antara filamen , juga dikenal di literatur sebagai “IF” (dari bahasa Inggris filamen Menengah ), adalah keluarga dari protein berserat insolubles sitosol yang hadir di semua sel eukariota multiseluler.
Mereka adalah bagian dari sitoskeleton, yang merupakan jaringan filamen intraseluler yang terutama bertanggung jawab untuk mendukung struktur sel dan berbagai proses metabolisme dan fisiologis seperti transportasi vesikel, pergerakan dan perpindahan sel, dll.
Mikroskop imunofluoresensi dua protein filamen menengah astrosit (Vimentin dan GFAP) (Sumber: GerryShaw [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] melalui Wikimedia Commons)
Seiring dengan mikrotubulus dan mikrofilamen, filamen menengah berpartisipasi dalam organisasi spasial organel intraseluler, dalam proses endositosis dan eksositosis, serta dalam proses pembelahan sel dan komunikasi antar sel.
Filamen perantara pertama yang dipelajari dan dijelaskan adalah keratin, salah satu jenis protein pertama yang strukturnya dianalisis dengan difraksi sinar-X pada tahun 1930-an.
Konsep filamen menengah, bagaimanapun, diperkenalkan pada 1980-an oleh Lazarides, yang menggambarkannya sebagai “integrator mekanis ruang sel” yang kompleks, yang dicirikan oleh ketidaklarutannya dan kemampuannya untuk berkumpul kembali secara in vitro setelah denaturasi.
Mereka dianggap oleh banyak penulis sebagai unsur “penyangga” stres untuk sel hewan, karena mereka adalah filamen yang lebih fleksibel daripada mikrotubulus dan mikrofilamen. Mereka tidak hanya ditemukan di sitoskeleton, tetapi mereka juga merupakan bagian dari nukleoskeleton.
Tidak seperti komponen berserat lain dari sitoskeleton, filamen perantara tidak berpartisipasi secara langsung dalam proses mobilitas sel, melainkan berfungsi dalam pemeliharaan struktural dan ketahanan mekanis sel.
Indeks artikel
Struktur
Sumber: http://rsb.info.nih.gov/ij/images/ [Domain publik]
Filamen antara memiliki diameter kira-kira 10 nm, karakteristik struktural yang dinamai demikian, karena ukurannya antara ukuran yang sesuai dengan filamen miosin dan aktin, yang masing-masing antara 25 dan 7 nm.
Mereka berbeda secara struktural dari dua jenis filamen sitoskeletal lainnya, yang merupakan polimer protein globular, di mana unit penyusunnya adalah protein berserat heliks panjang-panjang yang berbeda yang berkumpul bersama untuk membentuk struktur seperti tali.
Semua protein yang membentuk filamen menengah memiliki organisasi molekuler yang serupa, terdiri dari domain -heliks atau “tali” yang memiliki jumlah segmen “pembentuk kumparan” yang berbeda dengan ukuran yang sama.
Domain heliks ini diapit oleh “kepala” non-heliks N-terminal dan “ekor” non-heliks di ujung terminal-C, yang keduanya bervariasi dalam ukuran dan urutan asam amino.
Dalam urutan kedua ujung ini adalah motif konsensus yang umum untuk 6 jenis filamen perantara yang dikenal.
Pada vertebrata , domain “kord” dari protein filamen menengah sitosol adalah sekitar 310 residu asam amino, sedangkan protein sitosol invertebrata dan lamina inti memiliki panjang sekitar 350 asam amino.
perakitan
Filamen intermediet adalah struktur “perakitan sendiri” yang tidak memiliki aktivitas enzimatik, yang juga membedakannya dari rekan sitoskeletalnya (mikrotubulus dan mikrofilamen).
Struktur ini awalnya dirakit sebagai tetramer dari protein berfilamen yang membuatnya hanya di bawah pengaruh kation monovalen.
Tetramer ini memiliki panjang 62 nm dan monomernya saling berhubungan secara lateral untuk membentuk unit-length filaments (UFL ), yang dikenal sebagai fase 1 perakitan, yang terjadi sangat cepat.
UFL adalah prekursor filamen panjang dan, karena dimer yang membentuknya bergabung bersama secara antiparalel dan terhuyung-huyung, unit-unit ini memiliki domain pusat dengan dua domain mengapit yang melaluinya fase 2 pemanjangan terjadi. , di mana penyatuan longitudinal dari UFL lainnya terjadi.
Selama apa yang disebut sebagai fase 3 perakitan, pemadatan radial dari diameter filamen terjadi, yang menghasilkan filamen menengah matang dengan diameter plus atau minus 10 nm.
Fitur
Fungsi filamen intermediet sangat bergantung pada jenis sel yang dipertimbangkan dan, dalam kasus hewan (termasuk manusia), ekspresinya diatur dengan cara spesifik jaringan, oleh karena itu juga tergantung pada jenis jaringan. .
Epitel, otot, sel mesenkim dan glial serta neuron memiliki berbagai jenis filamen, yang terspesialisasi sesuai dengan fungsi sel tempat mereka berasal.
Di antara fungsi-fungsi ini, yang paling penting adalah pemeliharaan struktural sel dan ketahanan terhadap tekanan mekanis yang berbeda, karena struktur ini memiliki elastisitas tertentu yang memungkinkan mereka untuk melindungi berbagai jenis gaya yang dikenakan pada sel.
Jenis filamen menengah
Protein yang membentuk filamen antara termasuk dalam keluarga besar dan heterogen dari protein berfilamen yang secara kimiawi berbeda tetapi dibedakan menjadi enam kelas menurut homologi urutannya (I, II, III, IV, V dan VI).
Meskipun tidak terlalu umum, berbagai jenis sel, dalam kondisi yang sangat khusus (perkembangan, transformasi sel, pertumbuhan, dll.) dapat bersama-sama mengekspresikan lebih dari satu kelas protein pembentuk filamen menengah.
Filamen menengah kelas I dan II: keratin asam dan basa
Keratin mewakili sebagian besar protein dalam filamen intermediet dan, pada manusia, mereka membentuk lebih dari tiga perempat filamen intermediet.
Mereka memiliki berat molekul yang bervariasi antara 40 dan 70 kDa dan berbeda dari protein filamen menengah lainnya dengan kandungan residu glisin dan serin yang tinggi.
Mereka dikenal sebagai keratin asam dan dasar karena titik isoelektriknya, yaitu antara 4,9 dan 5,4 untuk keratin asam dan antara 6,1 dan 7,8 untuk keratin basa.
Dalam dua kelas ini, sekitar 30 protein telah dideskripsikan dan terdapat terutama di sel epitel, di mana kedua jenis protein “berpolimerisasi” dan membentuk filamen majemuk.
Banyak keratin kasus I filamen menengah ditemukan dalam struktur seperti rambut, kuku, tanduk, paku, dan cakar, sedangkan keratin kelas II adalah yang paling melimpah di sitosol.
Filamen antara kelas III: Protein tipe desmin / vimentin
Desmin adalah protein asam 53 kDa yang, tergantung pada tingkat fosforilasinya, memiliki varian yang berbeda.
Beberapa penulis juga menyebut filamen desmin sebagai “filamen otot menengah”, karena keberadaannya sangat terbatas, meskipun dalam jumlah kecil, untuk semua jenis sel otot.
Pada miofibril, desmin ditemukan di garis Z, sehingga diperkirakan bahwa protein ini berkontribusi pada fungsi kontraktil serat otot dengan berfungsi pada sambungan miofibril dan membran plasma.
Foto pewarnaan protein Vimentin, protein filamen perantara sel epitel dan embrionik (Sumber: Viktoriia Kosach [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)
Pada gilirannya, vimentin adalah protein yang ada dalam sel mesenkim. Filamen intermediet yang dibentuk oleh protein ini bersifat fleksibel dan terbukti mampu menahan banyak perubahan konformasi yang terjadi selama siklus sel.
Ini ditemukan dalam fibroblas, sel otot polos, sel darah putih, dan sel lain dari sistem peredaran darah hewan.
Kelas filamen menengah IV: protein neurofilamen
Juga dikenal sebagai “neurofilamen”, kelas filamen menengah ini terdiri dari salah satu unsur struktural mendasar dari akson dan dendrit neuron; mereka sering dikaitkan dengan mikrotubulus yang juga membentuk struktur ini.
Neurofilamen hewan vertebrata telah diisolasi, menentukan bahwa itu adalah triplet protein 200, 150 dan 68 kDa yang berpartisipasi dalam perakitan in vitro .
Mereka berbeda dari filamen perantara lainnya dalam hal mereka memiliki lengan lateral sebagai “pelengkap” yang menonjol dari pinggiran yang sama dan yang berfungsi dalam interaksi antara filamen tetangga dan struktur lainnya.
sel glial menghasilkan tipe khusus filamen menengah dikenal sebagai filamen antara glial, yang berbeda secara struktural dari neurofilaments, karena mereka terdiri dari protein tunggal 51 kDa dan memiliki sifat fisikokimia yang berbeda.
Filamen antara kelas V: filamen lamina nuklir
Semua lamina yang merupakan bagian dari nukleoskeleton sebenarnya adalah protein filamen intermediet. Ini adalah antara 60 dan 75 kDa dalam berat molekul dan ditemukan dalam inti semua sel eukariotik.
Mereka sangat penting untuk organisasi internal daerah nuklir dan untuk banyak fungsi organel ini penting untuk keberadaan eukariota.
Filamen antara kelas VI: Nestinas
Jenis filamen menengah ini beratnya sekitar 200 kDa dan sebagian besar ditemukan di sel induk sistem saraf pusat . Mereka diekspresikan selama perkembangan saraf.
Patologi terkait
Ada beberapa penyakit pada manusia yang terkait dengan filamen perantara.
Pada beberapa jenis kanker seperti melanoma maligna atau karsinoma payudara, misalnya, ko-ekspresi filamen intermediet vimentin dan keratin menyebabkan diferensiasi atau interkonversi sel epitel dan mesenkim.
Fenomena ini telah ditunjukkan secara eksperimental untuk meningkatkan aktivitas migrasi dan invasif sel kanker, yang memiliki implikasi penting dalam karakteristik proses metastasis dari kondisi ini.
Eriksson et al (2009) meninjau berbagai jenis penyakit dan hubungannya dengan mutasi spesifik pada gen yang terlibat dalam pembentukan enam jenis filamen perantara.
Penyakit yang berhubungan dengan mutasi pada gen yang mengkode kedua jenis keratin tersebut adalah epidermolisis bulosa, hiperkeratosis epidermolitik, distrofi kornea, keratoderma, dan masih banyak lagi.
Filamen menengah tipe III terlibat dalam banyak kardiomiopati dan berbagai penyakit otot terutama terkait dengan distrofi. Selain itu, mereka juga bertanggung jawab atas katarak dominan dan beberapa jenis sklerosis.
Banyak sindrom dan gangguan neurologis terkait dengan filamen tipe IV, seperti Parkinson. Demikian pula, cacat genetik pada filamen tipe V dan VI bertanggung jawab untuk perkembangan penyakit autosomal yang berbeda dan terkait dengan fungsi inti sel.
Contohnya adalah sindrom progeria Hutchinson-Gilford, distrofi otot Emery-Dreifuss, dan lainnya.
Referensi
- Anderson, BH (1981). Filamen menengah: keluarga struktur homolog. Jurnal Penelitian Otot dan Motilitas Sel , 2 (2), 141-166.
- Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B.,… Goldman, RD (2009). Memperkenalkan filamen perantara: dari penemuan hingga penyakit. Jurnal Investigasi Klinis , 119 (7), 1763-1771.
- Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Filamen Intermediate: Struktur, Dinamika, Fungsi dan Penyakit. annu. Pdt. Biokimia. , 63 , 345–382.
- Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, & Seftor, REB (1996). Peran filamen menengah dalam migrasi, invasi dan metastasis. Ulasan Kanker dan Metastasis , 15 (4), 507–525.
- Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Filamen Menengah: Struktur Molekul, Mekanisme Perakitan, dan Integrasi ke Perancah Intraseluler yang Berbeda Secara Fungsional. Tinjauan Tahunan Biokimia , 73 (1), 749–789.
- Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Filamen Menengah: Struktur dan Perakitan. Perspektif Pelabuhan Mata Air Dingin dalam Biologi , 8 , 1-22.
- McLean, I., & Lane, B. (1995). Filamen intermediet pada penyakit. Opini Saat Ini dalam Biologi Sel , 7 (1), 118–125.
- Steinert, P., & Roop, D. (1988). Biologi Molekuler dan Seluler dari Filamen Menengah. Tinjauan Tahunan Biokimia , 57 (1), 593–625.
- Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Filamen perantara. Jurnal Biologi Sel , 99 (1), 1–6.
