Laminin je protein, ki je ekstracelularni matriks iz bazalne membrane epitelnih tkiv v vretenčarjih. Ta vrsta beljakovin zagotavlja vezno podporo med celicami vezivnih tkiv, tako da delujejo pri koheziji in zbijanju le-teh.
Na splošno so laminini odgovorni za naročanje zapletene beljakovinske mreže, ki tvori zunajcelični matriks ali kletno membrano tkiv. Laminine običajno najdemo povezane z beljakovinami, kot so kolagen, proteoglikani, entaktini in heparanski sulfati.
Laminini in njihova udeležba v kletni membrani vretenčarjev (Vir: Maiaaspe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons)
Ta zapletena bazalna membrana, ki jo urejajo laminini, ločuje epitelijske dele tkiv, torej vsak zunajcelični matriks ločuje endotel od mezotelija, zunajcelični matriks mezotelija pa ta sloj ločuje od epitelija.
Veliko raziskav je pokazalo, da je izražanje mutiranih lamininskih genov potencialno smrtonosno za celico, saj so odgovorni tudi za uravnavanje skoraj vseh zapletenih interakcij, ki se dogajajo znotraj kletne membrane.
Pri vseh vretenčarjih obstaja velika raznolikost družin lamininov. Te se razlikujejo po sestavi, obliki, funkciji in izvoru. V istem posamezniku lahko v različnih tkivih najdemo različne laminine, od katerih je vsak prilagojen okolju tkiva, ki ga izraža.
Značilnosti lamininov
Lamininski monomeri ali enote so sestavljeni iz heterotrimerja iz treh različnih verig glikoproteina. Ti proteini vsebujejo veliko različnih domen (multidomena) in so bistveni del zgodnjega embrionalnega razvoja tkiv.
Skupna oblika lamininov je neke vrste "križ" ali "Y", čeprav so nekateri oblikovani kot dolga palica s štirimi vejami. Ta majhna variacija omogoča vsaki vrsti laminina uravnavanje pravilne integracije iz katerega koli položaja v tkivu.
Laminini imajo visoko molekulsko maso, ki se lahko razlikuje glede na vrsto laminina, od 140 do 1000 kDa.
Na splošno ima vsaka kletna membrana eno ali več različnih vrst lamininov v sebi, nekateri znanstveniki pa predlagajo, da laminini določajo velik del fiziološke funkcije kletnih membran tkiva, kjer jih najdemo.
Pri vretenčarjih so našli najmanj 15 različnih vrst lamininov, razvrščenih v družino, saj so tvorjeni iz istih trimerjev, vendar z različnimi kombinacijami. Pri nevretenčarjih so našli med 1 in 2 različna trimera.
Trenutne študije kažejo, da so laminini vseh vretenčarjev nastali z diferenciacijo ortolognih genov, torej da so vsi geni, ki kodirajo laminine, skupni izvor od nevretenčarjev.
Struktura
Kljub velikemu številu funkcij, ki jih uravnavajo laminini, imajo dokaj preprosto strukturo, ki se večinoma ohranja med različnimi vrstami, ki so znane.
Vsak laminin je sestavljen iz treh različnih verig, ki se med seboj prepletajo in tvorijo nekakšno "prepleteno vlakno". Vsaka od treh verig je označena kot alfa (α), beta (β) in gama (γ).
Nastanek trimera vsakega laminina je odvisen od združitve C-končnega območja vsake njegove verige. Znotraj vsake molekule so te verige seznanjene s peptidnimi vezmi in tremi disulfidnimi mostovi, ki dajejo strukturi veliko mehansko trdnost.
Shematski diagram strukture laminina (Vir: Maiaaspe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons)
Z opazovanji tipičnih lamininskih monomerov z elektronsko mikroskopijo je bilo podrobno opisano, da je zgradba nekakšen asimetrični križ, ki ima dolgo roko približno 77 nm (nanometrov), za katero je značilna izrazita kroglasta oblika na enem od njegovih koncev.
Poleg tega opazujemo tri kratke roke, dva na približno 34 nm in enega na približno 48 nm. Vsaka roka se konča v krogličnem koncu, podobno kot v glavni verigi, vendar manjše velikosti.
Razlika med različnimi vrstami lamininov je predvsem posledica razlik v α verigah, ki se lahko zložijo na vsaj tri različne načine; čeprav so bile trenutno ugotovljene razlike za vse verige:
- 5 različnih različic ali verig laminina α
- 3 variacije β verig
- 3 različice za γ verige
Lastnosti
Najpomembnejša in najpogosteje raziskana funkcija lamininov je interakcija z receptorji, ki se zasidrajo na celičnih membranah celic, ki mejijo na kletne membrane, kjer jih najdemo.
Ta interakcija povzroči, da so ti proteini vključeni v regulacijo več celičnih aktivnosti in signalnih poti. Omeniti je treba, da so njihove funkcije odvisne od njihove interakcije s specifičnimi receptorji na celični površini (mnogi membranski receptorji so trenutno razvrščeni glede na sposobnost vezave na laminine).
Integrini so receptorji, ki medsebojno delujejo z laminini, receptorji "ne-integrini" pa so tisti, ki se ne morejo vezati na te proteine. Večina receptorjev tipa "ne-integrin" so proteoglikani, nekateri distroglikani ali sindanci.
Zorenje tkiv telesnih organov poteka z nadomeščanjem zgodnjih lamininov, ki so bili sprva vloženi v kletno membrano tkiv, ki so sestavljali mladoletne organe.
Med laminini je najbolj raziskan tip laminin-1, ki je neposredno povezan z rastjo aksonov praktično katere koli vrste nevrona v in vitro pogojih, saj ti uravnavajo gibanje "rastnega stožca" v površino nevronov.
Nomenklatura in vrste
Biokemičarji menijo, da je družina lamininov zelo velika beljakovinska družina, o kateri je še vedno znanih le malo njenih članov. Vendar pa bodo sodobna orodja v kratkem času omogočila ogled novih vrst lamininov.
Vsak od teh beljakovin je identificiran s številko, začenši z 1, ki konča oštevilčenje pri 15 (laminin-1, laminin-2… laminin-15).
Uporablja se tudi druga vrsta nomenklature, ki označuje vrsto verige, ki jo ima vsak laminin. Na primer, laminin-11 je sestavljen iz alfa (α) -5 verige, beta (β) -2 verige in gama (γ) -1 verige, zato ga lahko poimenujemo laminin-521.
Poleg tega je vsak laminin razvrščen glede na funkcijo, s katero je povezan, in tudi glede na specifično tkivo telesa, v katerem sodeluje. Nekaj primerov lamininov je:
- Lamina-1: sodeluje pri razvoju epitela
- Laminin-2: sodeluje pri miogenem razvoju vseh tkiv, perifernega živčnega sistema in matrike glomerulov.
- Lamina-3: sodeluje v mio-tetičnih stičiščih
- Lamina-4: deluje v živčno-mišičnih stičiščih in v mesangialnem matriksu glomerulov
- Laminin-5, 6 in 7: prednostno delujejo na tkiva povrhnjice.
Reference
- Miner, JH in Yurchenco, PD (2004). Laminin deluje v morfogenezi tkiv. Annu Rev. Cell Dev. Biol., 20, 255–284.
- Rasmussen, DGK, in Karsdal, MA (2016). Laminini. V biokemiji kolagena, lamininov in elastina (str. 163-196). Akademski tisk.
- Sasaki, T., Fässler, R., & Hohenester, E. (2004). Laminin: bistvo sestave kletne membrane Časopis za celično biologijo, 164 (7), 959–963.
- Timpl, R., Engel, J., in Martin, GR (1983). Laminin - večnamenski protein kletnih membran. Trendi v biokemijskih znanostih, 8 (6), 207-209.
- Timpl, R., Rohde, H., Robey, PG, Rennard, SI, Foidart, JM, in Martin, GR (1979). Laminin - glikoprotein iz kletnih membran. Journal of Biological Chemistry, 254 (19), 9933-9937.
- Tryggvason, K. (1993). Družina lamininov. Trenutno mnenje o celični biologiji, 5 (5), 877–882.