مقاله موتورهای حرکتی در سلول

موتورهای حرکتی در سلول شامل سه نوع پروتئین می باشند:

1) کینیزین

2) داینئین

3) میوزین

دو تای اول مسیر حرکت روی میکروتوبول ها می باشد و میوزین مسیر حرکت آن روی میکروفیلامنت ها می باشد. میوزین و کینیزین خود انواع مختلفی دارد و به زیر شاخه هایی تقسیم بندی می شود.
* روی فیلامنت های حد واسط موتور حرکتی وجود ندارد.

وجه مشترک تمام موتورهای پروتئینی این می باشد که با صرف ATP حرکت می کنند تا محموله ها را در سراسر سلول جابه جا کنند.

تا قبل از کشف این سلول ها تصور می شد که سلولها نسبتا ثابت است اما امروزه می دانیم سلولها فوق العاده پویا می باشند که موتورهای حرکتی به آُسانی ترکیبات در درون سلول جابه جا می کنند.

بیشتر پروتئین های سنتز شده جدید در سلولها به طور فعالی روی فیلامنتهای اسکلتی جهت دار انتقال می یابد تا به مقصد مناسبش به وسیله موتور مولکولی برسد. پروتئین ها در اندامکهای غشایی یا کمپلکس های پروتئینی انتقال داده می شوند و mRNA ها در کمپلکس های پروتئینی بزرگ انتقال داده می شوند. انتقال سلولی جهت دار در سلولهای قطبی مثل نورونها و سلولهای اپی تلیال بیشترین معروفیت دارد و اساسی برای عملکرد و بقای سلولهای عصبی می باشد و بیشتر پروتئینهایی که در آکسون و انتهای عصب نیاز می باشد در جسم سلولی نورون ساخته می شود و از آنجا انتقال می یابد و در نتیجه نورونها یک سیستم مطالعه ای خوب برای انتقالات سلولی می باشند

1)میوزین ها: اولین میوزین کشف شده , میوزین II می باشد که از عضلات اسکلتی خارج شد و در انقباض عضلات نقش دارد. دانشمندان تا مدت ها فکر می کردند که این تنها میوزین در موجودات می باشد که بعدها گروه های مختلفی از میوزین کشف شد که دارای نقشهای مختلفی از جمله حرکت اندامک ها و ساختارهای دیگر اطراف سلول و مشارکت در مهاجرت سلولی دارند.

تمام میوزین ها می توانند با هیدرولیز ATP و آزاد سازی انرژی آن را به کار مکانیکی تبدیل کنند اما میوزین ها کار مکانیکی برای هدف های مختلفی انجام می دهند, بعضی برای انقباض عضلات اسکلتی, برخی برای انتقال محموله های فیزیکی و... که تمام میوزین ها جز میوزین VI. در جهت + میکروفیلامنت ها حرکت می کند.

ساختار میوزین ها:

بیشتر در مورد میوزین II مطالعه شده است. هر میوزین از 4 زنجیره سبک و 2 زنجیره سنگین تشکیل شده است که دو زنجیره سبک به ناحیه گردن هر زنجیره سنگین متصل شده اند و دومین های سر و گردن و دم را ایجاد می کنند. زنجیره های سبک در پایه دومین سر( اطراف ناحیه گردن آلفا هلیکسی) , گردن را مثل گیره C می پوشانند. (شکل)

اگرهر میوزین را با پروتئاز کیمیوتریپسین تیمار کنیم دو قطعه مرو میوزین سنگین (HMM) و مرو میوزین سبک (LMM) حاصل می شود که با تیمار دوباره HMM با پروتئاز پاپائین دو قطعه S₁ و S₂ حاصل می شود که نقش ATPase مربوط به قطعه ی S1 می باشد که در حضور اکتین فعالیت به طور قابل توجهی افزایش می یابد که به آن فعالیت ATPase فعال شده توسط اکتین گفته می شود که مشخصه همه میوزین ها می باشد.

این قطعه S1 دومین سر و گردن را تشکیل می دهد و قطعه S₂ دومین دم را تشکیل می دهد که فنری فنری شده تشکیل دیمر می دهد.( شکل 902 ) تمام میوزین ها دارای دومین دمی شبه دومین S₁ میوزین II می باشند که این دمین مسئول فعالیت حرکت می باشد و دومین دم در حرکت نقشی ندارد اما در تعیین این که چه چیزی توسط دومین S₁ جابه جا شود نقش دارد در نتیجه این دومین ها به منظور اتصال محموله های مختلف متنوع می باشند.

انیمیشن آزمایش که نشان می دهد تنها سر میوزین برای حرکت اکتین کافی می باشد.

میوزین های دیگر: در یوکاریوت ها حدود 20 گروه میوزین وجود دارد که در انسان توسط 40 ژن کد می شود.

اگرچه تمام میوزین ها, تقریبا توالی آمینواسیدی مشابه در دومین سری خود دارند اما تفاوت اندک هم رو عمکرد تاثیر می گذارد که باعث تقیسم بندی آنها به 20 گروه شده است که هر گروه برای یک وظیفه مشخص ایجاد شده است. نکته جالب توجه این است که وقتی دومین ها دمی هم تعیین توالی می کنیم, مشاهده می کنیم مانند دومین های حرکتی( سر) در گروه مشابهی قرار می گیرند که نشان دهنده این می باشد که دومین های حرکتی با دومین های سری همزمان تکامل یافته اند. ( شکل)

میوزین VI. که در جهت منفی حرکت می کند , معمولا کار انتقال ویزیکول اندوسیتوزی را انجام می دهد ( قسمت + رشته اکتین به سمت غشا و قسمت – آن به سمت مرکز سلول می باشد) شکل

میوزین II تنها میوزینی که به شکل رشته های دوقطبی آرایش یافته که برای وظیفه انقباض لازم می باشد. تنها این گروه وظیفه انقباض دارند و که در عضلات مختلف مثل اسکلتی , قلبی و انواع مختلف صاف به اضافه سلولهای غیر عضلانی وجود دارد. ساختار آن در بالا توضیح داده شد شکل

میوزین I دارای تعداد متنوعی از زنجیره های سبک می باشد و تنها گروهی که زنجیره های سنگین از طریق دومین های دمی خودشان متصل نشده اند و بنابراین تکسری هستند این میوزین ها در شکل فیلوژنیکی هم دیدیم تنوع زیادی دارند و در نتیجه دارای وظایف زیادی می باشند که هنوز کشف نشده است.

میوزین V در این میوزین هم دو زنجیره سنگین وجود دارد که با هم دیمر می شوند. در ناحیه گردن هر زنجیره , شش زنجیره سبک قرار گرفته است. این میوزین در انتهای دم خود یک دومین دیگری دارد که برای اتصال به محموله تخصص یافته است.

این میوزین های بالا معمولا در قارچها و جانوران بسیار مطالعه شده است و بقیه میوزین ها تقریبا ناشناخته است.

حرکت میوزین ها:

تمام میوزین ها مکانیسم مشابهی برای حرکت دارند, چه دم میوزین به رشته ضخیم در عضله وصل باشد یا به یک ویزیکول.

یک مدل برای حرکت میوزین ها پیشنهاد شده است که طبق این مدل , به ازای هر هیدرولیز ATP توسط سر S₁ میوزین یک گام به جلو بر می دارد. اما چگونه انرژی حاصل از این هیدرولیز را به کار مکانیکی تبدیل می کند؟

وقتی ATP نیست, میوزین به اکتین به طور محکم وصل می شود, زمانی که ATP به سر میوزین وصل شود, تمایل آن برای اتصال به اکتین کم می شود و از اکتین آزاد می شود, سپس ATP هیدرولیز می کند, که این انرژی آزاد شده با تغییر کنفورماسیونی سر نسبت به گردن می شود و دومین سر نسبت به گردن چرخش انجام می دهد که وضعیت کج شده موسوم می باشد. در عدم حضور F- اکتین آزاد شدن P_i خیلی آهسته می باشد اما با حضور اکتین سر میوزین به اکتین متصل می شود و باعث القای آزاد سازی Pi می شود که به دنبال سر می چرخد تا به وضعیت اولیه خود برسد و در نتیجه باعث حرکت رشته اکتین نسبت به دمین گردنی می شود, سر به صورت متصل به اکتین باقی می ماند تا زمانی که ADP جدا شود و ATP جدید به آن متصل شودو چرخه دوباره تکرار شود.
نکته: اتصال اکتین به سر میوزین هم باعث آزاد شدن P_i می شود و هم باعث القا حرکت سر می شود که به این مرحله ضربه قوی هم گفته می شود. باعث می شود رشته اکتین حدود چند نانومتر حرکت کند.( شکل)

اندازه یک گام میوزین با طول دمین گردن (بازوی اهرمی که دمین سر روی آن می چرخد) رابطه مستقیم دارد هر چه طول دمین بیشتر باشد سرعت حرکت بیشتر است( شکل)

نکته:میوزین II به طور مداوم با اکتین واکنش نمی دهد, بلکه به آن متصل می شود و از آن جدا می شود که متناسب با این است که صد ها سر میوزین به اکتین در عضله اسکلتی متصل است. اما میوزین V بدون رهایش از اکتین گام های پشت سر هم بر می دارد که یک حرکت پیشرونده ایجاد می کند, این عمل با کاهش سرعت رهایش ADP اجرا می شود و باعث می شود این میوزین به طور پیوسته محموله های ویزیکولی جابه جا کند.( میوزین V دارای دو سر می باشد که همواره یکی از سرها به اکتین متصل می باشد و از آن جدا نمی شود.) همچنین سرعت حرکت میوزین V( اندازه گام) به دلیل ناحیه گردنی بلندتر از میوزین II بیشتر می باشد.

چگونگی حرکت دو سر میوزین V روی اکتین:

1) مدل دست به دست: اندازه هر گام سر میوزین 72 نانومتر

2) مدل کرم خاکی: اندازه هر گام سر میوزین 32 نانومتر , سر جلوی یک گام بر میدارد و بعد سر عقبی پشت سرش کشیده می شود.

اما میوزین V از مدل دست به دست استفاده می کند, و اندازه هر گام که بر می دارد معادل با یک تکرار مارپیچ رشته اکتین می باشد که ممکن است در طی تکامل برای اتصال پیوسته به اکتین, این مدل را برگزیده است تا محموله ها را به مقصد برساند.

کاربرد میوزین ها:

میوزین II که چرخه وظیفه ای کوتاه دارد در عضله اسکلتی و سایر ماشین انقباضی مثل عضله صاف, فیبرهای استرسی و در حلقه انقباضی سیتوکننز برای تقسیم سلول نقش دارند.(شکل)

عضلات اسکلتی از سلولهای چند هسته ای تشکیل شده اند که دارای میوفیبریل هایی می باشد که از ساختارهای سارکومر تشکیل شده است هر سارکومر حاوی رشته ضخیم میوزین II و رشته های نازک اکتین می باشد که از طرف + خود صفحه Z متصل شده اند. رشته میوزین که به دو صورت دو قطبی قرار گرفته است به از هر دو طرف به سمت جهت + ( یعنی صفحه Z) حرکت می کند و موجب می شود تا سارکومر منقبض شود که در مجموع کل سلول ماهیچه و ماهیچه منقبض شود.

نکته: صدها سر میوزین با هر اکتین ارتباط دارد که در مجموع با هم باعث انقباض می شوند. به همین دلیل است میوزین ها چرخه وظیفه ی کوتاه و حرکت غیرپیشرونده دارند.

انقباض عضله اسکلتی توسط کلسیم تنظیم می شود:
پروتئین تروپومیوزین(TM) یک مولکول طنابی شکل که بخش جانبی رشته اکتین متصل است که در حالت استراحت مانع اتصال میوزین به اکتین می شود . به همراه هر تروپومیوزین , تروپونین (TN) وجود دارد که از سه زیر واحد TN-I, TN-T, TN-C تشکیل شده است. تروپونین C زیر واحد متصل شونده به کلسیم می باشد. سلولهای عصبی دارای شبکه سارکوپلاسمیک هستند که در آن کلسیم به مقدار زیادی ذخیره شده است, با رسیدن پیام عصبی, کلسیم خارج می شود و به تروپونین C متصل می شود که موجب شود TM تغییر کنفورماسیون بدهد و در نتیجه جایگاه اتصال میوزین در دسترس آن قرار بگیرد.( شکل)

در عضله صاف رشته های اکتین و میوزین برای انقباض وجود دارد, تنظیم انقباض عضله صاف توسط فسفریلاسیون زنجیره سبک تنظیمی ((LC که به ناحیه گردن میوزین متصل است صورت می گیرد. آنزیم LCکیناز که توسط کالمودلین/کلسیم فعال می شود, زنجیره سبک را فسفریله می کند در نتیجه چرخه میوزین ATPase فعال می شود. چون در این تنظیم رشته ضخیم میوزین درگیر می باشد تنظیم رشته ضخیم می گویند( شکل)

میوزین V: که حرکت پیشرونده دارد باعث حمل محموله هایی بر روی رشته اکتین می شود اگرچه نقش آن ها کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است اما نقص در این موتور موجب بیماری های تشنج می شود.

در مخمر این موتور پروتئینی در جوانه زدن نقش دارد و محصولات جدید سنتز شده را به سمت جوانه می برد.( شکل)همچنین در مرحله ی آخر چرخه سلولی , تمام اندامک های مادری باید بین سلولهای دختری توزیع شود که این موتور در جدا شدن بسیاری اندامک ها مثل, پراکسیزوم, لیزوزومها و شبکه اندوپلاسمی و شبکه ترانس گلژی و حتی میکروتوبول و بعضی RNAها به محل جوانه زنی انجام میدهد.

نکته: این میوزین جابه جایی در فواصل کوتاه روی اکتین انجام می دهد و سلولهای جانوری که فواصل بیشتر است جابه جایی بر روی میکروتوبول توسط موتورهای پروتئینی دیگری صورت می گیرد که در ادامه توضیح داده می شود.

داینئین و کینزین موتورهای میکروتوبولی: این موتورها رو میکروتوبول با انرژی حاصل از هیدرولیز ATP حرکت می کنند . این موتورها در آکسونها اندامک ها را در هر دوجهت جابه جا می کنند. یک نورون باید پروتئینها و غشایی که طی فرآیند اگزوسیتوز برای میانجی های عصبی از دست رفته است جبران کند. اما این پروتئین ها و غشاها در جسم سلولی ساخته می شوند در نتیجه باید به انتهای آکسون که گاهی به طول یک متر می رسد جابه جا شود. این حرکت بر روی میکروتوبولهایی سرعت می گیرد که انتهای مثبت آن در طرف پایانه آکسونی می باشد. اما علاوه بر انتقال آکسونی رو به جلو( Anterograde), که باعث رشد آکسونی می شود, یک انتقال آکسونی رو به عقب (Retrograde) هم داریم که مواد قدیمی و فرسوده را از پایانه های آکسونی به سمت جسم سلولی می اورد تا در لیزوزوم تجزیه شود.( شکل)

2)داینئین: این موتور پروتئینی محموله ها را در جهت منفی میکروتوبول حرکت می دهد یعنی مسئول انتقال برگشتی اندامک ها می باشد و برخلاف میوزین و کینیزین که بعدا معرفی می شود, این خانواده پروتئینی زیاد متنوع نمی باشد.

ساختار داینئین: این موتور از دو زیر واحد بزرگ, دو زیر واحد متوسط و دو زیر واحد کوچک تشکیل شده است. داینئین یک مولکول دو سر می باشد که دو زنجیره سنگین تقریبا یکسان ساخته شده است. هر زنجیره سنگین شامل یک تنه و یک دمین سر کروی می باشد که دارای فعالیت ATPase بوده که از تنه خارج شده است این دمین سر از موتیف گلبرگی شکل تشکیل شده است, از این دمین یک دومین مارپیچی خارج می شود که در انتهای خود دارای جایگاه اتصال به میکروتوبول می باشد

حرکت داینئین ناشی از حرکت چرخشی دمین سر کروی می باشد, بر خلاف کینزین-1 این موتور قادر به انتقال مواد به تنهایی نمی باشد و نیاز به یک کمپلکس پروتئینی بزرگ بنام دایناکتین دارد که اتصال داینئین را به محموله باعث می شود و هم فعالیت آن را تنظیم می کند.

دایناکتین دارای 11 زیر واحد هست که به صورت دو دمین ظاهر می شود: دمین اول: هشت نسخه از پروتئین ARP1 هست و ساختار اکتین مانند داشته و به شکل یک فیلامنت کوتاه می باشد که شبیه انتهای مثبت فیلامنت می باشد و با کلاهکی پوشیده شده است. این دمین به محموله متصل می شود. دمین دوم: از یک پروتئین طویل به نام P!50^Gluad تشکیل شده است که در یک انتها دارای اتصال به داینئین بوده و در انتهای دیگر دارای اتصال به میکروتوبول می باشد.

پروتئینی که این دو دمین را در کنار هم نگه می دارد داینامیتین می باشد که زمانی که بیانش زیاد باشد دو دمین از هم جدا می کند و باعث غیر فعال شدن آن می شود( به همین دلیل داینامیتین نام دارد)

کینیزین ها:

از موتورهای پروتئینی می باشد که خانواده بزرگی را تشکیل می دهند kiniesin superfamily protein (KIF).

انتقالات سلولی پایه و اساس عملکرد, بقا و مورفولوژی سلولی می باشد که KIF ها موتورهای مولکولی مهمی می باشد که مستقیما بارهای متنوعی شامل اندامک های غشادار و کپلکس های پروتئینی و mRNA انتقال می دهند و در جابه جایی کروموزومها و لغزش میکروتوبولها روی هم و حتی دپلیمرازیسیون میکروتوبول ها نقش دارد. کینزین های متفاوت بارها را می شناسند و به صورت اختصاصی به آن متصل می شوند و در جهت مشخصی آنرا هدایت می کنند و در مکان و زمان مشخص بارها unload می کنند . این موتورها همچنین در تنظیم فرآیندهای فیزیولوژیکی مثل عملکرد مغزی بالاتر, بازذارنده تومور, تعیین چپ و راست بدن نقش دارند.

بر پایه مشاهدات میکروسکوپ الکترونی, 5 خانواده اصلی کینزین ابتدا در مغز موش یافت شدند و تصور می شود که 45 ژن KIF در پستانداران وجود دارد اما بسیاری از پروتئین های KIFبه صورت ایزوفرم وجود دارند که نتیجه ی alternative splicing می باشد. (شکل)
دمین اصلی که در همه کینیزین ها وجود دارد شامل دمین Motor که به شدت حفاظت شده است(شکل) دمین موتور نیرویی به وسیله هیدرولیز ATPایجاد می کند .دمین های Tail یا Stalk( Coiled coil) که منحصر به فرد می باشد و برای دیمر شدن کینیزین ها یا اتصال کینیزین به محموله اختصاصی استفاده شده است.( کنیزین ها به صورت مونومر یا دیمر عمل می کنند)

کینیزین ها شامل 15 خانواده پروتئینی می باشد که از کینیزین 1 تا 14B نام گرفته اند . این 15 خانواده بسته به جایگاه دمین های موتوری در مولکول به سه گروه تقسیم بندی می شوند:

N کینیزین که دمین موتوری آن در انتهای آمینی قرار دارد, و کار آن این هست که محموله ها را در جهت مثبت میکروتوبول حرکت بدهد مثل KIF1B آلفا و بتا.

C کینیزین که دمین موتوری آن در انتهای کربوکسیلی قرار دارد, و کار آن این هست که محموله ها در جهت منفی میکروتوبول جابه جا کند مثل KIFC2, KIFC3( مثل داینئین ها).

M کینیزین که دمین موتوری آن در وسط قرار دارد و کار آن این هست که میکروتوبول ها را دپلی مریزه کند مثل KIF2A.

جدول 1 و شکل

بیشتر کینیزینها از پروتئین های آداپتور یا اسکافولد برای متصل شدن به ویزیکول های محموله استفاده می کنند اما گاهی آنها به صورت مستقیم وصل می شوند. ارتباط موتور با محموله در سطح بالایی از اختصاصیت انجام می شود.

کینیزین ها در انتقالات آکسونی نقش به سزایی دارند و اندامک های غشایی گوناگون مثل پیشساز ویزیکولهای سیناپسی و کمپلکس های پروتئینی به صورت دو جهته در طی میکروتوبول جابه جا می کند تا عملکردهای عصبی از قبیل طویل سازی و قطبیت عصبی را کنترل کند. در آکسونها که انتهای مثبت میکروتوبول به انتهای آکسون و انتهای منفی میکروتوبول به جسم سلولی اشاره دارد دارای دو نوع انتقال می باشند:

1) Antegrograde: به وسیله ی عمدتا N کینیزین ها نیروبخشی می شود که منعکس کننده حرکت در جهت مثبت می باشد (حرکت به سمت سیناپس)

2) Retrograde: عمدتا به وسیله ی داینئین های سیتوپلاسمی نیروبخشی می شود و بعضی از C کینیزین ها نیز کمک می کنند که بازتاب حرکت میکروتوبول در جهت منفی می باشد.(حرکت به سمت جسم سلولی)

در آکسون ها:

انتقال پروتئین های سیناپسی: کینیزینها به صورت اختصاصی توسط آداپتورهای اختصاصی یا مستقیم به ویزیکولهایی که حاوی پروتئین های سیناپسی مختلفی می باشد متصل می شوند .

کمپلکس موتورKIF5 وجود دارد که از دو کنیزین خانواده یک تشکیل شده است که بعنوان Kineisin heavy chain(KHC) معروفند و گاهی KLC(kineisin light chain) به دمین های tail این دو موتور وصل میشود. KLC از آداپتورهای محموله می باشد که به این دو موتور وصل می شود و ساختار تترامری ایجاد می کند.

مثلا موتورهای KIF5 پیش ویزیکولهای سیناپسی جابه جا می کند که شامل synaptotagmin و synaptobreum می باشد یا بعضی اندامکهای غشایی که حاوی پروتئین های غشای پلاسمایی سیناپسی هست را جابه جا می کند.

جابه جایی میتوکندری : میتوکندری های به طور فعالی در آکسون جابه جا می شوند برای این که در طول آکسون توزیع شوند. موتور KIF5 و KIF1B α معمولا در این جابه جایی ها نقش دارند. روی میتوکندری ها, پروتئین های متصل شونده به KIF1B α وجود دارد (KBP) که حذف آن منجر به تجمع میتوکندری ها می شود.

KIF5 توسط بعضی آداپتورها مثل syntabulin میتوکندری ها جابه جا می کند.

انتقال برای ایجاد قطبیت در نورون: نورون ها سلولهای شدیدا قطبی می باشند . میکروتوبولها در آکسون قطبیت دارند ( جهت مثبت در انتهای آن و جهت منفی در جسم سلولی) در حالی در دندریت ها به صورت درهم می باشند.مطالعات اخیر نشان داده که دومین های موتوری کینیزین مثل KIF5, به طور اختصاصی میکروتوبولها را در آکسون می شناسد و جا به جایی ها برای نمو یک آکسون انجام می دهد. یعنی اتصال دمین موتور KIF5 با میکروتوبول ویژه یک تعیین کننده مهم برای انتقال جهت دارد و قطبیت سلول عصبی می باشد.

موتور KIF5 علاوه بر محموله های بالا , به محموله های دیگری نیز متصل می شود. این موتور از طریق دو ناحیه متفاوت به محموله ها وصل می شود. 1)دومین STALK که به KLC^* متصل می شود و KLC به محموله معین وصل می شود. 2)دمین TAIL که مستقیما به محموله وصل می شود.(شکل) موتورهای KIF5 معمولا در انتقالات سریع نقش دارند اما بعضی از آنها در انتقالات آهسته نیز شرکت دارند اما این که چه فاکتورهایی اجازه می دهد انتقالات آرام را هدایت کند مشخص نیست. KIF5 از دوبرابر شدن ژن به سه زیر شاخه A, B, C تقسیم می شود که هر چند B در همه جا بیان می شود اما A, C ویژه سلولهای نورونی می باشد.

KLC* یک آداپتور هست که دارای دومین TPR که می تواند به محموله هایی مثل JNK( jun n terminal kinase) یا mRNP وصل شود. شکل

کینیزین هدایت کننده نقل و انتقالات در دندریت: جهت میکروتوبول ها در دندریت ها درهم می باشد به همین دلیل نقش کینیزین در دندریت ها کمتر شناخته شده است. اما بعضی موتورها مثل KIF5 و KIF17 در جسم سلولی و دندریت ها متمرکز است و در انتقالات نقش دارد مثلا کنیزین KIF5 در اینجا mRNP.که شامل mRNA و حداقل 40 پروتئین می باشد جابه جا میکند.موتور KIFC2 خانواده کینیزین 14B به طور فراوانی در مغز بزرگسالان بیان می شود ودر جسم سلولی و دندریت متمرکز شده است و Multivesicular body organelles در دندریت ها جابه جا می کند.

کینیزین ها در سلول های غیر عصبی هم جابه جایی هایی انجام می دهند مثل محموله هایی از گلژی به شبکه آندوپلاسمی و برعکس و از شبکه ترانس گلژی به غشای پلاسمایی جابه جا می کند . همچنین در جابه جایی لیزوزوم ها و اندروزوم ها و ملانوزوم ها نیز نقش دارد. کینیزینها همچین انتقالات داخل فرایندهای اختصاصی معروف به طور مثال مژه و تاژک را تنظیم می کند.

*داینئین ها نیز در انتقال رو به جلو از شبکه آندوپلاسمی به سمت گلژی (انتهای منفی میکروتوبول) در مرکز سلول نقش دارند.

جدول را به صورت خلاصه نقش کینیزین های مختلف در انتقالات گفته که همین طور که مشاهده می شود KIF5 به فرمهای متفاوت در انتقالات متفاوت نقش دارد.

تنظیم Unload شدن محموله از کینیزین ها:

برای شکل و مورفولوژی سلول, محموله نیاز دارد به مقصدش به وسیله کنیزین ویژه انتقال داده شود و از کینیزین ها در زمان و مکان مناسب unload شود. جدا شدن کینیزین ها شاید با مکانیسم خود بازدارندگی غیر فعال شود

1) تنظیم با فسفریلاسیون: کنیزین که پروتئین فسفری می باشد و با فسفریلاسیون عملکرد آن تنظیم می شود.دو مکانیسم برای تنظیم وابسته به فسفریلاسیون وجود دارد:

A) فسفریلاسیون شاید اتصال یا جدا شدن به محموله را کنترل کند (KIF5-KLC فسفریله شود اتصال به محموله صورت نمی گیرد)

B) ممکن است تنظیم اتصال به میکروتوبول را انجام دهد JNK با فسفریله کردن KIF5 اتصال به میکروتوبول را سست می کند.

2) تنظیم به وسیله Rab GTPase: اعضای Rab یک GTPase که محل دهی اندامک را د رحالت وابسته به GTP-GDP کنترل میکند. Rab در فرم GTP به موتور وصل می شود و در حالت GDP از آن آزاد می شود و رها شدن محموله رو کنترل می کند حالت GTP یا GDP توسط GAPs و GEFs تنظیم می شود

3) تنظیم با سیگنال کلسیم: میتوکندری در سلول عصبی و دیگر سلولها با KIF5 و KIF1Ba به صورت دو جهته منتقل می شود. میتوکندری در ناحیه که انرژی بالا می خواهد متمرکز می شود مثل فضای پیش سیناپسی و پس سیناپسی که و هجوم بالای کلسیم در این ناحیه اتفاق می افتد. به طور عمده از حرکت میتوکندری متوقف می کند. اخیرا آداپتوری بنام MIR و MILTON کشف شده است که بین KIF5 و میتوکندری می باشد و حرکت میتوکندری را به صورت وابسته به کلسیم تنظیم می کند. MIR به دمین موتور کینیزین در غظت بالای کلسیم وصل می شود و از حرکت جلوگیری می کند یا اتصال کلسیم به MIR مانع اتصال به KIF5 می شود و میتوکندری وصل نمی شود( شکل) در واقع در پاسخ به غلظت بالای کلسیم از حرکت جلوگیری می کند.

کینازها خود توسط مسیرهای سیگنالی بالادستی تنظیم می شوند این که کدوم مسیرها آنها را تنظیم می کند تا موجب فسفریلاسیون و غیر لود کردن بار شود نا مبهم است یا چه سیگنالی GAP و GEF را تنظیم می کند.

ارتباط فیزیولوژیکی کینیزین ها:

حذف ژنهای KIF فنوتیپ های غیر قابل انتظاری ایجاد می کند که نقش ضروری برای کینیزین در فیزیولوژی نشان می دهد بلکه به مولکولهای Signal transduction وصل می شود تا عملکرد آنها را به طور فعالی تنظیم کند.

1) تعیین چپ و راست بدن: با حذف ژن KIF5 , باعث مرگ موش در میانه بارداری شد و چپ و راست بدن به صورت تصادفی بود. در واقع سطح بیان ژنهای تنظیمی اصلی طرف چپب مختل شد

2) به عنوان بازدارندگی تومورزایی: KIF3 ویزیکولهایی که شامل کادهرین و کاتنین می باشد به سمت غشای پلاسمایی می برد. این دو در استحکام اتصالات سلولی نقش دارند و در صورت عدم انتقال موجب سرطان می شوند. حذف KIF3 موجب تومورزایی می شود چون فعالیت کاتنین و کادهرین به جایگاه آن بستگی دارد که توسط این موتور تنظیم می شود.

3) موتورهای KIF5 و KIF17 در عملکردهای مغزی بالاتر نقش دارند. در موشهایی که KIF5 در آنها زیاد بیان شد بهبودی قابل توجهی در کار کردن حافظ spatial داشتند. این موتورها به وسیله تنظیماتی که انجام می دهند و بیان بعضی ژنها را زیاد می کنند تاثیر به سزایی در افزایش یادگیری و حافظه دارند.

معرفی چند کینیزین دیگر با ساختار :

کینیزین 1 و کینیزین 2 که ساختار مشابهی دارند اما کنیزین 2 هترودیمر می باشد و هر دو انتقال اندامک ها نقش دارند. کینیزین 5 یک کنیزین دو قطبی می باشد که میکروتوبولها رو هم می لغزاند و کنیزین 13 دومین موتوری آن فاقد فعالیت حرکتی می باشد اما انتهای میکروتوبول ناپایدار می کند.

چگونگی حرکت کینیزین 1:

در ابتدا هر دو سر به ADP متصل هست و از میکروتوبول جدا می باشد. اتصال یکی از سرها باعث جدا شدن ADP می شود و سر بدون نوکلئوتید محکم به میکروتوبول می چسبد و سپس به ATP متصل می شود که باعث القای تغییر کنفورماسیونی شده و سبب می شود, ناحیه رابط به جلو حرکت کند و در دومین سری قلاب شود و سر عقبی به جلو پرتاپ کند. حال این سر محکم به میکروتوبول می چسبد و ADP آزاد می شود و سر عقبی ATP را هیدرولیز می کند . و با آزاد کردن فسفات , سر عقبی از میکروتوبول جدا می شود و چرخه دوباره تکرارمی شود

چند کار دیگر کینیزین و داینئین غیر از انتقالات درون سلولی :

خم شدن تاژک و مژک: داینئین که روی میکروتوبول A هست, توبول B جفت مجاور به سمت خودش می کشد و چون این توبول به نکسین وصل هست, حرکت نمی کند و نیروی ایجادی باعث خمش تاژک یا مژک می شود.

گردهمایی کرومووزوم در مرحله پرو متافاز میتوز: در اولین مرحله پرومتافازکروموزوم ها به انتهای یک میکروتوبول 1A یا به کناره یک میکروتوبول 1B متصل می شود و سپس کروموزومهای مضاعف شده به وسیله مونوداینئین/دایناکتین متصل به کینه توکور که به سمت انتهای منفی یک میکروتوبول حرکت می کند و به سمت قطب های دوک تقسیم کشیده می شود 2. سرانجام یک میکروتوبول از قطب مخالف پدیدار شده و به کینه توکور آزاد اتصال می یابد و این کروموزوم اکنون کروموزوم دو جهته گفته می شود 3. سپس کروموزوم دو جهته طی فرآیندی تحتم عنوان گردهمایی کروموزومی به سمت یک نقطه مرکزی بین قطبین دوک تقسیم حرکت می کند.

*کروموزوم در جهت مخالف نزدیک ترین قطب تقسیم جهت گیری می کند که به علت حضور موتورهای کروموکینیزین/کینیزین-4 موجود بر روی بازوهای کروموزومی می باشد که انتهای مثبت میکروتوبول قطبی حرکت می کند

گردهمایی کروموزوم نیازمند ارتعاشات دو طرفه کروموزوم ها می باشد که در آن مجموعه ای از میکروتوبولهای یک کینه توکور در یک جهت در حال کوتاه شدن هستند و دسته دیگر از آنها درجهت مخالف در حال طویل شدن هستند. در سمتی که در حال کوتاه شدن می باشد, یک پروتئین کینیزین 13 سبب تخریب و کوتاه شدن میکروتوبول ها شده و یک کمپلکس داینئین/دایناکتین این کروموزوم را به سمت قطب حرکت می دهد. در سمتی که میکروتوبول در حال طویل شدن می باشد, یک پروتئین CENP-E/کنیزین7 بر روی میکروتوبول در حال رشد قرار دارد.

حرکت کروموزومی و جدا شدن دوک تقسیم در آنافاز: در آنافاز A پروتئین های کوتاه کننده میکروتوبول تحت عنوان کینیزین 13 در کینه توکور و قطب دوک تقسیم قرار دارد کروموزوم را حرکت می دهد. در آنافاز B شامل لغزیدن میکروتوبولهای قطبی ناهمسو که به وسیله موتور کنیزین5 که در جهت مثبت میکرتوبولها حرکت می کند و کمپلکس داینئین/دایناکتین که در کورتکس سلولی قرار گرفته و سبب کشش میکروتوبولهای ستاره می شود

برچسب‌ها: موتورهای حرکتی در سلول شامل سه نوع پروتئین می باشن

کافی نت سهنديه جمعه بیست و چهارم آذر ۱۳۹۱ ادامه مطلب

آخرین مطالب ارسالی

مقاله موتورهای حرکتی در سلول