Filamentos intermediários: estrutura, tipos, funções - Ciência - 2023

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o filamentos intermediários, também conhecido na literatura como "IFs" (do inglês Filamentos intermediários), são uma família de proteínas fibrosas citosólicas insolúveis que estão presentes em todas as células de eucariotos multicelulares.

Eles fazem parte do citoesqueleto, que é uma rede filamentosa intracelular que é responsável principalmente por apoiar a estrutura celular e vários processos metabólicos e fisiológicos, como transporte de vesículas, movimento e deslocamento celular, etc.

Junto com os microtúbulos e microfilamentos, os filamentos intermediários participam da organização espacial das organelas intracelulares, nos processos de endocitose e exocitose, e também nos processos de divisão celular e comunicação intercelular.

Os primeiros filamentos intermediários a serem estudados e descritos foram as queratinas, um dos primeiros tipos de proteínas cuja estrutura foi analisada por difração de raios X na década de 1930.

O conceito de filamentos intermediários, entretanto, foi introduzido na década de 1980 por Lazarides, que os descreveu como complexos "integradores mecânicos do espaço celular", caracterizados por sua insolubilidade e capacidade de remontagem. em vitro após sua desnaturação.

Muitos autores os consideram os elementos "tampão" de estresse para células animais, por serem filamentos mais flexíveis do que microtúbulos e microfilamentos. Eles não são encontrados apenas no citoesqueleto, mas também fazem parte do nucleoesqueleto.

Ao contrário dos demais componentes fibrosos do citoesqueleto, os filamentos intermediários não participam diretamente dos processos de mobilidade celular, mas atuam na manutenção estrutural e na resistência mecânica das células.

Estrutura

Os filamentos intermediários têm diâmetro aproximado de 10 nm, característica estrutural pela qual foram denominados, pois seu tamanho está entre os tamanhos correspondentes aos filamentos de miosina e actina, que estão entre 25 e 7 nm. respectivamente.

Eles diferem estruturalmente dos outros dois tipos de filamentos do citoesqueleto, que são polímeros de proteínas globulares, em que suas unidades constituintes são proteínas fibrosas α-helicoidais distintas de comprimento longo que se agrupam para formar estruturas semelhantes a cordas.

Todas as proteínas que compõem os filamentos intermediários têm uma organização molecular semelhante, consistindo de um domínio α-helicoidal ou "corda" que tem diferentes quantidades de segmentos "formadores de bobina" do mesmo tamanho.

Este domínio helicoidal é flanqueado por uma "cabeça" não helicoidal N-terminal e uma "cauda" não helicoidal na extremidade C-terminal, ambas as quais variam em tamanho e sequência de aminoácidos.

Dentro da sequência dessas duas extremidades estão os motivos de consenso que são comuns para os 6 tipos de filamentos intermediários conhecidos.

Em vertebrados, o domínio "acorde" das proteínas do filamento intermediário citosólico tem cerca de 310 resíduos de aminoácidos, enquanto as proteínas citosólicas de invertebrados e da lâmina nuclear têm cerca de 350 aminoácidos de comprimento.

Montagem

Os filamentos intermediários são estruturas de "automontagem" que não possuem atividade enzimática, o que também os diferencia de suas contrapartes citoesqueléticas (microtúbulos e microfilamentos).

Essas estruturas são inicialmente montadas como tetrâmeros das proteínas filamentosas que as constituem sob a influência, apenas, de cátions monovalentes.

Esses tetrâmeros têm 62 nm de comprimento e seus monômeros se associam lateralmente para formar "unidades de comprimento" (UFL). filamentos de comprimento unitário), que é conhecida como fase 1 de montagem, que ocorre muito rapidamente.

Os UFLs são os precursores dos filamentos longos e, como os dímeros que os constituem são unidos de forma antiparalela e escalonada, essas unidades possuem um domínio central com dois domínios flanqueadores por onde ocorre a fase 2 de alongamento. , onde ocorre a união longitudinal de outros UFLs.

Durante o que foi denominado como fase 3 de montagem, ocorre a compactação radial do diâmetro dos filamentos, que produz os filamentos intermediários maduros de mais ou menos 10 nm de diâmetro.

Características

As funções dos filamentos intermediários dependem consideravelmente do tipo de célula considerada e, no caso de animais (incluindo humanos), sua expressão é regulada de forma específica para o tecido, portanto também depende do tipo de tecido do que no estudo.

Epitélios, músculos, células mesenquimais e gliais e neurônios possuem diferentes tipos de filamentos, especializados de acordo com a função das células a que pertencem.

Dentre essas funções, as mais importantes são a manutenção estrutural das células e a resistência a diferentes esforços mecânicos, uma vez que essas estruturas possuem uma certa elasticidade que lhes permite amortecer diferentes tipos de forças impostas às células.

Tipos de filamentos intermediários

As proteínas que compõem os filamentos intermediários pertencem a uma grande e heterogênea família de proteínas filamentosas quimicamente diferentes, mas que se distinguem em seis classes de acordo com sua homologia de sequência (I, II, III, IV, V e VI).

Embora não seja muito comum, diferentes tipos de células, em condições muito particulares (desenvolvimento, transformação celular, crescimento, etc.) podem co-expressar mais de uma classe de proteínas formadoras de filamentos intermediários

Filamentos intermediários de classe I e II: queratinas ácidas e básicas

As queratinas representam a maioria das proteínas nos filamentos intermediários e, em humanos, representam mais de três quartos dos filamentos intermediários.

Eles têm pesos moleculares que variam entre 40 e 70 kDa e diferem de outras proteínas do filamento intermediário por seu alto teor de resíduos de glicina e serina.

Eles são conhecidos como queratinas ácidas e básicas por causa de seus pontos isoelétricos, que estão entre 4,9 e 5,4 para queratinas ácidas e entre 6,1 e 7,8 para as básicas.

Nessas duas classes, cerca de 30 proteínas foram descritas e estão presentes principalmente em células epiteliais, onde ambos os tipos de proteínas "copolimerizam" e formam filamentos compostos.

Muitas das queratinas do caso I de filamento intermediário são encontradas em estruturas como cabelos, unhas, chifres, pontas e garras, enquanto as da classe II são as mais abundantes no citosol.

Classe III de filamentos intermediários: proteínas do tipo desmina / vimentina

A desmina é uma proteína ácida de 53 kDa que, dependendo do seu grau de fosforilação, possui diferentes variantes.

Alguns autores também denominaram os filamentos de desmina de "filamentos musculares intermediários", pois sua presença é bastante restrita, embora em pequenas quantidades, a todos os tipos de células musculares.

Nas miofibrilas, a desmina é encontrada na linha Z, razão pela qual se pensa que esta proteína contribui para as funções contráteis das fibras musculares ao funcionar na junção das miofibrilas e da membrana plasmática.

Por sua vez, a vimentina é uma proteína presente nas células mesenquimais. Os filamentos intermediários formados por esta proteína são flexíveis e foram encontrados para resistir a muitas das mudanças conformacionais que ocorrem durante o ciclo celular.

É encontrada em fibroblastos, células musculares lisas, células brancas do sangue e outras células do sistema circulatório de animais.

Classe IV de filamento intermediário: proteínas de neurofilamento

Também conhecida como "neurofilamentos", esta classe de filamentos intermediários compreende um dos elementos estruturais fundamentais dos axônios neuronais e dendritos; eles estão frequentemente associados aos microtúbulos que também constituem essas estruturas.

Os neurofilamentos de animais vertebrados foram isolados, determinando que se trata de um tripleto de proteínas de 200, 150 e 68 kDa que participam da montagem. em vitro.

Eles diferem de outros filamentos intermediários por terem braços laterais como "apêndices" que se projetam da periferia e funcionam na interação entre os filamentos vizinhos e outras estruturas.

As células gliais produzem um tipo especial de filamentos intermediários conhecidos como filamentos intermediários gliais, que diferem estruturalmente dos neurofilamentos por serem compostos de uma única proteína de 51 kDa e apresentarem propriedades físico-químicas diferentes.

Classe V de filamento intermediário: filamentos de lâmina nuclear

Todas as lâminas que fazem parte do nucleoesqueleto são, na verdade, proteínas de filamentos intermediários. Estes têm entre 60 e 75 kDa de peso molecular e são encontrados nos núcleos de todas as células eucarióticas.

Eles são essenciais para a organização interna das regiões nucleares e para muitas das funções desta organela essenciais para a existência de eucariotos.

Classe de filamento intermediário VI: Nestinas

Este tipo de filamento intermediário pesa cerca de 200 kDa e é predominantemente encontrado em células-tronco do sistema nervoso central. Eles são expressos durante o desenvolvimento neuronal.

Patologias relacionadas

Existem várias doenças em humanos que estão relacionadas aos filamentos intermediários.

Em alguns tipos de câncer, como melanomas malignos ou carcinomas de mama, por exemplo, a co-expressão de filamentos intermediários de vimentina e queratina leva à diferenciação ou interconversão de células epiteliais e mesenquimais.

Este fenômeno demonstrou experimentalmente aumentar a atividade migratória e invasiva das células cancerosas, o que tem implicações importantes nos processos metastáticos característicos dessa condição.

Eriksson e outros (2009) revisam os diferentes tipos de doenças e sua relação com mutações específicas nos genes envolvidos na formação dos seis tipos de filamentos intermediários.

As doenças relacionadas a mutações nos genes codificadores dos dois tipos de queratina são epidermólise bolhosa, hiperceratose epidermolítica, distrofia corneana, ceratodermia e muitas outras.

Os filamentos intermediários do tipo III estão envolvidos em numerosas cardiomiopatias e em diferentes doenças musculares, principalmente relacionadas às distrofias. Além disso, eles também são responsáveis pela catarata dominante e alguns tipos de esclerose.

Muitas síndromes e distúrbios neurológicos estão associados a filamentos do tipo IV, como o mal de Parkinson. Da mesma forma, defeitos genéticos nos filamentos do tipo V e VI são responsáveis pelo desenvolvimento de diferentes doenças autossômicas e relacionadas ao funcionamento do núcleo celular.

Exemplos disso são a síndrome de progeria de Hutchinson-Gilford, distrofia muscular de Emery-Dreifuss, entre outras.

Referências

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