اسکلت سلولی و شکل سلول
اسکلت سلولی شبکه پویایی از رشتههای پروتئینی است که به سلول استحکام مکانیکی میبخشد، شکل آن را تعیین میکند، فضای داخلی آن را سازماندهی میکند و حرکت و تقسیم را به پیش میبرد. این اسکلت از سه سیستم رشتهای اصلی شامل رشتههای اکتین، میکروتوبولها و رشتههای حدواسط تشکیل شده است که هر یک دارای خواص مکانیکی و پروتئینهای همراه متمایز هستند و در کنار هم به سلولها اجازه میدهند در برابر تغییر شکل مقاومت کنند، شکل خود را تغییر دهند، محموله را جابجا کنند و مهاجرت نمایند.
Definition
اسکلت سلولی سیستم درونسلولی شامل رشتههای اکتین، میکروتوبولها و رشتههای حدواسط است که همراه با پروتئینهای حرکتی و تنظیمی مرتبط با آنها، پشتیبانی مکانیکی را فراهم میکند، شکل سلول را تعیین و تغییر میدهد و حرکت را در داخل و خارج سلول سازماندهی میکند.
Scope
این مدخل به سه سیستم رشتهای اسکلت سلولی، مونتاژ و دینامیک آنها، پروتئینهای حرکتی و جانبی که بر روی آنها عمل میکنند، و نقش آنها در شکل سلول، مکانیک، انتقال درونسلولی و تحرک میپردازد. این یک موضوع مرجع و آموزشی در زیستشناسی سلولی است؛ تقسیم و مهاجرت سلولی به عنوان فرآیندها در مدخلهای مرتبط مورد بررسی قرار میگیرند و هیچ راهنمایی بالینی ارائه نمیشود.
Core questions
- سه سیستم اصلی رشتهای اسکلت سلولی کدامند و چگونه با یکدیگر تفاوت دارند؟
- چگونه مونتاژ و تجزیه رشتهها نیرو تولید کرده و شکل را تغییر میدهد؟
- پروتئینهای حرکتی چگونه از اسکلت سلولی برای انتقال محموله استفاده میکنند؟
- اسکلت سلولی چگونه شکل و مکانیک مشخصه یک سلول را به آن میبخشد؟
Key concepts
- رشتههای اکتین (میکروفیلامنتها)
- میکروتوبولها و توبولین
- رشتههای حدواسط
- پلیمریزاسیون رشته و بیثباتی پویا
- پروتئینهای حرکتی (میوزین، کینزین، داینئین)
- کورتکس سلولی و پشتیبانی مکانیکی
- انتقال درونسلولی در امتداد اسکلت سلولی
Key theories
- دینامیک اکتین و شکل سلول
- پولارد و کوپر توضیح میدهند که چگونه مونتاژ و تجزیه تنظیمشده رشتههای اکتین، کنترلشده توسط هستهسازها و پروتئینهای پوشاننده و برشدهنده، نیروهای رانشی را تولید میکند که سطح سلول را شکل داده و حرکت را به پیش میبرد.
- رشتههای حدواسط به عنوان یکپارچهکنندههای مکانیکی
- هرمان و همکاران رشتههای حدواسط را به عنوان پلیمرهای محکم و کشسان توصیف میکنند که در برابر استرس مکانیکی مقاومت کرده و خواص مکانیکی سلولها و بافتها را یکپارچه میکنند، که از سیستمهای پویاتر اکتین و میکروتوبول متمایز است.
Mechanisms
مونومرهای اکتین به رشتههای هلیکال پلیمریزه میشوند که رشد و تجزیه تنظیمشده آنها، کنترلشده توسط پروتئینهای هستهساز، پوشاننده و برشدهنده، غشا را برای تشکیل برآمدگیها به جلو میراند و با موتورهای میوزین، نیروی انقباضی تولید میکند؛ یک کورتکس متراکم اکتین در زیر غشای پلاسما قرار دارد و شکل و سفتی سلول را تعیین میکند. میکروتوبولها، لولههای توخالی توبولین، دچار بیثباتی پویا میشوند و به عنوان مسیرهایی برای موتورهای کینزین و داینئین عمل میکنند که محموله را جابجا کرده و اندامکها را موقعیتیابی میکنند و در تقسیم سلولی دوک را تشکیل میدهند. رشتههای حدواسط به پلیمرهای محکم و طنابمانند مونتاژ میشوند که کشش را تحمل کرده و انعطافپذیری مکانیکی را برای سلولها و بافتها فراهم میکنند. این سیستمها در کنار هم، با اتصال عرضی و هماهنگی، شکل، مکانیک، سازماندهی داخلی و تحرک سلول را تعیین میکنند.
Clinical relevance
اسکلت سلولی زیربنای مکانیک بافت است و هدف برخی سموم طبیعی و داروهایی است که رشتهها را تثبیت یا بیثبات میکنند، و انواع رشتههای حدواسط به عنوان نشانگرهای بافتشناسی رده سلولی استفاده میشوند. این مدخل زیستشناسی طبیعی اسکلت سلولی را برای مرجع و آموزش توصیف میکند و مبنایی برای تصمیمگیریهای درمانی نیست.
Evidence & guidelines
توضیحات ارائه شده در اینجا بر اساس بررسیهای معتبر زیستشناسی اکتین و رشتههای حدواسط و کتابهای درسی استاندارد است؛ این یک زیستشناسی سلولی توصیفی است تا یک ماده راهنمای بالینی.
History
میکروسکوپ الکترونی در اواسط قرن بیستم شبکههایی از رشتهها را در داخل سلولها آشکار کرد و بیوشیمی، اکتین، توبولین و پروتئینهای رشتههای حدواسط را به عنوان بلوکهای سازنده آنها شناسایی کرد. کشف بیثباتی پویای میکروتوبولها و تنظیمکنندههای مونتاژ اکتین، اسکلت سلولی را به عنوان یک داربست پویا و نه ایستا تثبیت کرد، و توصیف موتورهای میوزین، کینزین و داینئین توضیح داد که چگونه این اسکلت، انتقال و حرکت را به پیش میبرد، همانطور که در بررسیهای پولارد و کوپر و هرمان و همکاران سنتز شده است.
Key figures
- Thomas D. Pollard
- John A. Cooper
- Harald Herrmann
- Ueli Aebi
Related topics
Seminal works
- pollard-cooper-2009
- herrmann-2007
Frequently asked questions
- سه نوع رشته اسکلت سلولی کدامند؟
- رشتههای اکتین (میکروفیلامنتها) که سطح سلول را شکل میدهند و حرکت را به پیش میبرند؛ میکروتوبولها که به عنوان مسیرهای انتقال عمل میکنند و دوک میتوزی را تشکیل میدهند؛ و رشتههای حدواسط که استحکام مکانیکی را فراهم میکنند.
- اسکلت سلولی چگونه مواد را در داخل سلول حرکت میدهد؟
- پروتئینهای حرکتی مانند کینزین و داینئین در امتداد میکروتوبولها حرکت میکنند، و میوزین در امتداد رشتههای اکتین حرکت میکند، اندامکها و وزیکولها را به عنوان محموله حمل کرده و با استفاده از انرژی ATP نیرو تولید میکنند.