Tussenliggende filamenten zijn een hoofdbestanddeel van het cytoskelet, hoewel ze niet bij alle eukaryoten worden aangetroffen en bij schimmels en planten afwezig zijn. Deze filamenten, die zich over het gehele cytoplasma en de binnenste kernmembraan uitstrekken, zijn samengesteld uit een grote familie van eiwitten die grofweg in vijf klassen kunnen worden ingedeeld.
IF-assemblage begint met het vouwen van IF-eiwitten tot een geconserveerde alfa-helicale staafvorm, gevolgd door een reeks polymerisatie- en annealing-gebeurtenissen die leiden tot de vorming van filamenten met een doorsnede van ruwweg 8 tot 12 nm. Verschillende IF-combinaties worden aangetroffen in verschillende celtypes, maar niet alle IF-klassen zullen met elkaar interageren. In tegenstelling tot andere cytoskeletale componenten (bv. actinefilamenten, microtubuli) zijn intermediaire filamenten niet polair, stabieler en binden hun samenstellende subeenheden geen nucleotiden (zoals ATP) (zoals besproken in ).
Een groot aantal laterale interacties en minder longitudinale interacties tussen de samenstellende protofilamenten binnen een IF zorgen voor een hoge treksterkte en maken IF’s bestand tegen compressie-, buig-, verdraaiings- en uitrekkrachten. (B) Microtubuli hebben meer longitudinale interacties tussen samenstellende tubulinedimeren binnen protofilamenten en minder laterale interacties tussen protofilamenten. De stabiele longitudinale interacties binnen individuele protofilamenten bevorderen de stijfheid binnen microtubuli, waardoor ze bestand zijn tegen buig- en samendrukkingskrachten. De zwakkere laterale interacties tussen protofilamenten daarentegen zijn gevoelig voor breuk wanneer ze onder druk komen te staan door verdraaiingskrachten.
Wat is de functie van intermediaire filamenten?
Door de hechte associatie tussen protofilamenten hebben intermediaire filamenten een hoge treksterkte. Daardoor zijn ze de meest stabiele component van het cytoskelet. Intermediaire filamenten worden daarom aangetroffen in bijzonder duurzame structuren zoals haar, schubben en vingernagels.
De belangrijkste functie van intermediaire filamenten is het tot stand brengen van celcohesie en het voorkomen van acute breuken van epitheliale celplaten onder spanning. Dit wordt mogelijk gemaakt door uitgebreide interacties tussen de samenstellende protofilamenten van een intermediair filament, die de weerstand tegen compressie, verdraaiing, uitrekking en buigkrachten verhogen. Dankzij deze eigenschappen kunnen intermediaire filamenten ook de verlengde axonen van zenuwcellen helpen stabiliseren, en de binnenzijde van het kernomhulsel bekleden, waar ze het DNA van de cel helpen omhullen en beschermen.
Eiwitklassen, structuur en functies van intermediaire filamenten
- Type I en II: Keratinen
- Type III: Desmin, vimentine
- Type IV: Neurofilamenten
- Type V: Lamins
Keratine-eiwitten vormen de twee grootste klassen van intermediaire filament-eiwitten. Historisch werden de twee typen keratine gegroepeerd als zuur (type I) of basisch (type II), afhankelijk van de algemene fysische eigenschappen van hun samengestelde aminozuren. Keratine-eiwitten assembleren zich eerst tot dimeren, met één zure en één basische keten, dan tot protofilamenten en tenslotte tot IF’s. In 2006 werd een universele nomenclatuur voor elk van de toen bekende keratine-genen en -eiwitten, in totaal 54 (28 type I en 26 type II), vastgesteld om internationale consensus te bereiken voor hun naamgeving en classificatie.
De expressie van bepaalde zure en basische keratines kan celtypespecifiek zijn. Keratines worden aangetroffen in epitheliale weefsels en hun expressie kan veranderen tijdens de levensduur van een cel. Keratinen bieden essentiële interne steun en cohesie aan epitheliale celplaten. Zo raakt de basale laag van epitheelcellen die zich voortdurend delen en waaruit nieuwe huidcellen (keratinocyten) ontstaan, tijdens hun rijping gevuld met keratinefilamenten. De keratinefilamenten verankeren de huidcellen aan de extracellulaire matrix (ECM) aan hun basis en aan de aangrenzende cellen aan hun zijkanten, via structuren die respectievelijk hemidesmosomen en desmosomen worden genoemd. Wanneer deze huidcellen afsterven, vormt de laag dode cellen een essentiële barrière tegen waterverlies. Mutaties in keratinegenen zijn dan ook verantwoordelijk voor diverse huidziekten. Keratine-bevattende structuren bevinden zich ook buiten de epitheliale cellaag (b.v. haar en nagels).