11 MZB II - Greber

Dynein bewirkt Beugung der Zilien / Flagellen

Dyneinmotoren üben Kraft auf die Doppelmikrotubuli aus. Das Gleiten der Doppelmikrotubuli wird durch flexible Proteinverbindungen verhindert. Es entstehen Beugebewegungen des Flagellums.

Das Zentrosom ist ein Zellorganell, das eine zentrale Rolle bei der Organisation des Zytoskeletts und der Zellteilung spielt.

Das Zentrosom besteht aus einem Zentriolenpaar, ähnlich wie der Basalkörper eines Flagellums

Das Zentriol ist ein in der Nähe des Zellkerns befindliches, aus Mikrotubuli bestehendes Organelltierischer Zellen.

Zentriolen sind zu zweit als sogenanntes Diplosom organisiert. Das Diplosom ist umgeben von einer dem Cytoplasma gegenüber dichteren Matrix, dem Zentroplasma. Die Einheit aus Zentroplasma und Diplosom wird als Zentrosom bezeichnet.

-> Fehler bei Centriolduplikation führen zu genomischer Instabilität

s.B.

Die Kernhülle wird hoch-dynamisch in der M-Phase

platten- oder halbkugelförmige Struktur aus Proteinen und DNA-Abschnitten, die dem Zentromer seitlich aufsitzt und beiKernteilungsvorgängen als Ansatzstelle für die Fasern des Spindelapparates dient

Definitionen:
• Der Kinetochor ist eine dynamische, hochmolekulare Maschinerie an den primären Konstriktionspunkten des Chromosoms
• Je ein Kinetochor pro Schwesterchromatid liegen einander gegenüber und binden MT

Funktionen:
Verbinden Chromosomen mit gegenüberliegenden Spindelpolen
Bewegen Chromosomen: Metaphaseorientierung und Trennung
Checkpoint: Metaphase -> Anaphase Uebergang

Dynamische MTs binden an Kinetochor & bewegen die Chromatiden
-> Chromosomenbewegung zu oder von den Spindelpolen durch dynamische Instabilität der MT am Kinetochor

Frage: Wie kommt die Bewegung der Chromatiden zustande?
-gespeicherte Energie in den MTs
-sobald die lateralen Kontakte zwischen den MT Protofilamenten brechen, depolymerisieren die MTs.

Aufbau

Der Spindelapparat wird aus Mikrotubuli aufgebaut, genauer gesagt aus drei Sorten von Mikrotubuli:

• Polar-Mikrotubuli (von Zellpol zu Zellpol aufgespannt)
• Kinetochor-Mikrotubuli (von Centromer zu Zellpol)
• Astral-Mikrotubuli (Sternförmig um den Zellpol angeordnet)

During the process of cell division, the spindle checkpoint prevents separation of the duplicated chromosomes until each chromosome is properly attached to thespindle apparatus.

auch Spindel-Checkpoint genannt: sendet ein Wartesignal in den Zellzyklus

(APC)

Der Anaphase-promoting complex / cyclosome (APC/C) - der Anaphase fördernde Komplex oder das Cyclosom - ist einEnzymkomplex, der in den Zellkernen aller Eukaryoten vorkommt. Der Komplex besteht aus gut einem Dutzend Untereinheiten, von denen mehrere die Enzymaktivität von Ubiquitin-Ligasen besitzen. Mit diesen Untereinheiten katalysiert der Komplex die Anbindung eines oder mehrerer Ubiquitin-Moleküle an mehrere Regulatorproteine, was diese für den enzymatischen Proteinabbau (Proteolyse) im Proteasom markiert.

Der Anaphase-promoting Complex (APC) ...
... induziert die Ubiquitinierung & proteasomale Degradation einer hemmenden Komponente des Proteasekomplexes & somit die Aktivierung der Protease & Degradation der Kohäsine.

Anaphase A
Kinetochor-MT verkürzen sich & Chromosomen werden zu den Polen gezogen
Zwei sich überlappende Modelle:
Kinetochor MT verkürzen sich an den + & den - Enden
(In der Anaphase A verkürzen sich die Kinetochormikrotubuli unter Dissoziation der Mikrotubuliuntereinheiten an dem dem Kinetochor zugewandten Ende, so dass sich die Chromosomen zwangsläufig den Zentriolen nähern müssen)

Anaphase B
Die Pole trennen sich; Zwei Mechanismen:
1) Gleiten anti-paralleler MT Anti-parallele MT wachsen
2) Cortex zieht an den astralen MT
(Die Anaphase B ist gekennzeichnet durch das Längenwachstum der Polmikrotubuli. Da entgegengesetzt polarisierte Polmikrotubuli in der Metaphasenplatte durch Proteine miteinander verbunden sind, kann man sich leicht vorstellen, dass sich durch ständigen Zuwachs an Mikrotubuliuntereinheiten die beiden Zentriolen voneinander „abstossen". )

1) Anaphase ist negativ reguliert durch MT Spannung. Checkpoint Mad/APC: Nicht angehefteter Kinetochor sendet ein Wartesignal.
2) Anaphase Promoting Factor (APC) wird aktiviert. Aktivierung der Ubiquitinierung & Degradation der Cohäsine.
3) Zusammenhalt der Schwesterchromatiden geht verloren.
4) Kinetochoren führen Schwestern zu den Polen = ANAPHASE A
5) Spindelpole separieren = ANAPHASE B

Signal kommt aus demjenigen Bereich des Cortex, wo die astralen MTs beider Pole miteinander interagieren

Konzept: Ueberlappende astrale MT sind wichtig für Furchung

Bei tierischen Zellen kommt es bei der Teilung in zwei Tochterzellen zur Bildung eines kontraktilen Ringes in der Höhe der Metaphaseplatte: die Zellmembran wird zwischen den Tochterkernen nach innen gezogen. Der kontraktile Ring besteht aus Aktin- undMyosinfilamenten. Die Kontraktion verläuft analog zur Muskelkontraktion über den sogenannten molekularen Ruderschlag, bei dem sich die Filamente gegeneinander verschieben.

Das Signal zum Zusammenbau des kontraktilen Actin-Rings kommt von aktiviertem RhoA und führt zur Myosinmotor-Aktivierung

Diploide Zellen teilen sich, um haploide Keimzellen zu bilden. Haploide Individuen verschmelzen ihre Genome und bilden danach wieder haploide Zellen.

Meiose I
-homologe Chromosomen paaren sich
-Ueberkreuzung in der Prophase,
-Die Schwesterchromatiden teilen sich nicht
Meiose II
-Reduktionsteilung, keine DNA Synthese
-Die Schwesterchr. teilen sich

➩ Zellform & Organisation
➩ “Kontraktion”
  ➩ Gleiten von antiparallelen Filamenten (Actin-Myosin)
  ➩ Gleiten von parallelen Filamenten (MT)
  ➩ Kein Gleiten der Intermediärfilamente
➩ gerichteter Transport
➩ Signalübertragung
➩ Zellmigration

Bauen verschiedene Zellformen auf

Funktionen spezialisierter Aktin-basierter Zellformen:
  • Mechanische Kontraktion, Stabilität, Organisation, Polymerisation und dynamischer Transport

Hoch konserviert, in allen eukaryotischen Zellen

Das häufigste Protein in Nicht-Muskelzellen (1-5%)

Funktionen:
Zellform, Polarisation, Bewegung, Teilung, Transport

Monomer = G-Actin
Polymer = F-Actin

In der Biochemie wird als Nukleation, die erste Phase der Ausbildung eines neuen Aktinfilamentes bezeichnet

langsam, gehindert durch kinetische Barriere

Nukleationskeim: Trimer/Tetramer (Actin) oder komplexe Natur (Mikrotubuli

Asymmetrie der Untereinheiten ergibt strukturelle Polarität des Polymers Polarität ist die Basis für Direktionalität
• Erlaubt der Zelle, asymmetrische Strukturen und Formen zu generieren • Ist Grundlage für gerichtete Bewegung

Viele zelluläre Faktoren regulieren die Actin-Dynamik, z.B.
• eine Protein-Kappe am Plus und/oder Minus Ende
• Monomere Untereinheiten bindende Proteine
• Polymer bindende Proteine mit Filament-stabilisierender oder schneidender Wirkung

‘Fluss’ der Untereinheiten durch das Polymer = Treadmilling

• Zwei verschiedene Reaktionen an den Polymer-Enden
• Verschiedene kritische Konzentrationen Cc (- end) > Cc (+ end)

➜ Netto Assembly an den Plus Enden
➜ Netto Disassembly an den Minus Enden

-> Nota bene: Gleiches Funktionsprinzip gilt für Tubulin

■ Muskel Kontraktion
■ Kontraktile Aktivität in Nicht-Muskelzellen
■ Zytokinese
■ Intrazelluläre Organisation, Ausstülpung von Actinfilamenten, retrograder Actinfluss
■ Vesikel & Organelltransport
■ Myosin 6, 7A, 15 – im Innenohr:
  ◆ Mutationen in Maus -> Taubheit

• Myosin II: konventionell, Muskel und nicht-Muskelzellen
• Myosin I (einköpfig): erstes nicht-konventionelles Myosin

• Heute: mehr als 15 Klassen von Myosinen (Numerierung in der Reihenfolge ihrer Entdeckung)

• Laufen auf F-Actin vom Minus zum Plus-Ende: Ausnahme Myosin 6

Myosin-II ist ein dimeres Motorprotein in eukaryotischen Zellen. Es kommt im Sarkomer der Skelettmuskulatur vor und ist unabdingbar für die Muskelkontraktion.

Myosin II: Dickes Filament (das einzige Myosin, das Filamente bildet)

Das globuläre Troponin ist ein Eiweißbaustein des Aktinfilaments und dient (zusammen mit demTropomyosin) als Regulatorprotein.

Ca++ Bindung von Troponin bewirkt, dass Tropomyosin die Aktinbindungsstellen für Myosinbindung frei gibt.

Arp2/3 Komplex

7 Untereinheiten, unter anderem Actin-related Proteins 2 & 3. Stimuliert die Actin-Polymerisation (eliminiert die Lag-Phase). Bindet an die Minus-Enden und die Seiten -> Verzweigungen

-> Dieser Arp2/3 Komplex bilden die Basis für die Anlagerung von Aktin Molekülen und eine darauf folgende Elongation.

Thymosin β4
Bindet 1:1 - puffert alles G-Actin ab und verhindert die Polymerisation

Profilin
Bindet 1:1 - puffert rund 20% des gesamten Actins Stimuliert Nukleotidaustausch und Polymerisation Bindet an die Plasmamembran und verschiedene Proteine Stimuliert Wachstum des F-Actins

ADF/cofilin (Actin depolymerizing factor)
Bindet G- und F-Actin
Beschleunigt Debranching & Schneiden von F-Aktin
Erhöht die Geschwindigkeit des Aktinfilament-Turnovers
-> wichtiger Regulator der Zellmigration
(ADF/cofilin is a family of actin-binding proteins which disassembles actin filaments(

Capping Faktoren:
• stabilisieren oder destabilisieren die Filamente
• verhindern die Elongation
• CapZ am Plus Ende
• Tropomodulin am Minus Ende