Laminy a laminopatie. Co jsou to laminy? intermediální filamenta - V. třída. nacházejí se v jádře

Transkript

1 Laminy a laminopatie Co jsou to laminy? intermediální filamenta - V. třída nacházejí se v jádře

2 Intermediáln lní filamenta (IFs) filamenta o průměru nm strukturální funkce, ochrana proti mechanickému stresu nejméně strukturálně charakterizované z cytoskeletálních komponent objev až později v evoluci jen u metazoí (nejsou u rostlin ani u hub) Třídy IFs: - 4 typy - cytoplazmatické - 5. typ - jaderné laminy

3 Intermediáln lní filamenta - struktura Tripartitní struktura IFs: cetrální α-helikální doména (rod domain) - repetice 7 AK, kdy každá 1. a 4. AK je nepolární coiled-coil stuktura koncové nehelikáln lní domény - hlava (N-konec) - ocas (C-konec) - velmi se různí (délkou, sekvencí) mezi odliš. IF -důležité pro tvorbu vláken Struktura laminů - C-koncová doména velmi krátká (33 AMK) - segment 1B o 6 heptad delší (42 AMK) - N-koncová doména - NLS - Caax box Intermediáln lní filamenta - skládání 3 assembly skupiny IFs keratiny (A) - tvoří heterodimery - laterální a longitudinální asociace většina ostatních cytoplasmatických IFs (B) -tvoří homopolymery - laterální asociace; ULF jaderné laminy (C) - longitudinální asociace (head-to-tail)

4 Laminy člověk - 3 geny kódující 7 proteinů: A-typ a B-typ laminy typu A: A gen LMNA: lamin A, lamin C, lamin A 10, lamin C2 (jen v testes) laminy typu B: B gen LMNB1: lamin B1 gen LMNB2: lamin B2, lamin B3 (jen spermatocyty) laminy typu B - exprimovány téměř ve všech buňkách, během celého vývoje - esenciální pro životnost buněk laminy typu A - vývojově regulované - exprese hlavně v somatických diferencovaných buňkách - specializované funkce Laminy

5 Postranslační úpravy laminů Isoprenylace a metylace (laminy B, prelamina): 1. farnesylace Cys v CaaX boxu (A-alifatická AK, X-obvykle S,M,C,A,Q) - farnesyl transferasa 2. odštěpení tripeptidu AAX - AAX endoproteasa 3. methylace nyní koncového Cys - karboxymethyltransferasa u prelaminu A: 4. odštěpení ještě dalších 15 AK - odstranění farnesylovaného konce! - prelamin A: 74 kda 72 kda: lamin A Metalloproteinasa Zmpste24 (FACE-1) - oba proteolytické kroky u prelaminu A Fosforylace - interfáze, mitóza Postranslační úpravy laminů - P-místa - na N-konci laminů (u coil 1A) - na C-konci (blízko coil 2B) - cdc2 kináza, proteinkináza (PKC), cyklin-amp-dependentní kináza (PKA) - regulace skládání a rozkládání laminy Dynamika laminů během BC Rozpad laminy - profáze/metafáze - kináza p34cdc2 (cdk1) - savčí buňky: A-laminy- disociace z jaderné laminy v časné profázy; rozptýleny do cytoplasmy B-laminy- disociace později; asociovány s membránou Skládání laminy - pozdní telofáze - defosforylace Lamin B1- v pozdní anafázy vazba na periferní části chromosomů -telofáze- reasociuje s membránovými partikulemi Lamin A - vazba k lamině během G1 fáze

6 Jaderná lamina Xenopus oocyty: -síť 10 nm laminových filament bezprostředně pod jadernou membránou Málo známo o přesném uspořádání U ostatních buněčných typů: - lamin není podél jaderného obalu distribuován homogenně - i v nukleoplazmě - malé shluky (lamin A, B) - difúzně rozptýlen nukleoskelet Spread NE prepared from Xenopus oocytes after extraction with Triton X-100 and prepared for transmission electron microscopy by freeze drying/unidirectional metal shadowing (Aebi et al., Nature, 1986) Visualization of an internal nucleoskeleton in HeLa cells from which ~90% chromatin had been removed. (C) Nuclear region; pan-intermediate-filament antibody; more core filaments are visible. (D) Nuclear and cytoplasmic regions; anti-vimentin antibody. nu, nucleolus; ns, nucleoskeleton; n, nucleus; l, lamina; cf, core filaments (Hozák et al. 1995, Journal of Cell Science) Interakce laminů s jadernými komponentami LAPs (lamina-associated polypeptides) LAP2-6 alternativně sestřižených izoform - exprese v půběhu vývoje - esenciální LAP2α - v nukleoplazmě, váže lamin A/C LAP2β - interaguje s rod doménou B-laminů -důležitý pro assembly B-laminů do laminy LBR (p58) - lamin B receptor nukleoplasmatická doména: - interakce s B-laminy, HP1 (human chromatinassociated protein), chromatinem - fosforylační místo pro PKA, cdc2, arginin-serin (RS)-specific kinásu Emerin - 34 kda - gen EMD (STA) na X chromosomu mutace způsobuje X-linked formu Emery-Dreifuss svalové dystrofie - distribuce v INM závislá na laminu A MAN1 - funkce v časném vývoji (překryvné funkce s emerinem) LEM motiv LEM motiv- u LAP2, emerinu, MAN1 - cca 40 AMK - vazba laminů a BAF (barrier to autointergal factor)

7 Interakce laminů s jadernými komponentami Nespriny - tzv. spectrin repeat proteiny; - spectrin repetice v jádru proteinu - NH2- terminální calponin homologická doména - COOH-terminální Klarsicht doména Izoformy nesprin1: CPG2, syne-1, myne-1, Enaptin Izoformy nesprin 2: syne-2, NUANCE -v INM i ONM - interakce: aktin, lamin A,C, emerin Izoformy nesprin 3: bez aktin-vazebné domény - asociace s plectinem SUN domain proteiny - Caenorhabditis e.- UNC-84, UNC-83 - Lidské homology SUN1, SUN2 určuje velikost, tvar a sílu jádra Jaderná lamina - funkce odolává deformaci, chrání chromatin laminy - ukotvení a rozmístění elementů jaderného obalu do správných pozic (jaderné póry, různé membránové proteiny) asociace s chromatinem (proteiny v lamině - interakce s chromatinovými proteiny: LBR-HP1; LAP2b-BAF; laminy-histony) role v apoptóze - laminy, LAPs - časné cíle kaspas - usnadnění aktivace nukleas - lamina - místo pro ukotvení apoptotické signální mašinerie? - mutace laminů - mohou působit citlivost buněk k apoptóze role při rozpadu a složení jaderného obalu během cytokineze interakce s cytoskeletem (SUN doménové proteiny, nespriny) - bridging NE

8 Jaderná lamina - funkce chybí Nup153 chybí laminy Role laminů v replikaci DNA představa o mechanismu zatím sporná Jaderná lamina - funkce funkce laminy - uspořádání replikačních center lamin B - asociace s replikačními ohnisky v S-fázi lamin A/C - replikační ohniska kolem jadérka komplex LAP2β a HA95 - iniciační fáze replikace Role laminů v transkripci laminy typu B: B - vazba RNA poly II - vliv na základní procesy syntézy RNA - asociace: s periferním heterochromatinem (přes LBR a jeho interakce s HA95, HP1) Oct1 (represor kolagenázového genu) s LAP2β+ GCL+ DP3: represe E2F-DP3

9 Role laminů v transkripci Jaderná lamina - funkce laminy typu A: - ovlivnění aktivity proteinů regulujících transkripci - dynamičtější - ovlivnění transkripce i v místech dál od j. membrány -s LAP2α -v různých tělíscích v nukleoplasmě - asociace se speciálními TF: SREBP1 (Sterol-Response Element Binding Protein 1) Rb - funkční interakce (s laminema +LAP2α) přes emerin: s GCL / BAF Laminopatie mutace v laminech (typu A) a v proteinech interagujících s laminy (např. geny EMD, LBR, MAN1, LAP2, AAS, FACE1-ZMPSTE24) působí mnoho dědičných či sporadických onemocnění Společné symptomy: ochabnutí svalů lokomoční problémy kardiovaskulární problémy Přes 180 mutací v LMNA, které způsobují laminopathie

10 Laminopatie Pruhované svalstvo - Emery-Dreifusova svalová dystrofie (EDMD) - Svalová dystrofie končetinových pletenců typu 1B (LGMD-1B) - Forma dilatační kardiomyopatie (DCM) Tuková tkáň - Dunniganova familiární parciální lipodystrofie (FPLD-1B) Periferní nervy - Autosomální recesivní syndrom Charcot-Marie-Toothův typu 2B1 (AR-CMT2-B1) Systemické laminopatie - Mandibuloakrální dysplázie (MAD) - Hutchinson-Gilfordova progerie (HGPS) - Atypický Wernerův syndrom (WS) - Novorozenecká restriktivní dermopatie (RD) + překryvné laminopatie Emery-Dreifusova svalová dystrofie (EDMD) projevy: - časné zkrácení šlach v kotníku, lokti a zkrácení páteřních svalů (první projevy už roku) - postupně ochabování a ubývání svalů proximálně v horních a distálně v dolních končetinách - rozvinutí kardiomyopatie - defekty v přenosu impulzů EDMD - X-linked (XL-EDMD) - mutace v genu STA (EDM) na chromosomu q28 - autosomálně dominantní (AD-EDMD) - mutace v genu LMNA na chromosomu 1q autosomálně recesivní (AR-EDMD) -vzácně

11 Svalová dystrofie končetinových pletenců typu 1B (LGMD, limb-girdle muscular dystrophy ) mutace v LMNA ovlivňující pruhovanou svalovinu- podél celého genu projevy: mírnější projev, pozdější propuknutí - ochabování svalstva pánevních a ramenních pletenců - zkracování šlach, občas zbytnění lýtka -srdeční poruchy - později v životě Způsob dědid dičnosti: -dominantní LGMD1 - recesivní LGMD2 Forma dilatační kardiomyopatie (DCM) dilated cardiomyopathy - těžké onemocnění srdeční svaloviny projevy: - postupné rozšíření komor, narušená systolická funkce -příčně pruhované svaly buď nezasaženy, nebo zasaženy jen mírně -srdeční selhání možné již v mladém věku EDMD, LGMD, DCM EDMD, LGMD, DCM - velmi podobné, překrývající se fenotypy - mohou reprezentovat různé stupně jedné a té samé choroby

12 Dunniganova familiárn rní parciáln lní lipodystrofie (FPLD-1B) projev: (AD charakter) - ztráta podkožního tuku v končetinách a trupu + nadměrné hromadění tukové tkáně kolem krku, obličeje (dvojitá brada) a ramen - tzv. buvolí hrb - různé stupně rezistence k inzulínu, diabetes II, hypertriglyceridemie - redistribuce tukové tkáně - zjevná v/po pubertě mutace v LMNA - v C-koncové globulární části, Hutchinson-Gilfordova progerie (HGPS) 6 let 15 let vzácný syndrom předčasného stárnutí - nejdramatičtější fenotyp (1: porodů) projev: - předčasné známky senility - překvapivého stupně: zpomalený růst, ztráta podkožního tuku, ztráta vlasů, řídnutí kostí, rezistence k inzulínu, slabě vyvinuté svalstvo, nedokončený sexuální vývoj, arterioskleróza, vystupující oči, zobákovitý nos,... - nástup během prvních let života (jeví se normální při porodu) - mentální a emocionální vývoj nenarušen -střední délka života 13,4 roku (smrt mezi 7 a 25,5 roku)

13 Nuclear laminopathies AR (autosomal recessive) and AD (autosomal dominant) designate the mode of inheritance of the diseases.

14 Laminopatie Mutace v laminu typu B: Letální v embryonálním stádiu Více neidentifikované laminopatie Mutace v LMNB1 - autosomal dominant leukodystrophy (ADLD) Mutace v LMNB2 - Barraquer-Simons syndrome (APL) Spektrum nemocí spojeno s mutacemi laminb-receptoru LBR - Greenberg dysplasia - Pelger-Huet anomaly Jak mutované laminy působp sobí laminopatie? zatím neexituje přesný model k vysvětlení molekulární podstaty laminopatií několik hypotéz: - strukturální hypotéza - hypotéza genové exprese - teorie zadržení v ER - hypotéza buněčné proliferace - toxicita prelaminu A asi kombinace všech těchto mechanismů - mohou přispívat v různé míře k patogenezi nemocí - žádná z teorií nefunguje exkluzivně

15 Děkuji za pozornost