doc. Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D. Pohyb buněk a buňkami zprostředkovaný pohyb Jak do konce semestru 18.4. POHYB BUNĚK A PŘISPĚNÍ BUNĚK K POHYBU ORGANISMU 25.4. ZÁKLADNÍ PRINCIPY SIGNÁLNÍ TRANSDUKCE 2.5. VÝZNAMNÉ SIGNÁLNÍ DRAHY (dokončení)+ BUNĚČNÁ BIOLOGIE V ČÍSLECH – hledání souvislostí 9.5. (Karel Souček) – Životní cyklus živočišné buňky (regulátory buněčného cyklu, diferenciace, apoptoza a další mechanismy buněčné smrti) 16.5. - předtermín Obsah Pohyb materiálu vně buněk pomocí pohyblivých cilií Využití aktino-myosinových vztahů pro pohyb svalů a živočichů Pohyb samostatné buňky po povrchu Pohyby organel i buněk v procesu buněčného dělení (mitózy) Dotaz od minula Jak se vrací kinesiny v ciliu zpět na bázi cilia, aby mohly naložit další cargo? Odpověď: Je známa! A příroda to vyřešila dokonale,  jako ostatně vždy Pohyb materiálu vně buněk pomocí pohyblivých cilií Vylučování hlenu v dýchacích cestách Sestup vajíčka ve vejcovodech Proudění mozkomíšního moku v mozkových komorách Pohyblivé řasinky Pohyb řasinky je umožněn můstky mezi paralelními  mikrotubuly – brání vzájemného posunu Jak se může tolik cilií uchytit k jednomu bazálnímu tělísku? Klíčová role kinázy Plk4 – normálně reguluje duplikaci centriol Příčně pruhovaný sval Soubuní vzniklé splynutím svalových prekurzorů Jak funguje svalový stah? Jak funguje svalový stah? Jak funguje svalový stah? Jak funguje svalový stah? Zajímavost: Titin (jméno souvisí s bájnými Titány), též konektin, je obrovský elastický protein nacházející se v sarkomeře v příčně pruhované svalovině, Je to zřejmě nejdelší lidský protein: je vytvářen jako jediný polypeptid, který má u člověka délku 34 350 aminokyselin[ a má molekulární hmotnost asi 3 700 kDa. Výroba titinu na ribozomu zabere neuvěřitelné 2–3 hodiny (u běžných bílkovin to je otázka několika minut). Na délku má asi 1,2 mikrometru, tedy řádově stejně jako například buňka bakterií. Jak funguje svalový stah? Jak funguje svalový stah? na začátku cyklu je myosinová hlavička bez navázaného nukleotidu pevně semknuta s aktinovým filamentem (angl. rigor configuration → rigor mortis) v aktivně pracujícím svalu je tento stav velmi krátkodobý a je rychle ukončen navázáním molekuly ATP Jak funguje svalový stah? molekula ATP se váže do velkého záhybu na zadní straně hlavičky myosinu (na nejvzdálenější místo od aktin. filamenta) a způsobuje nepatrnou změnu konformace místa, kde se k myosinu váže aktin, čímž sníží afinitu hlavičky myosinu k aktinu a umožní pohyb podél filamenta Jak funguje svalový stah? záhyb na myosinu se jako mušle uzavírá okolo molekuly ATP, spouští se pohyb levého ramena myosinu, které posouvá hlavičku myosinu podél aktinového filamenta o vzdálenost přibližně 5 nm nastává hydrolýza ATP, ale ADP a anorg. fosfát stále zůstávají připojeny k myosinu Jak funguje svalový stah? slabá vazba myosinu k novému místu na aktinovém filamentu způsobí uvolnění anorg. fosfátu, čímž se zesílí vazba myosinu k aktinovému filamentu uvolnění anorg. fosfátu vede ke změně tvaru myosinu ‐ nabývá původní konformace, ztrácí ADP a svalový stah se vrací na začátek cyklu (ale nacházíme se o kus dál na aktinovém filamentu) Jak se koordinovaně a rychle posunou tisíce molekul  myosinu po aktinu? V buňce je udržovaná nízká koncentrace Ca2+ iontů, které jsou aktivně pumpovány vně buňky a do endoplazmatického retikula (u svalu nazývané sarkoplazmatické retikulum) Role troponinu a tropomyosinu Troponin – váže Ca2+ Tropomyosin – blokuje na aktinu vazebná místa pro myosin Jak funguje svalový stah? Role troponinu a tropomyosinu Troponin – váže Ca2+ Tropomyosin – blokuje na aktinu vazebná místa pro myosin Vazba Ca2+ iontů – změna konformace, které posune tropomyosin a umožní pohyb myosinu po aktinu Shrnutí Viz video Hladký sval – v principu podobný, v detailu jiný Místo troponinu calmodulin Aktivace vyžaduje fosforylaci a aktivaci MLCK Myosin v hladké svalovině interaguje s aktinem pouze po fosforylaci Pohyb buňky po substrátu Pohyb buňky po substrátu Klidová buňka Filopodia Stresová vláknaLamelipodia Pohyb buňky po substrátu Pohyb buňky po substrátu – model keratocytů (v kůži ryb a  obojživelníků)  Aktinová síť v lamelipodiu – klíčová role Arp2/3 Arp2/3 actin Aktinová síť v lamelipodiu – klíčová role Arp2/3 Aktinová síť v lamelipodiu – klíčová role Arp2/3 Destabilizace aktinu kofilinem – mimo leading edge Pohyb buňky po substrátu – klíčová role integrinů Měření sil vznikajících při pohybu buněk Malé GTPázy z Rho rodiny jsou klíčové regulátory cytoskeletu (přeskočíme trošku dopředu o jednu přednášku) Malé GTPázy z Rho rodiny jsou klíčové regulátory cytoskeletu Malé GTPázy z Rho rodiny jsou klíčové regulátory cytoskeletu Pohyb buňky po substrátu Jak buňka určí směr? Pohyb buňky po substrátu Mechanika buněčného dělení Buněčný cyklus ‐ připomenutí Buněčný cyklus ‐ připomenutí Buněčný cyklus ‐ kontrola Mechanika buněčného dělení Aktin – červeně Tubulin – zeleně DNA ‐ hnědě Mitoza ‐ shrnutí replikované chromozomy kondenzují (každý se skládá ze dvou blízce spojených sesterských chromatid); mimo jádro se mezi dvěma centrosomy, které se zreplikovaly a rozdělily, sestavuje mitotické vřeténko v diploidních buňkách je po dvou kopiích od každého chromozomu Mechanika buněčného dělení chromozomy červeně,  mikrotubuly zeleně Sesterské chromatidy jsou po replikaci spojeny koheziny V profázi docházi ke kondenzaci chromozómů kondenziny ‐ Podobné kohezinům ‐ Spojují DNA do struktur vyššího řádu v  průběhu profáze Mechanika buněčného dělení profáze náhle přechází do prometafáze rozpadem jaderné membrány chromozomy se tak nyní mohou svými kinetochory napojit na mikrotubuly dělicího vřeténka a začít se aktivně pohybovat Mechanika buněčného dělení chromozomy červeně,  mikrotubuly zeleně Hlavní cytoskeletární motory zahrnuté v mitoze a  jejich funkce Shrnutí tvorby mitotického vřeténka: profáze‐metafáze Tři hlavní typy mikrotubulů v mitóze Mechanika buněčného dělení v metafázi jsou chromozomy seřazeny v rovníkové oblasti mezi póly dělicího vřeténka kinetochorové mikrotubuly jsou připojeny na sesterské chromatidy a přitahují je k opačným pólům dělicího vřeténka Mechanika buněčného dělení chromozomy červeně,  mikrotubuly zeleně Připojení mikrotubulů ke kinetochoře metafázních  chromozomů Savčí chromozom – desítky mikrotubulů, spojených  komplexem Ndc80 Princip správného připojení mikrotubulů Detekce „pnutí“ v kinetochoře – role kinázy Aurora B Mechanika buněčného dělení v anafázi se sesterské chromatidy synchronizovaně oddělují a formují tak dva dceřinné chromozomy kinetochorové mikrotubuly se zkracují a póly dělicího vřeténka se ještě vzdalují ‐ každý dceřinný chromozom je tak pomalu tažen směrem k pólům dělicího vřeténka (tzv. segregace chromozomů) Mechanika buněčného dělení chromozomy červeně,  mikrotubuly zeleně Mechanika buněčného dělení Chromozomy nejsou pouzí pasažéři: Aktivace  malé GTPázy Ran v metafázi Anafázi spouští aktivace APC/C (anaphase‐promoting complex) Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení dvě sady dceřinných chromozomů se dostávají k pólům dělicího vřeténka, dekondenzují a kolem každé sady se vytváří nová jaderná membrána v buňce se tak nacházejí dvě jádra, což značí, že se buňka nachází v závěrečné fázi mitózy začíná se vytvářet kontraktilní prstenec Mechanika buněčného dělení chromozomy červeně,  mikrotubuly zeleně Mechanika buněčného dělení kontraktilní prstenec aktinových a myosinových vláken stahuje buňku, rozděluje cytoplasmu a vytváří dvě dceřinné buňky s vlastním jádrem Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení Mechanika buněčného dělení