Keratin (hebrew)
קרטיניםקרטינים
אינמונופלורוסנציה
לקוח מתוך:
https://www.cellapplications.com/human-epidermal-keratinocytes-hek
קרטינים הם קבוצה של חלבונים מבניים המאורגנים במבנה של סיבים, הנקראים סיבי ביניים (intermediate filaments).
הקרטינים מתחלקים לשתי קבוצות: קרטין α - מרכיב את העור, השיער, הצמר, הקרניים, הציפורניים והפרסות של יונקים, וקרטין β - קשה יותר מקרטין α ומרכיב את הקשקשים והציפורניים של זוחלים, שריוני צבים, וכן את הנוצות והמקור אצל עופות.
הקרטינים חיוניים לתמיכה מבנית בתא ולהקניית גמישות וחוזק
[1].
בנוסף הם מעורבים בבקרה של תהליכים תאיים כגון גדילה, שגשוג ומוות.
הקרטינים מיוצרים בתאים קרטינוציטים.
בתמונה משמאל נראית צביעה פלורוסנטית של תאי עור באדם.
בתמונה (A) נראית שכבה של קרטינוציטים, בתמונה (B) קרטין 18 מסומן באדום ואילו בתמונה (C) נראה מודל של התארגנות שכבות הקרטינוציטים
באפידרמיס
(עילית העור). לצפייה בסרטון המתאר את התארגנות הקרטינוציטים באפידרמיס, הכנסו לקישור הבא.
סיבי הקרטין מעוררים ענין רב בעולם המחקר, התעשייה והרפואה בגלל המגוון הגדול שלהם, המחלות הנגרמות בעקבות פגיעה בהם והיישומיים בתחום טיפוח ועיצוב השיער.
מבנה החלבון מבנה החלבון
של הקרטינים משתנה מחלבון לחלבון,
אך המבנה השניוני שלהם שמור וכולל: אזור ראש (קצה N), אזור זנב (קצה C) ואזור מרכזי. האזור המרכזי בקרטינים הוא בעל אורך שמור והוא מכיל ארבעה (הסלילים מסומנים בהדמיה התלת מימדית בצבע ירוק). ככל הידוע, אזור האלפא הליקסים בחלבון הוא האזור המרכזי המאפשר לחלבונים להקשר לחלבונים נוספים וליצור סיבים מבניים.
בשרטוט ניתן לראות את אזורי הראש והזנב בקצוות ואת אזורי האלפא הליקס בירוק (השרטוט להמחשה בלבד, גודל המתחמים אינו זהה בין הקרטינים השונים).
התארגנות החלבונים במבנה סיבהתארגנות החלבונים במבנה סיב
קרטינים מסוג α מחולקים לשתי תתי קבוצות: 28 קרטינים מסוג I ו26 קרטינים מסוג II. חלבון קרטין (היחידה המונומרית) מסוג I נקשר במקביל לחלבון קרטין מסוג II, כך שמתקבל מבנה של סליל כפול. הסליל הכפול נקשר בקישור הופכי (antiparallel) לסליל כפול נוסף ונוצר מבנה של טטרמר. מבנה הטטרמר מהווה את יחידת הבסיס ליצירת הסיב.
הבנת מבנה הסיבים דורשת גיבוש של הסיב. עם זאת, עד היום לא הצליחו לגבש את הסיבים בשלמותם בגלל האופי בו תת היחידות מחוברות ביניהן, בגלל מחסור באמצעים לקשור את תת היחידות במהלך הגיבוש, ובגלל השוני המבני הגדול בין סיבים שונים. לכן, הוחלט לגבש מקטעים מתוך הסיבים ולא את הסיבים בשלמותם.
המודל התלת מימדי בערך זה מציג מקטע מתוך ההטרודימר של קרטין 14 וקרטין 5 (K14/K5).
המקטע כולל את חומצות האמינו במיקום 382-476 בקרטין 5, וחומצות האמינו במיקום 332-421 בקרטין 14. בתרשים הבא מסומן בחץ אדום האזור המופיע במודל התלת מימדי.
File:אזור המודל.jpg
לצפייה במודל של הטרודימר מלא, של קרטין 10 וקרטין 1 (K1/K10) הכנסו לתמונה 1.d בקישור: מודל הטרודימר מלא [2]
הקשרים הכימיים המחזיקים את סיבי הקרטיןהקשרים הכימיים המחזיקים את סיבי הקרטין
|
סיבי הקרטין מוחזקים באמצעות מספר קשרים כימיים:
,
, קשרי מימן ו.
קשר דיסולפידי ייחודי נמצא בחומצה אמינית
.
הציסטאין בעמדה זו, שמור בין אורתולוגים שונים.
השייר של
החומצה האמינית ציסטאין בעמדה 367 פונה כלפי חוץ ויוצר קשר דיסולפידי עם ציסטאין בעמדה 367 נוסף בהטרודימר שני. המבנה שנוצר בין ההטרודימרים הואמבנה בצורת X ככל הנראה, מבנה מיוחד זה מעורב בקביעת הצורה והגודל של הגרעין בקרטינוציטים הנמצאים בתחילת ההתמיינות שלהם.
[3]
היבטים רפואיים ויישומייםהיבטים רפואיים ויישומיים
התסמונת הגנטית הראשונה שזוהתה, הקשורה לסיבי ביניים, היא תסמונת epidermolysis bullosa simplex. בתסמונת זו מתרחשת מוטציה בהטרודימר K14/K5הגורמת לפגיעה מכנית בתאים הקרטינוציטים באפידרמיס. כתוצאה מכך, מופיעות על עורו של החולה
יבלות
המהוות פגיעה אסטתית חמורה וגורמות לכאבים חזקים
[4].
מיפוי המבנה הקריסטלוגרפי של ההטרודימר K14/K5, הראה שמוטציות רבות, הגורמות למחלה, משפיעות על חומצות אמינו ששרשרות הצד שלהן מעורבות ביצירת מבנה הסליל הכפול.
מוטציה נקודתית, למשל, ב
גורמת לפגיעה בקשר יוני הנוצר על ידי החומצה, ולמחלה שסופה במוות.
אזור נוסף, הידוע כחשוב ביצירת המבנה הסיבי של החלבון הוא
של המקטע שגובש.
רצף זה שמור מאוד בין כל חלבוני סיבי הביניים והוא המאפשר יצירת קשרים לא-הידרופוביים בין הקרטינים.
מוטציות באזור זה פוגעות ביצירת המבנה הסיבי וגורמות למחלות שונות.
הבנה מעמיקה של מבנה הקרטינים ואופן ההתארגנות שלהם כסיבים, תאפשר לסייע לחולים רבים הסובלים כיום ממחלות חשוכות מרפא.
[5]
היבט נוסף בו תורמת הבנת מבנה הקרטינים הוא בייצור מוצרי טיפוח ועיצוב שיער.
מקורות מידעמקורות מידע
- ↑ Schmidt R, Melino G, The cornified envelope: a model of cell death in the skin Eleonora Candi, Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, 328-340 (April 2005) http://www.nature.com/nrm/journal/v6/n4/fig_tab/nrm1619_F2.html.
- ↑ PLoS One. 2015; 10(7): e0132706.Published online 2015 Jul16. doi: 10.1371/journal.pone.0132706 PMCID: PMC4504709 Complete Structure of an Epithelial Keratin Dimer: Implications for Intermediate Filament Assembly David J. Bray,1,2 Tiffany R. Walsh,3,* Massimo G. Noro,4 and Rebecca Notman1,2,*
- ↑ Chang-Hun Lee,1,5 Min-Sung Kim,Byung Min Chung,Daniel J Leahy,Pierre A Coulombe, Structural basis for heteromeric assembly and perinuclear organization of keratin filaments, Nat Struct Mol Biol. 2012 Jun 17; 19(7)
- ↑ Coulombe PA, Hutton ME, Letai A, Hebert A, Paller AS, Fuchs E, Point mutations in human keratin 14 genes of epidermolysis bullosa simplex patients: genetic and functional analyses. Cell. 1991 Sep 20; 66(6):1301-11.
- ↑ Coulombe PA1, Kerns ML, Fuchs E. J Clin Invest. Epidermolysis bullosa simplex: a paradigm for disorders of tissue fragility. 2009 Jul;119(7):1784-93.