op het voorste hoofdje wordt losgelaten waardoor een nieuwe cyclus kan beginnen.

Kenmerken van Kinesine-1 beweging

• Directioneel: verplaatsing van min naar plus einde van MT

  • Achterste hoofdje wordt telkens naar plus einde van MT geslingerd

• Stapsgewijs: verplaatsing in stappen van 8nm

• Processief: doorlopen van meerdere cycli zonder dissociatie van MT → afleggen van 1µm zonder lost

  • Steeds min. 1 hoofdje gebonden aan MT

  • Vereist coördinatie tussen hoofdjes: werken in tegenfase!

welke eigenschap van kinesine in absoluut vereist voor de processiviteit

a) twee hoofdjes

b) ATPase activiteit

c) affiniteit voor MT

d) affiniteit voor cargo

a

isovormen van kinesine motoreiwitten: gelijkenissen en verschillen

• Gelijke domeinopbouw

  • Hoofd - linker - steel - staart

• Verschillen in

  • Identiteit zware en lichte ketens

  • Beweging

    • Min → Plus

    • Plus → Min

  • Cargo

    • Cytosolische kinesines: vesikels, organellen

    • Mitotische kinesines: chromosomen

Opm bij afbeelding: Kinesine 3 komt voor als een monomeer en kan dus geen processiviteit vertonen

Structuur dyneïne motoreiwitten

• 2 ringvormige motordomeinen (zware ketens)

  • Bestaat uit 6 AAA+ ATPase domeinen: binding en hydrolyse van ATP

  • Binding aan MT via korte steel

• 1 stam: associatie met intermediaire lichte ketens

  • onrechtstreekse binding aan cargo via dynactine complex

Beweging van dyneïne

Beweging via rotatie motordomein

• Koppeling tussen ATPase cyclus en rotatie motordomein

  • Hydrolyse ATP → ADP vrijstelling → rotatie → kracht op MT

• Directionele verplaatsing van plus naar min einde van MT

Isovormen dyneïne

• Cytoplsmatische dyneïne: transport van organellen, vesikels

• Axonemale dyneïnes: aanwezig in cilia en flagella

  • Beweging van cel of extracellulair materiaal

slide dyneïne

slide beweging kinesine en dyneïne axonen

in welke richting langsheen MT bewegen endocytotische vesikels

a) - → +

b) + → -

c) bidirectioneel

b

in welke richting langsheen MT bewegen Golgi → ER transportvesikels

a) - → +

b) + → -

c) bidirectioneel

a

Hoe komt het dat ER verspreid is over ganse cel

Kinesine bindt ER en trekt het naar de periferie van de cel

Waarom ligt Golgi perinucleair vlak naast het MTOC

COPII vesikels associëren met dyneïne en wordt dus van perifeer naar centraal gebracht → komen samen rond MTOC en versmelten

verschil tussen anterograad transport in secretorische route en bij axonen

• In secretorische route:

Anterograad transport is ER → Golgi: Dyneïne

Retrograad is van Golgi → ER: Kinesine

• Axonemaal transport:

Anterograad is van cellichaam → presynaps: Kinesine

welke transporter nodig voor transport tussen PM en endolysosoom

Dyneïne: endocytotische vesikel naar endo- en lysosomen (centrale ligging)

motoreiwit gebruikt in flagella en cilia

axonemaal dyneïne

cilia kunnen zorgen voor beweging van

• cellen → unicellulaire organismen

• Extracellulaire componenten

vb’en van cilia

Trilhaarepitheelcel in zoogdieren

• Eileider: transport van eicel naar ovarium → baarmoeder

• Luchtweg: transport van mucus → keelholte

foto van oppervlakte-epitheel van de luchtweg

Blauw = cilia van trilhaarepitheelcellen

Geel = slijmbekercellen

aantal flagella per cel

1 en eventueel 2

functie flagella

• beweegt volgens golfpatroon

• cellulaire beweging

hoe zit een axonema ingeplant op een basaal lichaam

Opgebouwd uit stabiele MT structuren

• Axonema: 9×2 structuur

  • 9 perifere dupletten

  • Beweeglijke structuur

  • Omgeven door uitstulpingen van PM

• Basaal lichaam: 9×3 structuur

  • 9 perifere tripletten: cf centriool

  • Inplantingsbasis van axonema

  • MTOC functie in trilhaarepitheelcellen

wat zijn basal bodies

MTOC igv cilium

Hoe is een axonema opgebouwd

• 9 perifere MT dupletten

  • Perifeer: ring van 9 MT dupletten

    • A-tubulus: 13 protofilamenten

    • B-tubulus: 10 of 11 protofilamenten

  • As: centrale paar van 2 MT

• Onderling geconnecteerd via

  • Nexines: tussen dupletten

  • Radiale spaken: tussen as en dupletten

  • Dyneïne: binnen- en buitenarmen → beweging van dupletten tov elkaar

Welk motoreiwit nodig voor beweging axonema en hoe zijn ze ingeplant

axonemale dyneïnes

ze zitten ingeplant op de A-tubulus van het duplet, het motordomein maakt dan contact met de B-ring van een naburige MT

hoe gebeurt de beweging van een axonemaal dyneïne

Als het motordomein actief is zal het trekken aan een naburig duplet, het duplet kan niet verschuiven dus begint te buigen → golfbeweging

Het is ook directioneel en gaat naar min einde want je hebt dyneïne

slide beweging

welke structuur hoort niet thuis in onderstaandde lijst

a) cilium

b) filopodium

c) flagellum

d) microvillus

d

Wat is primaire ciliaire diskynesie

• Groep van erfelijke aandoeningen

  • Loss of function mutaties in gen van axonema eiwit

  • Bv: mutatie in gen voor axonemaal dyneïne → Kartagener syndroom

• Resulteert in axonemale disfunctie

  • Verminderde of afwezige beweging van cilia en flagella

• Klinisch: typische triade

  • Luchtweginfecties door niet verwijderen slijm uit luchtwegen

  • Infertitliteit: onbeweeglijke spermatozoa of verstoord transport van eicel in eileider

  • Situs inversus: links-rechts wisseling van de organen in thorax- en buikholte

wat is situs inversus