Cytoskjelettet består av et dynamisk variabelt nettverk av tre forskjellige proteinfilamenter i cytoplasmaet til celler. De gir struktur, styrke, og indre mobilitet (motilitet) til cellen og til organisatoriske intracellulære enheter som organeller og vesikler. I noen tilfeller stikker filamentene ut av cellen i form av cilia eller flagella for å hjelpe til med cellemotilitet eller retningstransport av fremmedlegemer.
Hva er cytoskelettet?
Cytoskjelettet til humane celler består av tre forskjellige klasser av proteinfilamenter. Mikrofilamenter (aktinfilamenter), 7 til 8 nanometer i diameter og består hovedsakelig av aktin proteiner, tjener til å stabilisere den ytre celleformen og mobiliteten til cellen som en samlet enhet så vel som intracellulære strukturer. I muskelceller muliggjør aktinfilamenter koordinert sammentrekning av muskler. Mellomliggende filamenter, som er omtrent 10 nanometer tykke, tjener også til å gi mekaniske styrke og struktur til cellen. De er ikke involvert i cellemotilitet. Mellomliggende filamenter er sammensatt av forskjellige proteiner og dimerer av proteinene som kombineres for å danne taulignende kveilede bunter (tonofibriller) og er ekstremt rivebestandige strukturer. Mellomliggende filamenter kan deles mellom seg i minst 6 forskjellige typer med forskjellige oppgaver. Den tredje klassen av filamenter består av små rør, mikrotubuli med en ytre diameter på 25 nanometer. De er sammensatt av polymerer av tubulin dimerer og er hovedsakelig ansvarlige for alle typer intracellulær motilitet og for mobiliteten til selve cellene. For å støtte cellens egenmotilitet, kan mikrotubuli danne celleprosesser i form av cilia eller flagella som strekker seg ut av cellen. Nettverket til mikrotubuli er vanligvis organisert fra sentromeren og er utsatt for ekstremt dynamiske endringer.
Anatomi og struktur
Stoffgruppene mikrofilamenter, mellomfilamenter (IF) og mikrotubuli (MT), som alle tre er tilordnet cytoskjelettet, er nesten allestedsnærværende i cytoplasmaet og også i kjernen. De grunnleggende byggesteinene i humane mikrofilamenter eller aktinfilamenter består av 6 isoformaktin proteiner, hver skiller seg bare med noen få aminosyrer. Det monomere aktinproteinet (G-aktin) binder nukleotidet ATP og danner lange molekylære kjeder av aktinmonomerer, hver spalting av en fosfat gruppe, hvorav to kombineres for å danne spiralformede aktinfilamenter. Aktinfilamentene i glatt og striated muskel, i hjertemuskulaturen og de ikke-muskulære aktinfilamentene skiller seg litt fra hverandre. Oppbygging og nedbrytning av aktinfilamenter er underlagt svært dynamiske prosesser og tilpasses kravene. Mellomliggende filamenter er sammensatt av forskjellige strukturelle proteiner og oppnår høy strekkfasthet styrke i et tverrsnitt på omtrent 8 til 11 nanometer. Mellomliggende filamenter er delt inn i fem klasser: sure keratiner, basiske keratiner, desmin-type, neurofilamenter og lamin-type. Mens keratinene finnes i epitelceller, finnes filamentene av desmin-typen i glatte og strierte muskelceller og i hjertemuskelceller. Nevrofilamenter, som er tilstede i praktisk talt alle nevroner, består av proteiner som interneksin, nestin, NF-L, NF-M og andre. Mellomliggende filamenter av lamin-type finnes i alle kjerner i kjernemembranen i karyoplasmaet.
Funksjon og roller
Funksjonen og oppgavene til cytoskelettet er på ingen måte begrenset til strukturell form og stabilitet av celler. Mikrofilamenter, hovedsakelig plassert i retikulære strukturer rett ved siden av plasmamembranen, stabiliserer den ytre formen til celler. Imidlertid danner de også membranfremspring som pseudopodia. Motorproteiner, som mikrofilamentene i muskelcellene består av, gir det nødvendige sammentrekninger av musklene. Den største viktigheten for den mekaniske styrken til cellene er knyttet til de meget strekkende mellomfilamentene. I tillegg utfører de en rekke andre funksjoner. Keratinfilamenter av epitelcellene er indirekte mekanisk forbundet med hverandre via desmosomer, noe som gir hud vev en todimensjonal, matrikslignende, styrke. Via mellomstore filamentassosierte proteiner (IFAP), er IF-ene forbundet med de andre gruppene av stoffer i cytoskelettet, sørger for en viss informasjonsutveksling og for den mekaniske tilsvarende vev. Dette resulterer i ordnede strukturer i cytoskelettet. Enzymer slik som kinaser og fosfataser sikrer rask montering, ombygging og demontering av nettverkene. Ulike typer nevrofilamenter stabiliserer nervevevet. Laminer kontrollerer oppløsningen av cellemembran under celledeling og dens påfølgende rekonstruksjon. Mikrotubuli er ansvarlige for oppgaver som å kontrollere transporten av organeller og vesikler i cellen og organisere kromosomer under mitose. I celler der mikrotubuli danner mikrovilli, cilia, flagella eller flagella, gir MT også motilitet for hele cellen eller håndterer fjerning av slim eller fremmedlegemer, slik som i luftrøret og ytre auditiv kanal.
Sykdommer
Forstyrrelser i metabolismen av cytoskelettet kan enten skyldes genetiske defekter eller fra giftstoffer introdusert fra utsiden. En av de vanligste arvelige sykdommene assosiert med en forstyrrelse i syntesen av et membranprotein for muskler er Duchenne-typen muskeldystrofi. En genetisk defekt resulterer i svikt i å produsere dystrofin, et strukturelt protein som kreves i muskelfibre av striert skjelettmuskulatur. Sykdommen oppstår tidlig barndom med et progressivt kurs. Muterte keratiner kan også føre til alvorlige effekter. Iktyose, den såkalte fiskeskala sykdommen, resulterer i hyperkeratose, en ubalanse mellom produksjon og peeling av hudvekter, på grunn av en eller flere genetiske defekter på kromosom 12. Iktyose er den vanligste, arvelige sykdommen i hud og krever intensiv terapi, som imidlertid bare kan lindre symptomer. Andre genetiske defekter, som føre til en forstyrrelse av metabolismen i nevrofilamentene, forårsaker for eksempel amyotrofisk lateral sklerose (ALS). Noen kjente mykotoksiner (sopptoksiner) som de fra mugg og fluesopp forstyrrer metabolismen av aktinfilament. Colchicines, giftet til høstkrokusog taxol, som ekstraheres fra barlindtrær, brukes spesielt til svulst terapi. De forstyrrer mikrotubuli metabolisme.
