חוטי ביניים: מבנה, סוגים, פונקציות - ביולוגיה - 2025

סיבי ביניים , הידוע גם בספרות "IFS" (של סיבי ביניים האנגלים), הם משפחה של חלבונים סיביים insolubles cytosolic נמצא בכול תאים של אאוקריוטים רבים-תאיים.

הם מהווים חלק משלד הציטוס המהווה רשת נימה תוך-תאית שאחראית בעיקר לתמיכה במבנה התא ותהליכים מטבוליים ופיזיולוגיים שונים כגון הובלת שלפוחית, תנועת תאים ועקירה וכו '.

מיקרוסקופיה של חיסון פלואורסצנטי של שני חלבונים של חוטי ביניים של אסטרוציטים (Vimentin ו- GFAP) (מקור: GerryShaw באמצעות ויקימדיה Commons)

יחד עם מיקרו-צינורות ומיקרופילמנטים, חוטים ביניים משתתפים בארגון המרחב של האברונים התאים, בתהליכים של אנדוציטוזיס ואקסוציטוזיס, וגם בתהליכי חלוקת תאים ותקשורת בין-תאית.

חוטי הביניים הראשונים שנבדקו ותוארו היו קרטינים, אחד הסוגים הראשונים של חלבונים שמבנהם נותח על ידי דיפרקציה ברנטגן בשנות השלושים.

עם זאת, הרעיון של חוטי ביניים הוצג בשנות השמונים על ידי Lazarides, שתיאר אותם כ"אינטגרטורים מכניים של חלל התא ", המאופיינים בחוסר המסיס שלהם וביכולתם להרכיב מחדש במבחנה לאחר denaturation.

הם נחשבים על ידי מחברים רבים כאלמנטים "מאגר" מתחים לתאי בעלי חיים, מכיוון שהם חוטים גמישים יותר מאשר מיקרו-צינורות ומיקרו-פילמנטים. הם לא נמצאים רק בציטלט שלד, אלא הם גם חלק מגרעין השלד.

שלא כמו שאר המרכיבים הסיביים של שלד הציטוס, חוטי הביניים אינם משתתפים ישירות בתהליכי הניידות של התאים, אלא מתפקדים בתחזוקה המבנית והתנגדות מכנית של תאים.

מִבְנֶה

מקור: http://rsb.info.nih.gov/ij/images/

חוטי הביניים קוטר משוער של 10 ננומטר, מאפיין מבני שלשמו נקראו, מכיוון שגודלם הוא בין הגדלים התואמים לחוטים מיוזין ואקטין, שהם בין 25 ל 7 ננומטר. בהתאמה.

הם נבדלים מבחינה מבנית משני הסוגים האחרים של חוטים ציטו-שלדיים, שהם פולימרים חלבוניים כדוריים, בכך שהיחידות המרכיבות שלהם מובחנות חלבונים סיביים α-helical באורך ארוך הנחברים יחד ליצירת מבנים דמויי חבל.

לכל החלבונים המרכיבים את חוטי הביניים יש ארגון מולקולרי דומה, המורכב מתחום α-helical או "חבל" שיש בו כמויות שונות של קטעים "היוצרים סליל" באותו גודל.

תחום סלילי זה משולב על ידי "ראש" לא-סלילי לא-סלילי ו"זנב "לא-סלילי בסוף הקצה C-, שניהם משתנים הן ברמת הגודל והן ברצף חומצות האמינו.

בתוך הרצף של שני קצוות אלה נמצאים מוטיבי הקונצנזוס הנפוצים עבור 6 סוגי חוטי הביניים הידועים.

אצל בעלי חוליות, תחום "האקורד" של חלבוני נימה ביניים ציטוזולית הוא כ -350 שאריות חומצות אמיניות, ואילו חלבונים ציטוזוליים חסרי חוליות וגרעיניים למינאיים גרעיניים הם בערך 350 חומצות אמינו.

הַרכָּבָה

חוטים ביניים הם מבנים "בהרכבה עצמית" שאינם בעלי פעילות אנזימטית, מה שמבדיל בינו לבין מקביליהם הציטו-שלדיים (מיקרו-צינורות ומיקרו-פילמנטים).

מבנים אלה מורכבים בתחילה כטטראמרים של החלבונים הווייתיים המרכיבים אותם תחת השפעתם של קטיונים חד-פעמיים.

אורך הטטרמרים הללו הוא 62 ננומטר והמונומרים שלהם מתחברים זה לזה לרוחב ויוצרים חוטים באורך יחידה (UFL), המכונה שלב 1 של ההרכבה, המתרחש במהירות רבה. .

ה- UFLs הם מבשרי חוטים ארוכים, ומכיוון שהדימרים המרכיבים אותם מחוברים זה לזה בצורה אנטי-פארלית ומרוגזת, ליחידות אלה יש תחום מרכזי עם שני תחומים אוגניים דרכם מתרחש שלב 2 של התארכות. , שם מתרחש האיחוד האורך של UFLs אחרים.

במהלך מה שכונה שלב 3 של ההרכבה, מתרחשת דחיסה רדיאלית של קוטר החוטים, המייצרת את חוטי הביניים הבוגרים בקוטר של פחות או יותר 10 ננומטר.

מאפיינים

תפקידי חוטי הביניים תלויים במידה ניכרת בסוג התא הנחשב ובמקרה של בעלי חיים (כולל בני אדם) הביטוי שלהם מוסדר באופן ספציפי לרקמות, כך שהוא תלוי גם בסוג הרקמה מאשר בלימודים.

לאפיתליה, שרירים, מזנכימליים ותאי גלייה ונוירונים סוגים שונים של חוטים, המתמחים בהתאם לתפקוד התאים אליהם הם שייכים.

בין הפונקציות הללו, החשובות ביותר הן התחזוקה המבנית של התאים והתנגדות ללחצים מכניים שונים, שכן למבנים אלה יש גמישות מסוימת המאפשרת להם לרפד סוגים שונים של כוחות המוטלים על התאים.

סוגי חוטי ביניים

החלבונים המרכיבים את חוטי הביניים שייכים למשפחה גדולה והטרוגנית של חלבונים חוטיים שונים זה מזה מבחינה כימית אך נבדלים לשש מחלקות על פי ההומולוגיה שלהם ברצף (I, II, III, IV, V ו- VI).

למרות שזה לא שכיח מאוד, סוגים שונים של תאים, בתנאים מסוימים מאוד (פיתוח, שינוי תאים, צמיחה וכו ') יכולים לבטא יחד יותר ממעמד אחד של חלבונים הנוצרים חוט-ביניים.

חוטי ביניים מסוג Class I ו- II: קרטינים חומציים ובסיסיים

קרטינים מייצגים את מרבית החלבונים בחוטי הביניים, ובבני אדם הם מייצגים יותר משלושה רבעים מחוטי הביניים.

יש להם משקולות מולקולריות המשתנות בין 40 ל- 70 kDa ונבדלים מחלבוני נימה ביניים אחרים על ידי התוכן הגבוה שלהם בשאריות גליצין וסרין.

הם ידועים כקרטינים חומציים ובסיסיים בגלל הנקודות האיזואלקטריות שלהם, שהם בין 4.9 ל 5.4 עבור קרטינים חומציים ובין 6.1 ל 7.8 לנקודות בסיסיות.

בשני המעמדות הללו תוארו כ -30 חלבונים ונמצאים במיוחד בתאי אפיתל, בהם שני סוגי החלבונים "מפולימרים" ויוצרים נימים מורכבים.

רבים מקרטיני החוט הביניים I נמצאים במבנים כמו שיער, ציפורניים, קרניים, דוקרנים וטפרים, ואילו קרטינים מסוג II הם השכיחים ביותר בציטוזול.

חוטי ביניים מסוג Class III: חלבונים מסוג Desmin / vimentin

Desmin הוא חלבון חומצי של 53 kDa, אשר בהתאם לדרגת הזרחתי שלו, יש לו גרסאות שונות.

חלק מהמחברים קראו גם לחוטים במדבקות "חוטי שרירים ביניים", מכיוון שנוכחותם מוגבלת למדי, אם כי בכמויות קטנות, לכל סוגי תאי השריר.

במיופיברילים, התפשטות נמצאת בקו ה- Z, ולכן ישנה חשיבה כי חלבון זה תורם לתפקודים התכווציים של סיבי שריר על ידי תפקוד בצומת של מיופיברילים וקרום הפלזמה.

תצלום של מכתים של החלבון Vimentin, חלבון של חוטי ביניים של תאים אפיתליים ועובריים (מקור: Viktoriia Kosach באמצעות Wikimedia Commons)

בתורו, vimentin הוא חלבון הקיים בתאים מזנכימליים. חוטי הביניים הנוצרים על ידי חלבון זה גמישים ונמצאו כמתנגדים לרבים מהשינויים הקונפורציונליים המתרחשים במהלך מחזור התא.

הוא נמצא בפיברובלסטים, בתאי שרירים חלקים, בתאי דם לבנים ותאים אחרים במערכת הדם של בעלי חיים.

חוטי ביניים בכיתה IV: חלבוני נוירופילמנט

הידוע גם בשם "נפילות עצביות", סוג זה של חוטי ביניים כולל את אחד האלמנטים המבניים הבסיסיים של אקסונים עצביים ודנדריטים; לעתים קרובות הם קשורים למיקרו-צינורות המרכיבים גם הם מבנים אלה.

תאי העצב החיצוני של בעלי חוליות הם בודדו, וקבעו כי מדובר בשלישיית חלבונים של 200, 150 ו -68 kDa שמשתתפים במכלול במבחנה.

הם נבדלים מחוטים ביניים אחרים בכך שיש להם זרועות רוחביות כ"תוספות "המוקרנות מהפריפריה של אותו הדבר, ומתפקדות באינטראקציה בין חוטים שכנים למבנים אחרים.

תאי גלייה מייצרים סוג מיוחד של חוטי ביניים המכונים חוטי ביניים של גליה, אשר נבדלים באופן מבני מתפקידי עצב בכך שהם מורכבים מחלבון יחיד 51 kDa ובעל תכונות פיזיקוכימיות שונות.

נימה ביניים בכיתה V: חוטי למינה גרעיניים

כל המינציות שהם חלק משלד הגרעין הם למעשה חלבוני נימה ביניים. אלה הם בין 60 ל 75 קילו-ד 'במשקל מולקולרי ונמצאים בגרעינים של כל התאים האוקריוטים.

הם חיוניים לארגון הפנימי של אזורי הגרעין ולרבים מתפקידי האורגנל הזה החיוניים לקיומם של אוקריוטים.

נימה ביניים בכיתה VI: נסטינאס

נימה ביניים מסוג זה שוקלת כ -200 kDa ונמצאת בעיקר בתאי גזע של מערכת העצבים המרכזית. הם באים לידי ביטוי במהלך התפתחות עצבית.

פתולוגיות קשורות

ישנן מחלות מרובות בבני אדם הקשורות לחוטי ביניים.

בסוגים מסוימים של סרטן כמו מלנומות ממאירות או קרצינומות בשד, למשל, ביטוי משותף של חוטי ביניים של vimentin and keratin מוביל להתמיינות או ההמרה של תאים אפיתליים ומזנצימליים.

תופעה זו הוכחה כניסוי כמגדילה את הפעילות הנדידה והפולשנית של תאי סרטן, שיש לה השלכות חשובות על התהליכים הגרורתיים האופייניים למצב זה.

Eriksson et al. (2009) סקרו את סוגי המחלות השונות ואת הקשר ביניהם עם מוטציות ספציפיות בגנים המעורבים ביצירת ששת סוגים של חוטי ביניים.

מחלות הקשורות למוטציות בגנים המקודדים את שני סוגי הקרטין הם אפידרמוליזה בולוסה, היפרקרטוזיס אפידרמוליטית, ניוון קרנית, קרמטודרמה ורבים אחרים.

חוטי ביניים מסוג III מעורבים במספר רב של קרדיומיופתיות ובמחלות שרירים שונות הקשורות בעיקר לדיסטרופיות. בנוסף, הם אחראים גם לקטרקט דומיננטי ולסוגים מסוימים של טרשת.

תסמונות והפרעות נוירולוגיות רבות קשורות לחוטים מסוג IV, כמו פרקינסון. באופן דומה, פגמים גנטיים בחוטי סוג V ו- VI אחראים להתפתחות מחלות אוטוזומליות שונות וקשורים לתפקוד גרעין התא.

דוגמאות לכך הן תסמונת הפרוגריה של האצ'ינסון-גילפורד, ניוון שרירים אמרי-דרייפוס, בין היתר.

הפניות

1. אנדרטון, BH (1981). חוטי ביניים: משפחה של מבנים הומולוגיים. כתב העת לחקר שרירים ותנועתיות תאים, 2 (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B., … Goldman, RD (2009). הצגת נימי ביניים: מגילוי למחלה. כתב העת לחקירות קליניות, 119 (7), 1763–1771.
3. פוקס, א. וובר, ק '(1994). חוטי ביניים: מבנה, דינמיקה, תפקוד ומחלות. Annu. הכמרית ביוכימ. , 63, 345–382.
4. הנדריקס, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, and Seftor, REB (1996). תפקיד חוטי ביניים בהגירה, פלישה וגרורות. ביקורות על סרטן וגרורות, 15 (4), 507–525.
5. הרמן, ח. ואבי, U. (2004). חוטים ביניים: מבנה מולקולרי, מנגנון הרכבה ושילוב עם פיגומים בין תאיים מובחנים. סקירה שנתית של ביוכימיה, 73 (1), 749–789.
6. הרמן, ח. ואבי, U. (2016). חוטי ביניים: מבנה והרכבה. פרספקטיבות של קפיץ ספרינג הארבור בביולוגיה, 8, 1–22.
7. McLean, I., & Lane, B. (1995). חוטי ביניים במחלות. חוות דעת נוכחית בביולוגיה של תאים, 7 (1), 118–125.
8. שטיינרט, פ 'ורופ, ד' (1988). ביולוגיה מולקולרית ותאית של חוטי ביניים. סקירה שנתית של ביוכימיה, 57 (1), 593–625.
9. שטיינרט, פ., ג'ונס, ג'יי, וגולדמן, ר (1984). חוטים ביניים. כתב העת לביולוגיה של תאים, 99 (1), 1–6.