doc. Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D. Pohyb buněk a buňkami zprostředkovaný pohyb Jak do konce semestru * 10.4. POHYB BUNĚK A PŘISPĚNÍ BUNĚK K POHYBU ORGANISMU 17.4. ZÁKLADNÍ PRINCIPY SIGNÁLNÍ TRANSDUKCE * 24.4. VÝZNAMNÉ SIGNÁLNÍ DRAHY (dokončení)+ BUNĚČNÁ BIOLOGIE V ČÍSLECH – hledání souvislostí * 15.5. (Karel Souček) – Životní cyklus živočišné buňky (regulátory buněčného cyklu, diferenciace, apoptóza a další mechanismy buněčné smrti) * 22.5. - 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) * Pohyb materiálu vně buněk pomocí pohyblivých cilií * Vylučování hlenu v dýchacích cestách * * Sestup vajíčka ve vejcovodech * * Proudění mozkomíšního moku v mozkových komorách • http://d2ni3bh4dzb2ig.cloudfront.net/sites/default/files/highwire/embojnl/34/8.cover-source.jpg Pohyblivé řasinky figure_16_63b.jpg Pohyb řasinky je umožněn můstky mezi paralelními mikrotubuly – brání vzájemného posunu figure_16_65.jpg Jak se může tolik cilií uchytit k jednomu bazálnímu tělísku? * Klíčová role kinázy Plk4 – normálně reguluje duplikaci centriol Výsledek obrázku pro multiciliated cell Příčně pruhovaný sval * Soubuní vzniklé splynutím svalových prekurzorů figure_16_31.jpg figure_16_31.jpg Jak funguje svalový stah? figure_16_32a.jpg Jak funguje svalový stah? figure_16_32b.jpg Jak funguje svalový stah? figure_16_32cd.jpg figure_16_32cd.jpg figure_16_32cd.jpg Příčný řez svalovým vláknem (octomilka) figure_16_33.jpg Jak funguje svalový stah? figure_16_34.jpg * Nebulin – molekulární pravítko, ochrana konců – tropomodulin (minus) a Z disk (CapZ a aktinin) * 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? figure_16_29.jpg Jak funguje svalový stah? figure_16_29.jpg * 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? figure_16_29.jpg * 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? figure_16_29.jpg * 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) • * • figure_16_29.jpg 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 figure_16_36.jpg * Troponin – váže Ca2+ * Tropomyosin – blokuje na aktinu vazebná místa pro myosin Jak funguje svalový stah? Role troponinu a tropomyosinu figure_16_36.jpg * 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 figure_16_37.jpg Hladký sval – v principu podobný, v detailu jiný figure_16_37.jpg * Místo troponinu calmodulin * Aktivace vyžaduje fosforylaci a aktivaci MLCK (myosin light chain kinase) * Myosin v hladké svalovině interaguje s aktinem pouze po fosforylaci •Pohyb buňky po substrátu •Pohyb buňky po substrátu figure_16_84.jpg figure_16_84.jpg Klidová buňka Filopodia Stresová vlákna Lamelipodia •Pohyb buňky po substrátu figure_16_75.jpg •Pohyb buňky po substrátu – model keratocytů (v kůži ryb a obojživelníků) figure_16_77.jpg figure_16_78a.jpg •Aktinová síť v lamelipodiu – klíčová role Arp2/3 Arp2/3 actin •Aktinová síť v lamelipodiu – klíčová role Arp2/3 figure_16_80.jpg figure_16_78b.jpg figure_16_78c.jpg •Aktinová síť v lamelipodiu – klíčová role Arp2/3 •Destabilizace aktinu kofilinem – mimo leading edge figure_16_79.jpg •Pohyb buňky po substrátu – klíčová role integrinů figure_16_82.jpg figure_16_82.jpg •Měření sil vznikajících při pohybu buněk figure_16_83.jpg figure_16_84.jpg •Malé GTPázy z Rho rodiny jsou klíčové regulátory cytoskeletu Výsledek obrázku pro small gtpases rho family •(přeskočíme trošku dopředu o jednu přednášku) figure_16_84.jpg figure_16_84.jpg •Malé GTPázy z Rho rodiny jsou klíčové regulátory cytoskeletu •Malé GTPázy z Rho rodiny jsou klíčové regulátory cytoskeletu figure_16_85a.jpg •Pohyb buňky po substrátu figure_16_85b.jpg figure_16_03.jpg •Jak buňka určí směr? •Pohyb buňky po substrátu figure_16_86b.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_01.jpg •Buněčný cyklus - připomenutí figure_17_09.jpg •Buněčný cyklus - připomenutí figure_17_16.jpg •Buněčný cyklus - kontrola table_17_01.jpg figure_16_02.jpg •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 panel_17_01_01.jpg * chromozomy červeně, mikrotubuly zeleně • • * • •Sesterské chromatidy jsou po replikaci spojeny koheziny figure_17_19.jpg figure_17_22a.jpg •V profázi docházi ke kondenzaci chromozómů kondenziny figure_17_22b.jpg -Podobné kohezinům -Spojují DNA do struktur vyššího řádu v průběhu profáze •Mechanika buněčného dělení panel_17_01_02.jpg * 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 panel_17_01_02.jpg * chromozomy červeně, mikrotubuly zeleně • • * • •Hlavní cytoskeletární motory zahrnuté v mitoze a jejich funkce figure_17_25.jpg •Shrnutí tvorby mitotického vřeténka: profáze-metafáze figure_17_32.jpg •Tři hlavní typy mikrotubulů v mitóze figure_17_23.jpg •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 • panel_17_01_03.jpg •Mechanika buněčného dělení panel_17_01_03.jpg * chromozomy červeně, mikrotubuly zeleně • • * • •Připojení mikrotubulů ke kinetochoře metafázních chromozomů figure_17_30b.jpg •Savčí chromozom – desítky mikrotubulů, spojených komplexem Ndc80 figure_17_31.jpg figure_17_31.jpg figure_17_31.jpg •Princip správného připojení mikrotubulů figure_17_33.jpg •Detekce „pnutí“ v kinetochoře – role kinázy Aurora B figure_17_34.jpg •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 panel_17_01_04.jpg * chromozomy červeně, mikrotubuly zeleně • • * • •Mechanika buněčného dělení figure_17_23.jpg •Chromozomy nejsou pouzí pasažéři: Aktivace malé GTPázy Ran v metafázi figure_17_27.jpg •Anafázi spouští aktivace APC/C (anaphase-promoting complex) figure_17_38.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_35d.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_35bc.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_36a.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_40.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_37.jpg figure_17_37.jpg •Mechanika buněčného dělení panel_17_01_05.jpg * 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 panel_17_01_05.jpg * chromozomy červeně, mikrotubuly zeleně • • * • •Mechanika buněčného dělení panel_17_01_06.jpg * kontraktilní prstenec aktinových a myosinových vláken stahuje buňku, rozděluje cytoplasmu a vytváří dvě dceřinné buňky s vlastním jádrem • •Mechanika buněčného dělení panel_17_01_06.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_41a.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_42.jpg figure_17_42.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_43.jpg •Mechanika buněčného dělení figure_17_44.jpg