โดเมนหางของเส้นใยระดับกลาง
โครงสร้างของโดเมนทรงกลมของลามิน a/c
ตัวระบุ
เครื่องหมาย	หาง IF
พีแฟม	PF00932
อินเตอร์โปร	IPR001322
โปรไซต์	PDOC00198
สโคป2	1ivt / SCOPe / SUPFAM
โครงสร้างโปรตีนที่มีอยู่: พีดีบี   IPR001322 PF00932 ( ECOD ; PDBsum )   อัลฟาโฟลด์ IPR001322 PF00932

โดเมนแท่งเส้นใยระดับกลาง
ชิ้นส่วนคอยล์ 2b ของไวเมนตินในมนุษย์ (cys2)
ตัวระบุ
เครื่องหมาย	เส้นใย
พีแฟม	PF00038
อินเตอร์โปร	IPR016044
โปรไซต์	PDOC00198
สโคป2	1gk7 / SCOPe / SUPFAM
โครงสร้างโปรตีนที่มีอยู่: พีดีบี   IPR016044 PF00038 ( ECOD ; PDBsum )   อัลฟาโฟลด์ IPR016044 PF00038

เส้นใยระดับกลาง ( IFs ) เป็น ส่วนประกอบโครงสร้างของ โครงกระดูกเซลล์ที่พบในเซลล์ของสัตว์มีกระดูกสันหลังและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหลายชนิด[ 1 ^{] [ 2 ] [ 3 ]โฮโม}ล็อกของโปรตีน IF ได้รับการบันทึกไว้ในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังชนิดหนึ่ง คือ เซฟาโลคอร์เดต แบรนชิโอสโตมา^{[ 4 ]}

เส้นใยระดับกลางประกอบด้วยโปรตีน ตระกูลหนึ่งที่เกี่ยวข้อง กัน โดยมีลักษณะโครงสร้างและลำดับที่เหมือนกัน ในตอนแรกเรียกว่า 'ระดับกลาง' เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย (10  นาโนเมตร ) อยู่ระหว่างไมโครฟิลา เมนต์ที่แคบกว่า (แอคติน) และไมโอซินฟิลาเมนต์ที่กว้างกว่าซึ่งพบในเซลล์กล้ามเนื้อ ปัจจุบันเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยระดับกลางมักถูกเปรียบเทียบกับ ไมโครฟิลาเมนต์ ของแอคติน (7 นาโนเมตร) และไมโครทิวบูล (25 นาโนเมตร) ^{[ 1 ] [ 5 ]} เส้นใยระดับ กลางของสัตว์ถูกแบ่งย่อยออกเป็นหกประเภทตามความคล้ายคลึงกันในลำดับกรดอะมิโนและโครงสร้างโปรตีน^{[ 6 ]}ส่วนใหญ่เป็นไซโตพลาสมิกแต่มีประเภทหนึ่งคือประเภท V ซึ่งเป็นนิวเคลียร์ลามินแตกต่างจากไมโครทิวบูล การกระจายตัวของ IF ในเซลล์ไม่แสดงความสัมพันธ์ที่ดีกับการกระจายตัวของไมโทคอนเดรียหรือเอนโดพลาสมิกเรติคู ลัม ^{[ 7 ]}

โครงสร้างของโปรตีนที่สร้างเส้นใยระดับกลาง (IF) ได้รับการทำนายครั้งแรกโดยการวิเคราะห์ลำดับกรดอะมิโน ของ เคราตินผิวหนังมนุษย์ที่ได้จากcDNA ที่โคลน โดย ใช้คอมพิวเตอร์ ^{[ 8 ]}การวิเคราะห์ลำดับเคราตินที่สองเผยให้เห็นว่าเคราตินทั้งสองชนิดมีความคล้ายคลึงกันในลำดับกรดอะมิโนเพียงประมาณ 30% แต่มีรูปแบบของโดเมนโครงสร้างทุติยภูมิที่คล้ายคลึงกัน^{[ 9 ]}ตามที่แบบจำลองแรกแนะนำ โปรตีน IF ทั้งหมดดูเหมือนจะมี โดเมนแท่ง อัลฟาเฮลิกซ์ ตรงกลาง ซึ่งประกอบด้วยส่วนอัลฟาเฮลิกซ์สี่ส่วน (ตั้งชื่อว่า 1A, 1B, 2A และ 2B) คั่นด้วยบริเวณเชื่อมต่อสามส่วน^{[ 9 ] [ 10 ]}

ส่วนประกอบหลักของเส้นใยระดับกลางคือโปรตีนสองตัวที่พันกันเป็นคู่ ซึ่งเรียกว่าโครงสร้างแบบขดเกลียว (coiled-coil structure)ชื่อนี้สะท้อนให้เห็นว่าโครงสร้างของโปรตีนแต่ละตัวเป็นแบบเกลียว และคู่ที่พันกันก็เป็นโครงสร้างแบบเกลียวเช่นกัน การวิเคราะห์โครงสร้างของเคราตินคู่หนึ่งแสดงให้เห็นว่าโปรตีนสองตัวที่ประกอบกันเป็นโครงสร้างแบบขดเกลียวจะยึดติดกันด้วยปฏิกิริยาไฮโดรโฟบิก [ ^{11 ] [ 12 ] หมู่}ประจุในโดเมนกลางไม่มีบทบาทสำคัญในการยึดติดของคู่ในโดเมนกลาง^{[ 11 ]}

IF ในไซโตพลาสซึมจะรวมตัวกันเป็นเส้นใยหน่วยความยาวที่ไม่เป็นขั้ว (ULF) ULF ที่เหมือนกันจะรวมตัวกันในแนวด้านข้างเป็นเทตราเมอร์ที่ละลายน้ำได้ แบบสลับ และขนานกัน ซึ่งจะรวมตัวกันแบบหัวต่อท้ายเป็นโปรโตฟิลาเมนต์ที่จับคู่กันในแนวด้านข้างเป็นโปรโตไฟบริล ซึ่งสี่อันจะพันกันเป็นเส้นใยระดับกลาง ^{[ 13 ]} ส่วนหนึ่งของกระบวนการประกอบรวมถึงขั้นตอนการอัดแน่น ซึ่ง ULF จะกระชับขึ้นและมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลง เหตุผลของการอัดแน่นนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก และโดยทั่วไปจะพบว่า IF มีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ระหว่าง 6 ถึง 12 นาโนเมตร

ปลายNและปลาย Cของโปรตีน IF เป็นบริเวณที่ไม่ใช่เกลียวอัลฟาและแสดงความแปรผันอย่างกว้างขวางในความยาวและลำดับของพวกมันในกลุ่ม IF โดเมน "หัว" ปลาย N จับกับDNA ^{[ 14 ]} หัวของ ไวเมนตินสามารถเปลี่ยนแปลง โครงสร้าง นิวเคลียร์และ การกระจายตัว ของโครมาตินได้ และการปลดปล่อยหัวโดยโปรตีเอสของHIV-1 อาจมีบทบาทสำคัญในการเกิดโรคและการเกิดมะเร็งที่ เกี่ยวข้องกับ HIV-1 ^{[ 15 ]}การฟอสฟอริเลชันของบริเวณหัวสามารถส่งผลต่อความเสถียรของเส้นใย^{[ 16 ] พบ ว่า}หัวมีปฏิสัมพันธ์กับโดเมนแท่งของโปรตีน เดียวกัน ^{[ 17} ]

โดเมน "หาง" ปลาย C แสดงความยาวที่แตกต่างกันอย่างมากระหว่างโปรตีน IF ต่างๆ^{[ 18 ]}

การเรียงตัวแบบขนานตรงข้ามของเทตราเมอร์หมายความว่า ต่างจากไมโครทิวบูลและไมโครฟิลาเมนต์ซึ่งมีปลายบวกและปลายลบ อินเตอร์มีเดียท (IFs) ขาดขั้วและไม่สามารถใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการเคลื่อนที่ของเซลล์และการขนส่งภายในเซลล์ได้

นอกจากนี้ ต่างจากแอคตินหรือทูบูลิน เส้นใยระดับกลางไม่มีตำแหน่ง สำหรับ การจับกับนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต

IF ในไซโตพลาสซึมไม่เกิดการเคลื่อนที่แบบลู่วิ่งเหมือนไมโครทูบูลและเส้นใยแอคติน แต่มีความเคลื่อนไหว^{[ 19 ]}

IFs เป็นโปรตีนที่สามารถเปลี่ยนรูปได้ค่อนข้างมากและสามารถยืดได้หลายเท่าของความยาวเริ่มต้น^{[ 20 ]}กุญแจสำคัญในการอำนวยความสะดวกให้เกิดการเปลี่ยนรูปขนาดใหญ่นี้เกิดจากโครงสร้างแบบลำดับชั้น ซึ่งอำนวยความสะดวกในการกระตุ้นกลไกการเปลี่ยนรูปแบบต่อเนื่องที่ระดับความเครียดที่แตกต่างกัน^{[ 12 ]}ในตอนแรก อัลฟาเฮลิกซ์ที่เชื่อมต่อกันของเส้นใยที่มีความยาวหน่วยจะคลายตัวเมื่อถูกดึง จากนั้นเมื่อความเครียดเพิ่มขึ้น พวกมันจะเปลี่ยนเป็นเบต้าชีทและในที่สุดเมื่อความเครียดเพิ่มขึ้น พันธะไฮโดรเจนระหว่างเบต้าชีทจะหลุดออกและโมโนเมอร์ ULF จะเลื่อนไปตามกันและกัน^{[ 12 ]}

มนุษย์มีพันธุกรรมประมาณ 70 ชนิดที่เข้ารหัสโปรตีนเส้นใยระดับกลาง (intermediate filament proteins) ต่างๆ อย่างไรก็ตาม เส้นใยระดับกลางชนิดต่างๆ เหล่านี้มีลักษณะพื้นฐานร่วมกัน คือ โดยทั่วไปแล้ว พวกมันเป็นพอลิเมอร์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 9-11 นาโนเมตรเมื่อประกอบสมบูรณ์

IF ของสัตว์ถูกแบ่งย่อยออกเป็น 6 ประเภทตามความคล้ายคลึงกันในลำดับกรดอะมิโนและ โครงสร้าง โปรตีน : ^{[ 6 ]}

โปรตีนเหล่านี้มีความหลากหลายมากที่สุดในบรรดาโปรตีน IF และประกอบด้วย โปรตีน IF ประเภทที่ 1 (กรด)และประเภทที่ 2 (เบส) ไอโซฟอร์มจำนวนมากถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม:

• เคราตินของเยื่อบุผิว (ประมาณ 20) ใน เซลล์ เยื่อบุผิว (ภาพด้านขวา)
• เคราตินไตรโคไซติก (ประมาณ 13 ชนิด) ( เคราตินของเส้นผม ) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของเส้นผมเล็บเขาและเกล็ดของสัตว์เลื้อยคลาน

ไม่ว่าจะเป็นกลุ่มใด เคราตินก็จะเป็นกรดหรือเบส เคราตินที่เป็นกรดและเบสจะจับกันเพื่อสร้างเฮเทอโรไดเมอร์ที่เป็นกรด-เบส จากนั้นเฮเทอโรไดเมอร์เหล่านี้จะรวมตัวกันเพื่อสร้างเส้นใยเคราติน^{[ 6 ]}

เส้นใย ไซโตเคราตินจะเชื่อมโยงกันในแนวด้านข้างเพื่อสร้างกลุ่มเส้นใยหนาที่มีรัศมีประมาณ 50 นาโนเมตร รัศมีที่เหมาะสมของกลุ่มเส้นใยดังกล่าวจะถูกกำหนดโดยการทำงานร่วมกันระหว่างแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตระยะไกลและแรงดึงดูดไฮโดรโฟบิกระยะสั้น^{[ 21 ]}ต่อมา กลุ่มเส้นใยเหล่านี้จะตัดกันผ่านจุดเชื่อมต่อเพื่อสร้างเครือข่ายแบบไดนามิกที่ครอบคลุมไซโตพลาสซึมของเซลล์เยื่อบุผิว

โปรตีนสี่ชนิดจัดอยู่ในกลุ่มโปรตีนเส้นใยระดับกลางประเภท III ซึ่งอาจก่อตัวเป็นโปรตีน โฮโมพอลิเมอริกหรือเฮเทโรพอลิเมอริก ได้

• Desmin IFs เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของซาร์โคเมียร์ในเซลล์กล้ามเนื้อและเชื่อมต่อออร์แกเนลล์ของเซลล์ต่างๆ เช่น เดสโมโซมกับไซโตสเกเลตัน ^{[ 22 ]}
• โปรตีนกรดไฟบริลลารีของเซลล์เกลีย (GFAP) พบได้ในเซลล์แอสโทรไซต์และเซลล์เกลียชนิด
• เพอริเฟอรินพบในเซลล์ประสาทส่วนปลาย
• ไวเมนตินซึ่งเป็นโปรตีน IF ที่กระจายตัวอย่างกว้างขวางที่สุด สามารถพบได้ในไฟโบรบลาสต์เม็ดเลือดขาวและเซลล์บุผนัง หลอดเลือด พวกมันช่วยพยุงเยื่อหุ้มเซลล์ รักษาออร์แกเนลล์ บางชนิด ให้อยู่ในตำแหน่งคงที่ภายในไซโตพลาสซึมและส่งสัญญาณตัวรับเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังนิวเคลียส ^{[ 6 ]}
• ซินโคอิลินเป็นโปรตีน IF ประเภท III ที่ผิดปกติ ^{[ 23 ]}

• อัลฟา-อินเตอร์เน็กซิน
• นิวโรฟิลาเมนต์ – ตระกูลฟิลาเมนต์ระดับกลางประเภท IV ที่พบได้ในความเข้มข้นสูงตามแกนแอกซอนของเซลล์ประสาทของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ^{[ 24 ]}
• ไซเนมิน
• ซินโคอิลิน

• ลามินส์

ลามินเป็นโปรตีนเส้นใยที่มีหน้าที่เชิงโครงสร้างในนิวเคลียสของเซลล์

ในเซลล์สัตว์มีลามินชนิด A และชนิด B ซึ่งแตกต่างกันในความยาวและค่า pI เซลล์มนุษย์มีสามยีนที่ถูกควบคุมแตกต่างกัน ลามินชนิด B พบได้ในทุกเซลล์ ลามินชนิดB1และB2 ถูกสร้างขึ้นจากยีน LMNB1 และ LMNB2 บน 5q23 และ 19q13 ตามลำดับ ลามินชนิด A จะถูกสร้างขึ้นหลังจาก การเกิดแกสตรูเลชันเท่านั้นลามิน A และ C เป็นลามินชนิด A ที่พบได้บ่อยที่สุด และเป็นรูปแบบการตัดต่อของยีน LMNA ที่พบที่ 1q21

โปรตีนเหล่านี้จะกระจายตัวอยู่ในสองบริเวณของส่วนประกอบนิวเคลียส ได้แก่ นิวเคลียร์ลามินา ซึ่งเป็นชั้นโครงสร้างโปรตีนที่อยู่ใต้พื้นผิวด้านในของเยื่อหุ้มนิวเคลียสและกระจายอยู่ทั่วทั้งนิวเคลโอพลาสม์ในนิวเคลโอพลาสมิกวีลด์

เมื่อเปรียบเทียบโปรตีนลามินกับโปรตีนโครงสร้างเซลล์ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง พบว่าโปรตีนลามินมีกรดอะมิโนเพิ่มอีก 42 ตัว (หกเฮปทาด) ภายในคอยล์ 1b โดเมนส่วนปลายด้านคาร์บอกซิลประกอบด้วยสัญญาณระบุตำแหน่งในนิวเคลียส (NLS) โดเมนคล้าย Ig-fold และในกรณีส่วนใหญ่จะมีกล่อง CaaX ที่ปลายด้านคาร์บอกซิลซึ่งถูกไอโซพรีนิลเลตและคาร์บอกซีเมทิลเลต (ลามิน C ไม่มีกล่อง CAAX) ลามิน A จะถูกประมวลผลเพิ่มเติมเพื่อกำจัดกรดอะมิโน 15 ​​ตัวสุดท้ายและซิสเทอีนที่ถูกฟาร์เนซิเลต

ในระหว่างการแบ่งเซลล์ ลามินจะถูกฟอสโฟรีเลตโดย MPF ซึ่งขับเคลื่อนการแยกส่วนของลามินาและเยื่อหุ้มนิวเคลียส^{[ 6 ]}

• เส้นใยลูกปัด: ฟิเลนซิน , ฟาคินิน^{[ 6 ]}
• เนสติน (เคยถูกเสนอให้จัดประเภทใหม่ แต่เนื่องจากความแตกต่าง จึงยังคงเป็นโปรตีน IF ประเภท VI) ^{[ 25 ]}

เฉพาะสัตว์มีกระดูกสันหลัง เกี่ยวข้องกับประเภท I-IV ใช้เพื่อบรรจุโปรตีน IF ที่เพิ่งค้นพบอื่นๆ ที่ยังไม่ได้กำหนดประเภท^{[ 26 ]}

ที่เยื่อหุ้มพลาสมาเคราตินหรือเดสมินบางส่วนจะทำปฏิกิริยากับเดสโมโซม (การยึดเกาะระหว่างเซลล์) ผ่านทางเดสโมพลาคินและเฮมิเดสโมโซม (การยึดเกาะระหว่างเซลล์กับเมทริกซ์) ผ่านทางสมาชิกอื่นๆ ในกลุ่มโปรตีนพลาคิน^{[ 27 ]}

ฟิลาแกรินจับกับเส้นใยเคราตินในเซลล์ผิวหนังเพล็กตินเชื่อมโยงไวเมนตินกับเส้นใยไวเมนตินอื่นๆ รวมถึงไมโครฟิลาเมนต์ ไมโครทูบูล และไมโอซิน II ไคเนซินกำลังอยู่ระหว่างการวิจัยและมีข้อเสนอแนะว่าอาจเชื่อมโยงไวเมนตินกับทูบูลินผ่านโปรตีนมอเตอร์

เส้นใยเคราตินในเซลล์เยื่อบุผิวเชื่อมต่อกับเดสโมโซม (เดสโมโซมทำหน้าที่เชื่อมต่อโครงสร้างเซลล์เข้าด้วยกัน) ผ่านทางพลาโคโกลบินเดสโมพลาคินเด สโมก ลีนและเดสโมคอลลินในขณะ ที่เส้นใย เดสมินเชื่อมต่อกันในลักษณะเดียวกันในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ

• โรคกล้ามเนื้อหัวใจห้องขยาย (DCM) การกลายพันธุ์ในยีนDES ^{[ 28 ]}
• โรคกล้ามเนื้อหัวใจผิดปกติที่ทำให้เกิดภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ (ACM) การกลายพันธุ์ในยีนDES ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}
• โรคกล้ามเนื้อหัวใจตีบ (RCM) การกลายพันธุ์ในยีนDES ^{[ 33 ]}
• โรคกล้ามเนื้อหัวใจไม่กระชับ การกลายพันธุ์ในยีนDES ^{[ 34 ] [ 35 ]}
• โรคกล้ามเนื้อหัวใจร่วมกับโรคกล้ามเนื้อโครงร่าง ( DES ) ^{[ 36 ]}
• Epidermolysis bullosa เริม ; การกลายพันธุ์ของเคราติน 5หรือเคราติน 14
• โรคกลุ่มลามิโนพาธีเป็นกลุ่มโรคที่เกิดจากการกลายพันธุ์ในโปรตีนลามินในนิวเคลียส ซึ่งรวมถึงกลุ่มอาการฮัทชินสัน-กิลฟอร์ด โปรเจเรียและโรคไขมันสะสมผิดปกติหลายชนิด รวมถึงโรคกล้ามเนื้อหัวใจผิดปกติ เป็นต้น

โปรตีน IF พบได้ทั่วไปในสัตว์ในรูปแบบของนิวเคลียร์ลามิน ไฮดรามี "เนมาโตซิลิน" เพิ่มเติมที่ได้มาจากลามิน IF ในไซโตพลาสซึม (ประเภท I–IV) พบได้เฉพาะในBilateria เท่านั้น และเกิดขึ้นจาก เหตุการณ์ การจำลองยีนที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียร์ลามิน "ประเภท V" นอกจากนี้ ยูคาริโอตประเภทอื่นๆ ที่หลากหลายยังมีลามิน ซึ่งบ่งชี้ถึงต้นกำเนิดของโปรตีนในยุคแรก^{[ 26 ]}

ไม่มีคำจำกัดความที่ชัดเจนของ "โปรตีนเส้นใยระดับกลาง" ในแง่ที่ว่าคำจำกัดความตามขนาดหรือรูปร่างไม่ครอบคลุมกลุ่มโมโนฟิเลติกการรวมโปรตีนที่ผิดปกติ เช่น ลามินแบบลูกปัดที่สร้างเครือข่าย (ประเภท VI) ทำให้การจำแนกประเภทในปัจจุบันกำลังเคลื่อนไปสู่กลุ่มที่ประกอบด้วยนิวเคลียร์ลามินและลูกหลานจำนวนมาก ซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยความคล้ายคลึงกันของลำดับรวมถึงโครงสร้างของเอ็กซอน โปรตีนที่มีหน้าที่คล้ายกันนอกกลุ่มนี้ เช่นเครสเซนตินอัลวีโอลิน เตทริน และอีพิพลาสมิน จึงเป็นเพียง "โปรตีนคล้าย IF" เท่านั้น พวกมันน่าจะเกิดขึ้นผ่านวิวัฒนาการแบบลู่เข้า^{[ 26 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ โปรตีนเส้นใยระดับกลาง บริเวณขดเกลียว

• Intermediate+Filament+Proteins ที่ หัวข้อทางการแพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา