I filamenti intermedi sono una componente primaria del citoscheletro, anche se non si trovano in tutti gli eucarioti, e sono assenti nei funghi e nelle piante. Questi filamenti, che si estendono nel citoplasma e nella membrana nucleare interna, sono composti da una grande famiglia di proteine che possono essere raggruppate in cinque classi.
L’assemblaggio di IF inizia con il ripiegamento delle proteine IF in una forma conservata di asta alfa-elica, seguita da una serie di eventi di polimerizzazione e ricottura che portano alla formazione di filamenti di circa 8-12 nm di diametro. Diverse combinazioni di IF si trovano in diversi tipi di cellule, tuttavia non tutte le classi di IF interagiscono tra loro. In contrasto con altri componenti citoscheletrici (ad esempio, filamenti di actina, microtubuli), i filamenti intermedi mancano di polarità, sono più stabili e le loro subunità costituenti non legano nucleotidi (come l’ATP) (come rivisto in ).
Numerose interazioni laterali e meno interazioni longitudinali tra i protofilamenti costituenti all’interno di un IF generano un’elevata resistenza alla trazione e rendono gli IF resistenti alle forze di compressione, flessione, torsione e allungamento. (B) I microtubuli hanno più interazioni longitudinali tra i dimeri di tubulina costituenti i protofilamenti e meno interazioni laterali tra i protofilamenti. Le interazioni longitudinali stabili all’interno dei singoli protofilamenti promuovono la rigidità nei microtubuli, rendendoli resistenti alle forze di flessione e compressione. Al contrario, le interazioni laterali più deboli tra i protofilamenti sono suscettibili di rottura quando sono sollecitati da forze di torsione.
Qual è la funzione dei filamenti intermedi?
La stretta associazione tra i protofilamenti fornisce ai filamenti intermedi un’elevata resistenza alla trazione. Questo li rende la componente più stabile del citoscheletro. I filamenti intermedi si trovano quindi in strutture particolarmente durevoli come i capelli, le squame e le unghie.
La funzione primaria dei filamenti intermedi è quella di creare la coesione cellulare e prevenire la frattura acuta dei fogli di cellule epiteliali sotto tensione. Ciò è reso possibile da ampie interazioni tra i protofilamenti costituenti di un filamento intermedio, che migliorano la sua resistenza alla compressione, alla torsione, all’allungamento e alle forze di flessione. Queste proprietà permettono anche ai filamenti intermedi di aiutare a stabilizzare gli assoni estesi delle cellule nervose, così come di foderare la faccia interna dell’involucro nucleare dove aiutano a imbrigliare e proteggere il DNA della cellula.
Classi di proteine dei filamenti intermedi, struttura e funzioni
- Tipo I e II: Cheratine
- Tipo III: Desmina, vimentina
- Tipo IV: Neurofilamenti
- Tipo V: Lamine
Le proteine cheratiniche comprendono le due più grandi classi di proteine dei filamenti intermedi. Storicamente, i due tipi di cheratina sono stati raggruppati come acidi (tipo I) o basici (tipo II) secondo le proprietà fisiche generali dei loro amminoacidi composti. Le proteine della cheratina si assemblano prima in dimeri, con una catena acida e una basica, poi in protofilamenti e infine in IF. Nel 2006, è stata stabilita una nomenclatura universale per ciascuno dei geni e delle proteine della cheratina allora conosciuti, che ammontavano a 54 (28 di tipo I e 26 di tipo II), per ottenere un consenso internazionale per la loro denominazione e classificazione.
L’espressione di particolari cheratine acide e basiche può essere specifica del tipo di cellula. Le cheratine si trovano nei tessuti epiteliali e la loro espressione può essere alterata durante la vita di una cellula. Le cheratine forniscono un supporto interno vitale e la coesione ai fogli di cellule epiteliali. Per esempio, lo strato basale delle cellule epiteliali che si dividono costantemente e danno origine a nuove cellule della pelle (cheratinociti) si riempiono di filamenti di cheratina quando maturano. I filamenti di cheratina ancorano le cellule della pelle alla matrice extracellulare (ECM) alla loro base e alle cellule adiacenti ai loro lati, attraverso strutture chiamate rispettivamente emidesmosomi e desmosomi. Quando queste cellule della pelle muoiono, lo strato di cellule morte forma una barriera essenziale alla perdita di acqua. Di conseguenza, le mutazioni nei geni della cheratina sono note per essere responsabili di una varietà di malattie della pelle. Le strutture contenenti cheratina si trovano anche all’esterno dello strato di cellule epiteliali (per esempio capelli e unghie).