FILAMEN PERANTARA: STRUKTUR, JENIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The antara filamen , juga dikenal dalam literatur sebagai "IFS" (dari filamen Inggris 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.

Mikroskopi imunofluoresensi dua protein dari filamen perantara astrosit (Vimentin dan GFAP) (Sumber: GerryShaw via Wikimedia Commons)

Bersama dengan mikrotubulus dan mikrofilamen, filamen perantara berpartisipasi dalam organisasi spasial organel intraseluler, dalam proses endositosis dan eksositosis, dan juga dalam proses pembelahan sel dan komunikasi antar sel.

Filamen perantara pertama yang dipelajari dan dideskripsikan adalah keratin, salah satu jenis protein pertama yang strukturnya dianalisis dengan difraksi sinar-X pada tahun 1930-an.

Konsep filamen perantara, bagaimanapun, diperkenalkan pada 1980-an oleh Lazarides, yang menggambarkannya sebagai "integrator mekanis ruang sel" yang kompleks yang dicirikan oleh ketidakmampuannya untuk larut dan kemampuannya untuk berkumpul kembali secara in vitro setelah denaturasi.

Mereka dianggap oleh banyak penulis sebagai elemen "penyangga" stres untuk sel hewan, karena mereka adalah filamen yang lebih fleksibel daripada mikrotubulus dan mikrofilamen. Mereka tidak hanya ditemukan di sitoskeleton, tetapi juga bagian dari nukleoskeleton.

Berbeda dengan komponen berserat lainnya dari sitoskeleton, filamen perantara tidak berpartisipasi secara langsung dalam proses mobilitas sel, melainkan berfungsi dalam pemeliharaan struktural dan ketahanan mekanis sel.

Struktur

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

Filamen perantara memiliki diameter sekitar 10 nm, karakteristik struktural yang dinamai filamen tersebut, karena ukurannya antara ukuran yang sesuai dengan filamen miosin dan aktin, yaitu antara 25 dan 7 nm. masing-masing.

Mereka berbeda secara struktural dari dua jenis filamen sitoskeletal lainnya, yang merupakan polimer protein globular, di mana unit penyusunnya adalah protein berserat heliks α panjang yang berbeda yang berkumpul bersama untuk membentuk struktur seperti tali.

Semua protein yang menyusun filamen antara memiliki organisasi molekul yang serupa, terdiri dari domain α-heliks atau "tali" yang memiliki jumlah segmen "pembentuk kumparan" yang berbeda dengan ukuran yang sama.

Domain heliks ini diapit oleh "kepala" non-heliks terminal-N dan "ekor" non-heliks di ujung terminal-C, keduanya bervariasi dalam ukuran dan urutan asam amino.

Dalam urutan kedua ujung ini adalah motif konsensus yang umum untuk 6 jenis filamen perantara yang diketahui.

Pada vertebrata, domain "tali" dari protein filamen antara sitosol adalah sekitar 310 residu asam amino, sedangkan protein sitosol lamina invertebrata dan nukleus kira-kira memiliki panjang 350 asam amino.

Majelis

Filamen perantara adalah struktur "merakit sendiri" yang tidak memiliki aktivitas enzimatik, yang juga membedakannya dari rekan-rekan sitoskeletalnya (mikrotubulus dan mikrofilamen).

Struktur ini awalnya disusun sebagai tetramer protein berfilamen yang membuatnya hanya di bawah pengaruh kation monovalen.

Tetramer ini memiliki panjang 62 nm dan monomernya berasosiasi satu sama lain secara lateral untuk membentuk filamen panjang unit (UFL), yang dikenal sebagai fase 1 perakitan, yang terjadi dengan sangat cepat. .

UFLs adalah prekursor filamen panjang dan, karena dimer yang menyusunnya bergabung bersama secara antiparalel dan terhuyung-huyung, unit-unit ini memiliki domain pusat dengan dua domain mengapit yang melaluinya fase 2 perpanjangan terjadi. , di mana terjadi penyatuan longitudinal dari UFL lainnya.

Selama apa yang disebut sebagai fase 3 dari perakitan, terjadi pemadatan radial dari diameter filamen, yang menghasilkan filamen menengah matang dengan diameter kurang lebih 10 nm.

fitur

Fungsi filamen perantara sangat bergantung pada jenis sel yang dipertimbangkan dan, dalam kasus hewan (termasuk manusia), ekspresinya diatur dengan cara khusus jaringan, oleh karena itu juga tergantung pada jenis jaringan. daripada belajar.

Epitel, otot, mesenkim, dan sel glial serta neuron memiliki jenis filamen yang berbeda, terspesialisasi menurut fungsi selnya.

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 memungkinkannya untuk melindungi berbagai jenis gaya yang dikenakan pada sel.

Jenis filamen menengah

Protein yang menyusun filamen perantara milik keluarga besar dan heterogen dari protein berfilamen yang berbeda secara kimiawi 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 mengekspresikan lebih dari satu kelas protein pembentuk filamen menengah.

Filamen menengah Kelas I dan II: keratin asam dan basa

Keratin mewakili mayoritas protein dalam filamen perantara dan, pada manusia, keratin mewakili lebih dari tiga perempat filamen perantara.

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 basa 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 dalam sel epitel, di mana kedua jenis protein tersebut "berpolimerisasi" dan membentuk filamen majemuk.

Banyak dari keratin kasus I filamen menengah ditemukan dalam struktur seperti rambut, kuku, tanduk, paku, dan cakar, sedangkan kelas II adalah yang paling melimpah di sitosol.

Filamen menengah kelas III: Protein tipe desmin / vimentin

Desmin adalah protein asam 53 kDa yang, bergantung pada derajat fosforilasinya, memiliki varian yang berbeda.

Beberapa penulis juga menyebut filamen desmin sebagai "filamen otot perantara", karena keberadaannya sangat terbatas, meskipun dalam jumlah kecil, untuk semua jenis sel otot.

Di miofibril, desmin ditemukan di garis Z, sehingga diperkirakan bahwa protein ini berkontribusi pada fungsi kontraktil serat otot dengan berfungsi di persimpangan miofibril dan membran plasma.

Foto pewarnaan protein Vimentin, protein dari filamen perantara sel epitel dan embrionik (Sumber: Viktoriia Kosach via Wikimedia Commons)

Pada gilirannya, vimentin adalah protein yang ada di sel mesenkim. Filamen perantara yang dibentuk oleh protein ini bersifat fleksibel dan telah terbukti menahan banyak perubahan konformasi yang terjadi selama siklus sel.

Ini ditemukan dalam fibroblas, sel otot polos, sel darah putih, dan sel lain dalam sistem peredaran darah hewan.

Filamen menengah kelas IV: protein neurofilamen

Juga dikenal sebagai "neurofilamen", kelas filamen perantara ini terdiri dari salah satu elemen struktural fundamental dari akson dan dendrit neuron; mereka sering dikaitkan dengan mikrotubulus yang juga menyusun 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 karena memiliki lengan lateral sebagai "pelengkap" yang menonjol dari pinggiran yang sama dan berfungsi dalam interaksi antara filamen tetangga dan struktur lain.

Sel glial menghasilkan jenis khusus dari filamen perantara yang dikenal sebagai filamen perantara glial, yang berbeda secara struktural dari neurofilamen karena tersusun dari satu protein 51 kDa dan memiliki sifat fisikokimia yang berbeda.

Filamen menengah kelas V: filamen lamina nuklir

Semua lamina yang merupakan bagian dari nukleoskeleton sebenarnya adalah protein filamen perantara. Ini adalah antara 60 dan 75 kDa dalam berat molekul dan ditemukan di inti semua sel eukariotik.

Mereka penting untuk organisasi internal wilayah nuklir dan untuk banyak fungsi organel ini penting untuk keberadaan eukariota.

Filamen menengah kelas VI: Nestinas

Jenis filamen perantara ini memiliki berat sekitar 200 kDa dan sebagian besar ditemukan di sel induk sistem saraf pusat. Mereka diekspresikan selama perkembangan saraf.

Patologi terkait

Ada banyak penyakit pada manusia yang berhubungan dengan filamen perantara.

Pada beberapa jenis kanker seperti melanoma maligna atau karsinoma payudara, misalnya, ekspresi bersama dari filamen antara vimentin dan keratin mengarah pada diferensiasi atau interkonversi sel epitel dan mesenkim.

Fenomena ini telah terbukti secara eksperimental untuk meningkatkan aktivitas migrasi dan invasif sel kanker, yang memiliki implikasi penting untuk karakteristik proses metastasis dari kondisi ini.

Eriksson dan rekan (2009) meninjau berbagai jenis penyakit dan hubungannya dengan mutasi spesifik pada gen yang terlibat dalam pembentukan enam jenis filamen perantara.

Penyakit yang berkaitan dengan mutasi pada gen yang mengkode dua jenis keratin adalah epidermolisis bulosa, hiperkeratosis epidermolitik, distrofi kornea, keratoderma, dan banyak lagi lainnya.

Filamen menengah tipe III terlibat dalam berbagai kardiomiopati dan penyakit otot yang berbeda terutama yang berkaitan 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. Dengan cara yang sama, cacat genetik pada filamen tipe V dan VI bertanggung jawab atas perkembangan penyakit autosom yang berbeda dan terkait dengan fungsi inti sel.

Contohnya adalah sindrom progeria Hutchinson-Gilford, distrofi otot Emery-Dreifuss, dan lainnya.

Referensi

1. Anderton, BH (1981). Filamen menengah: keluarga struktur homolog. Jurnal Penelitian Otot dan Motilitas Sel, 2 (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B.,… Goldman, RD (2009). Memperkenalkan filamen perantara: dari penemuan hingga penyakit. The Journal of Clinical Investigation, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Filamen Menengah: Struktur, Dinamika, Fungsi dan Penyakit. Annu. Pdt. Biochem. , 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT, & Seftor, REB (1996). Peran filamen perantara dalam migrasi, invasi dan metastasis. Ulasan Kanker dan Metastasis, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Filamen Menengah: Struktur Molekuler, Mekanisme Perakitan, dan Integrasi ke dalam Perancah Intraseluler yang Berbeda Secara Fungsional. Review Tahunan Biokimia, 73 (1), 749-789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Filamen Menengah: Struktur dan Perakitan. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8, 1–22.
7. McLean, I., & Lane, B. (1995). Filamen menengah dalam penyakit. Opini Saat Ini dalam Biologi Sel, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Biologi Molekuler dan Seluler dari Filamen Menengah. Review Tahunan Biokimia, 57 (1), 593-625.
9. Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Filamen menengah. Jurnal Biologi Sel, 99 (1), 1-6.