Kilka aspektów architektury molekularnej filamentów pośrednich pozostaje tajemnicze pomimo dziesięcioleci badań. Proces wzrostu i ostateczna architektura architektura może zależeć od środowiska fizycznego, chemicznego i biochemicznego. Mając na celu wyjaśnienie tej kwestii, ponownie przeanalizowaliśmy strukturę ludzkiego mieszka włosowego za pomocą mieszków włosowych za pomocą mikrodyfrakcji rentgenowskiej. Doszliśmy do wniosku, że oparte na histologii strefy wzrostu wzdłuż mieszka włosowego są skorelowane z drobną architektura włókien wydedukowana z mikrodyfrakcji rentgenowskiej. Nasza analiza ujawnia istnienie dwóch głównych polimorficznych architektur włókien pośrednich. architektury. Tuż nad cebulką włókna charakteryzują się średnicą 100 Angstremów i rdzeniem o niskiej gęstości. Następująca strefa w górę jest charakteryzuje się boczną agregacją filamentów w zwartą sieć włókien, przez zmniejszenie ich średnicy (do 75 angstremów) oraz przez ustanowienie podłużnego uporządkowania dalekiego zasięgu. W górnej strefie, niewielka zmiana strukturalna związana z twardnieniem tkanki prawdopodobnie dotyczy domen końcowych. domen końcowych. Architektura filamentu pośredniego w górnych strefach strefach może być specyficzna dla twardej alfa-keratyny, podczas gdy inna architektura znaleziona w dolnej strefie może być reprezentatywna dla filamentów pośrednich w innym środowisku. innym środowisku. --- Wyrostki ssaków, takie jak włosy, pióra i wełna, mają unikalną strukturę składającą się z naskórka, kory i rdzenia. Kora, odpowiedzialna za właściwości mechaniczne włókien, jest zbiorem wrzecionowatych zrogowaciałych komórek wrzecionowatych zrogowaciałych komórek połączonych lipidowo-białkową kanapką zwaną kompleksem błony komórkowej. kompleksem błony komórkowej. Każda komórka sama w sobie jest zbiorem makrowłókien o średnicy około 300 nm. o średnicy około 300 nm, które są parakrystalicznymi układami pośrednich włókien keratynowych osadzonych w bogatej w siarkę matrycy białkowej. Każda makrofibryla jest również połączona do swoich sąsiadów przez kompleks błony komórkowej. W tym badaniu połączyliśmy mikroskopii siłowej z obrazowaniem siły szczytowej w celu zbadania nanomechanicznych właściwości makrofibryli. nanomechanicznych właściwości makrofibryli prostopadłych do ich osi. Dla głębokości wcięć w zakresie od 200 do 500 nm zaobserwowaliśmy spadek dynamicznego modułu sprężystości przy 1 Hz wraz ze wzrostem głębokości. Dało to szacunkową wartość 1,6GPa dla modułu poprzecznego przy 1 Hz makrowłókien kolców jeżozwierza. Korzystając z tych samych danych, oszacowaliśmy również dynamiczny moduł sprężystości przy 1 Hz kompleksu błony komórkowej otaczającej każdą makrofibryłę, tj. 13GPa. Podobne oszacowanie uzyskano niezależnie za pomocą map sprężystości powierzchni makrofibryli uzyskanych w trybie siły szczytowej przy częstotliwości 1 kHz. Ponadto, makrofibrylarna makrofibrylarna komórek korowych została wyraźnie zidentyfikowana na mapach elastyczności, przy czym granice między makrofibrylami były o 40-50% sztywniejsze niż same makrofibryle. niż same makrofibryle. Mapy elastyczności po wgłębieniu ujawniły również lokalny wzrost dynamicznego modułu sprężystości w czasie wskazujący na indukowane relaksacją odkształcenia, które można wyjaśnić w kategoriach α-helisy do β-arkusza w obrębie makrofibryli. --- Dominujący model mechanicznej funkcji filamentów pośrednich w komórkach zakłada, że te filamenty o średnicy 10 nm tworzą sieci, które zachowują się jak entropijne żele. jako żele entropowe, przy czym poszczególne filamenty pośrednie nigdy nie doświadczają bezpośredniego obciążenia naprężeniem. Jednak ostatnie prace wykazały, że pojedyncze filamenty pośrednie i wiązki są niezwykle rozciągliwe i elastyczne in in vitro, a zatem dobrze nadają się do przenoszenia obciążeń rozciągających. Tutaj przetestowaliśmy hipotezę hipotezę, że sieć filamentów pośrednich w keratynocytach jest rozciągliwa i elastyczna, jak przewidują dostępne dane in vitro. W tym celu monitorowaliśmy morfologię sieci włókien pośrednich znakowanych fluorescencyjnie w hodowanych ludzkich keratynocytach, gdy poddawano je jednoosiowym naprężeniom komórek aż do 133%. Odkryliśmy, że keratynocyty nie tylko przetrwały te wysokie naprężenia, ale ich sieci włókien pośrednich uległy jedynie niewielkim uszkodzeniom przy naprężeniach komórek sięgających 100%. Mikroskopia elektronowa rozciągniętych komórek sugeruje że włókna pośrednie są prostowane przy dużych odkształceniach komórek, a zatem prawdopodobnie obciążone naprężeniem. Co więcej, zachowanie wyboczenia wiązek włókien pośrednich w komórkach po rozciągnięciu jest zgodne z pojawiającym się poglądem, że wyłaniającym się poglądem, że filamenty pośrednie są znacznie mniej sztywne niż dwa inne główne składniki cytoszkieletu F-aktyna i mikrotubule. Te spostrzeżenia dotyczące mechanicznego zachowania keratynocytów i sieci cytokeratyn zapewniają ważne informacje bazowe dla obecnych prób zrozumienia biofizycznych podstaw biofizycznych podstaw chorób genetycznych spowodowanych mutacjami w genach filamentów pośrednich. genach filamentów pośrednich. --- Przedstawiono nowy model struktury, funkcji i tworzenia keratyny warstwy rogowej naskórka. przedstawiony. Strukturalna i funkcjonalna część modelu, która dalej jest zwana "sześciennym modelem pakowania prętów", postuluje, że włókna pośrednie keratyny warstwy rogowej keratynowe włókna pośrednie są ułożone zgodnie z sześcienną symetrią z lub bez obecności wewnątrzkomórkowej błony lipidowej o symetrii sześciennej. lipidowej o sześciennej symetrii otaczającej każdy pojedynczy filament. Nowy model może wyjaśniać (i) wzór gęstości krioelektronowej natywnej macierzy keratynowej macierzy keratynowej korneocytów, (ii) wzory dyfrakcji rentgenowskiej, (iii) zachowanie pęcznienia i (iv) właściwości mechaniczne warstwy rogowej naskórka ssaków. rogowej naskórka ssaków. Część morfogenetyczna modelu, która dalej określana jest jako "modelem szablonowania błony", postuluje obecność w przestrzeni komórkowej wysoce dynamicznej struktury błony o małym parametrze sieci (<30 nm) i symetrii sześciennej. sześciennej symetrii, z którą związana jest keratyna. Proponuje ona ponadto, że szablonowanie błon, a nie spontaniczna samoorganizacja, jest odpowiedzialne za tworzenie i dynamikę włókien pośrednich keratyny. Nowy model może wyjaśnić (i) wzorce gęstości krioelektronowej natywnej przestrzeni cytoplazmatycznej keratynocytów przestrzeni cytoplazmatycznej, (ii) charakterystyczne cechy procesu tworzenia sieci keratynowej keratyny, (iii) dynamiczne właściwości filamentów pośrednich keratyny filamentów keratynowych, (iv) ścisłe powiązanie lipidów keratyny, (v) nierozpuszczalność w buforach niedenaturujących i wyraźny polimorfizm keratyny zmontowanej in in vitro oraz (vi) zmierzone zmniejszenie objętości komórek i poziomu nawodnienia między warstwą ziarnistą a warstwą rogową naskórka. Ponadto, przy użyciu mikroskopii elektronowej na natywnym, w pełni uwodnionym naskórku szklistym. naskórka wykazujemy, że wzór gęstości elektronowej keratyny subfilametous składa się, zarówno w korneocytach, jak i w żywych keratynocytach, z jednego osiowego subfilamentu otoczonego nieokreśloną liczbą peryferyjnych subfilamentów tworzących włókna o średnicy około 8 nm. --- Krytyczne stężenie wymagane do montażu filamentów in vitro z wysoce oczyszczonej desminy określono zarówno za pomocą testów zmętnienia, jak i wirowania. Montaż przeprowadzono w obecności 2 mM-Ca2+, 2 mM-Mg2+ lub 150 mM-Na+ w temperaturze 2, 22 i 37 stopni C. Podobne wartości stężenia krytycznego uzyskano w temperaturze 37 stopni C. i 37 stopniach C. Podobne wartości stężenia krytycznego uzyskano w obu testach. w obu testach. Wraz ze wzrostem temperatury stężenie krytyczne zmniejszało się dla każdego kationu. Stężenie krytyczne było najniższe w obecności Ca2+ w 2, 22 i 37 stopniach C, ale było najwyższe w obecności 150 mM-Na+ w temperaturze 2 stopni C. Barwienie negatywne wykazało, że supernatanty z testów wirowania zawierały protofilamenty, protofibryle i krótkie cząsteczki (mniej niż 300 nm), ale granulki zawierały długie włókna (większe niż 1 mikron) o średniej średnicy 10 nm. średnicy 10 nm. Wraz ze wzrostem temperatury, zarówno średnia średnica, jak i i średnia długość cząstek w supernatancie wzrastały. Analiza termodynamiczna wykazała, że podczas montażu desminy dominowały oddziaływania hydrofobowe, ale mogą być również zaangażowane oddziaływania jonowe. Nasze wyniki wykazały że specyficzne kationy i temperatura oraz interakcje temperatura-kationy są ważne w montażu filamentów pośrednich desminy. --- Filamenty pośrednie to filamenty o średnicy 10 nm, które stanowią istotny składnik cytoszkieletu u większości taksonów metazoicznych. Są one najbardziej znane z ich rola jako włóknistego składnika α-keratyn, takich jak skóra, włosy, paznokcie i rogów, ale są również obecne w żywych komórkach. Chociaż są one prawie wyłącznie wewnątrzkomórkowe w ich dystrybucji, w przypadku obronnego śluzu produkowanego przez morświny, są one wydzielane. Niniejszy artykuł przedstawia biomateriałów, które zwierzęta budują z filamentów pośrednich i skupi się na filamentów pośrednich i skupi się na mechanizmach, dzięki którym osiągane są właściwości mechaniczne tych materiałów. mechanicznych tych materiałów. Śluz jeleniowatych jest rozcieńczoną siecią uwodnionego śluzu i elastycznych włókien pośrednich. śluzu i zgodnych wiązek włókien pośrednich o ultramiękkich właściwościach materiałowych. właściwościach. W cytoplazmie żywych komórek sieci filamentów pośrednich tworzą miękkie żele. tworzą miękkie żele, których elastyczność wynika z mechanizmów entropowych. Pojedyncze filamenty pośrednie lub wiązki są również elastyczne, ale znacznie sztywniejsze, wykazując wartości modułu podobne do gumy. Twarde α-keratyny, takie jak wełna są jeszcze sztywniejsze, efekt ten jest prawdopodobnie osiągany poprzez odwodnienie pośrednich włókien w tych przydatkach naskórka. Zróżnicowane mechanizmy opisane tutaj zostały wykorzystane przez zwierzęta do wytworzenia materiałów o wartości sztywności, które obejmują imponujące jedenaście rzędów wielkości. --- Neurofilamenty (NF) są niezbędnymi filamentami cytoszkieletu, które nadają komórkom nerwowym mechaniczną integralność komórkom nerwowym. Są one zbudowane z trzech białek o różnej masie cząsteczkowej. białek, które wiążą się ze sobą, tworząc nitkowaty pręt o średnicy 10 nm z bocznymi przedłużeniami. Uważa się, że włókna boczne odgrywają kluczową rolę w modulowaniu odstępów między włóknami i kalibru aksonów. Jednak dokładny mechanizm mechanizm, za pomocą którego wypukłości NF regulują średnicę aksonów, pozostaje dobrze dobrze poznany. W szczególności, rola odgrywana przez poszczególne wypustki NF w w określaniu odległości między filamentami nie została jeszcze ustalona. Aby uzyskać wgląd w rolę poszczególnych białek, zbadaliśmy organizację strukturalną organizację architektury NF w różnych warunkach fosforylacji. W tym celu W tym celu opracowano fizycznie umotywowany, oparty na sekwencji, gruboziarnisty model szczotki NF został opracowany w oparciu o trójwymiarową architekturę NF. Model uwzględnia rozkład ładunku cząsteczek bocznych, w tym ładunki z miejsc fosforylacji miejsc fosforylacji odpowiadających motywom powtórzeń Lys-Ser-Pro. Model uwzględnia również uwzględnia prawidłowe szczepienie rzeczywistych cząsteczek bocznych NF w oparciu o stechiometrii trzech podjednostek. Struktura równowagowa szczotki NF jest następnie badana w różnych warunkach fosforylacji. Fosforylacja Fosforylacja NF modyfikuje organizację strukturalną sidearmów. Po fosforylacji, dramatyczna zmiana obejmująca transformację ze zwartego do wydłużonej konformacji występuje w ciężkim białku NF (NF-H) białko. Jednakże, pomimo rozległych miejsc fosforylacji obecnych w podjednostce NF-H, ogony średniej podjednostki NF są bardziej wydłużone niż boczne części NF-H. niż boczne części NF-H. Potwierdza to pogląd, że średnie wypukłości NF są są krytyczne w regulacji odstępów NF, a tym samym kalibru aksonów.
Jaka jest średnia średnica włókien pośrednich?
Włókna pośrednie mają średnią średnicę 10 nanometrów (nm).