Filamento intermedio

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Polimerizzazione dei filamenti intermedi

I filamenti intermedi sono strutture intracellulari costituite da una classe eterogenea di proteine; sono complessi solidi, non polari, formati da subunità lineari ad α elica polimerizzate in un cordone fibrillare con un diametro apparente di 8-15 nm. I filamenti intermedi costituiscono assieme ai microfilamenti e ai microtubuli il citoscheletro La loro funzione principale è quella di consolidamento e di rinforzo e per tenere bloccati alcuni organuli, come il nucleo. Inoltre assicurano elasticità e resistenza alla rottura durante lo stress da trazione.

Storia[modifica | modifica sorgente]

I filamenti intermedi sono stati i primi componenti citoscheletrici ad essere identificati, agli inizi del XX secolo tramite varie fonti. Le prime fibre ad essere morfologicamente distinte furono le neurofibrille negli assoni di calamaro gigante, ma fu nel 1932 che William Astbury, mediante i primi esperimenti sulla diffrazione dei raggi X, a scoprire e pubblicare i primi dati sulla struttura periodica della cheratina. Negli anni sessanta, grazie alla scoperta del microscopio elettronico e nuovi metodi di fissaggio, vennero per la prima volta visti i filamenti citoscheletrici in diversi tessuti, ma senza riuscire a distinguere differenze chimiche, funzionali e strutturali fra le tre tipologie fibrillari citoscheletriche.

Nel 1968 Ishikawa, Bishoffand e Holtzer identificarono nel tessuto muscolare scheletrico di embrione di pollo una serie di fibre di dimensioni intermedie fra i filamenti actinici e miosinici, e li definirono Intermediate-sized Filaments. Negli anni settanta l'attenzione venne focalizzata sulla differenza fra le varie proteine che costituiscono la classe dei filamenti intermedi. Le prime proteine ad essere identificate furono le GFAP, seguite dalla vimentina, neurofilamenti, desmina e cheratina. Nel 1986 Jean-Pierre Julien esegui le prime analisi genetiche.

Struttura[modifica | modifica sorgente]

Monomero, dimero e tetramero di una proteina campione

I filamenti intermedi sono costituiti da monomeri polipeptidici lineari, lunghi mediamente 48 nm, dotati di una testa amminoterminale, un dominio a bacchetta ad α elica e una coda carbossiditerminale.

Il dominio centrale è un polipeptide piuttosto conservato in tutte le proteine della classe, formato da una sequenza di sette amminoacidi ripetuta per tutta la regione; tale catena prende il nome di eptade e agisce come mediatore delle interazioni laterali favorendo l'assemblamento coiled-coil. I due terminali sono globulari, e variano in dimensione e composizione nelle diverse famiglie; mediano i rapporti e le interazioni con altri componenti. In particolare, l'N-terminale è in grado di legarsi al DNA e, nel caso della vimentina, di alterare la struttura nucleare e la distribuzione cromatinica

Polimerizzazione[modifica | modifica sorgente]

I monomeri si polimerizzano in dimeri coiled-coil paralleli, i quali si accoppiano in modo antiparallelo e sfalsato in tetrameri, la subunità stabile dei filamenti intermedi; tale accoppiamento fa sì che il tetramero termini con due domini amminici, rendendo il polipeptide non polare. I tetrameri liberi si compattano, quindi si allineano ed affiancano con disposizione ad elica in un filamento cavo formato da otto file di tetrameri affiancati. L'assemblamento avviene spontaneamente nell'ambiente citoplasmatico, ma può essere regolato da vari fattori. Il più importante è la fosforilazione di residui di serina degli amminoterminali, il quale provoca disassemblaggio.

Funzione[modifica | modifica sorgente]

Disposizione schematica dei F.I. in una cellula campione

I filamenti intermedi hanno ruolo strutturale di resistenza trazionale e di stabilità meccanica. Contribuiscono all'adesione cellulare tramite desmosomi e emidesmosomi, ed interagiscono con microtubuli e microfilamenti al consolidamento del citoscheletro. Sono inoltre partecipi dell'ampliamento della complessità che caratterizza il citoscheletro.

Distribuzione[modifica | modifica sorgente]

I filamenti intermedi si espandono nel citoscheletro con un esteso reticolato che parte dalla periferia dove interagisce e collega le macule aderenti; inoltre una fitta maglia di filamenti intermedi specializzati, le lamìne, riveste sul versante interno il nucleo formando la cosiddetta làmina nucleare. Si possono ritrovare in quasi tutte le cellule animali, presenti soprattutto nel citoplasma di cellule soggette a stress meccanico, quali epidermide, muscoli ed assoni.

Classificazione[modifica | modifica sorgente]

Ci sono circa 70 geni codificanti le diverse proteine che compongono i filamenti intermedi. Sulla base delle omologie di sequenza amminoacidica, vengono classificati 6 gruppi.

Gruppo Famiglia Componenti Massa (Dalton) Localizzazione
I Cheratine Cheratina Acida 48.000/75.000 Epitelio, derivati (unghia, pelo, piuma)
II Cheratina Basica
Cheratina Neutra
48.000/75.000
III Vimentinosimili Vimentina
Desmina
GFAP
Periferina
54.000
53.000
50.000
66.000
Cellule di origine mesenchimale (fibroblasti, endotelio, ecc.)
Cellule Muscolari
Astrociti, cellule di Schwann
Neuroni del SNP
IV F.I. Neuronali Neurofilamento (NF-L/NF-M/NF-H)
Internexina
Sinemina
Sincoilina
60.000/130.000
66.000
230000
?
Neuroni
Neuroni in sviluppo
Cellule Muscolari
Cellule Muscolari
V lamìne Lamina A
Lamina B
Lamina C
65.000/75.000 Lamina nucleare
VI Nestine Nestina 206.000 Cellule staminali

Filamenti di cheratina: si ritrovano nei tessuti epiteliali (rivestimenti esterni, cavità interne e dotti ghiandolari), nello strato corneo (lana, peli, capelli, corna), in cui costituiscono una fitta rete citoplasmatica, e formano i tonofilamenti, che ancorano i desmosomi al citoplasma.

Filamenti di vimentina: si ritrovano nel tessuto connettivo in generale, sangue, osso, iride, alcune cellule della glia

Neurofilamenti: tipici dei neuroni, molto abbondanti nell'assone, in cui sono presenti in fasci disposti in modo parallelo all'asse maggiore dell'assone. Insieme ai microtubuli hanno funzione di rinforzo.

Proteine associate[modifica | modifica sorgente]

V'è una serie di proteine associate ai filamenti intermedi che interconnettono i singoli filamenti, ne bloccano i terminali inibendo un'ulteriore polimerizzazione e interconnettono i filamenti con altre strutture citoscheletriche; vengono chiamate IFAP (Intemediate Filaments Associated Proteins).