โครงสร้างผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ของเชื้อรา

เปลือกหุ้มเซลล์ของเชื้อรามีสองชั้นหลัก ได้แก่ ผนังเซลล์ภายนอกที่สร้างขึ้นส่วนใหญ่จากไคตินและเบต้า-กลูแคนซึ่งเชื่อมโยงกับแมนโนโปรตีน และใต้ลงไปคือเยื่อหุ้มพลาสมาซึ่งมีเออร์โกสเตอรอลเป็นสเตอรอลหลัก ผนังเซลล์ให้รูปร่าง ความแข็งแรงเชิงกล และการป้องกันความเครียดออสโมติกแก่เซลล์ ในขณะที่เยื่อหุ้มเออร์โกสเตอรอลควบคุมความลื่นไหลและการขนส่ง เนื่องจากทั้งสองชั้นมีโมเลกุลที่ไม่มีอยู่ในเซลล์มนุษย์หรือแตกต่างจากเซลล์มนุษย์ จึงเป็นเป้าหมายหลักของยาต้านเชื้อรา

Definition

ผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ของเชื้อราประกอบกันเป็นเปลือกหุ้มเซลล์ของเชื้อรา: ผนังด้านนอกที่ประกอบด้วยไคตินและพอลิแซ็กคาไรด์เบต้า-กลูแคนซึ่งเชื่อมโยงกับแมนโนโปรตีน ล้อมรอบเยื่อหุ้มพลาสมาซึ่งมีสเตอรอลที่เป็นลักษณะเฉพาะคือเออร์โกสเตอรอล แทนที่จะเป็นคอเลสเตอรอลของเซลล์สัตว์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมองค์ประกอบโมเลกุลและการจัดเรียงเป็นชั้นของผนังเซลล์เชื้อรา (ไคติน, เบต้า-1,3- และเบต้า-1,6-กลูแคน, แมนโนโปรตีน) บทบาทของเออร์โกสเตอรอลในเยื่อหุ้มพลาสมา การส่งสัญญาณความสมบูรณ์ของผนังเซลล์ที่รักษาเปลือกหุ้มภายใต้ความเครียด และวิธีที่โครงสร้างเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นเป้าหมายเฉพาะของยาต้านเชื้อรา นี่คือชีววิทยาอ้างอิงและไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• พอลิเมอร์ใดบ้างที่ประกอบเป็นผนังเซลล์ของเชื้อรา และมีการจัดเรียงอย่างไร?
• เออร์โกสเตอรอลแตกต่างจากเยื่อหุ้มเซลล์ของโฮสต์อย่างไร?
• เซลล์รักษาสภาพความสมบูรณ์ของผนังเซลล์ภายใต้ความเครียดได้อย่างไร?
• องค์ประกอบของเปลือกหุ้มเซลล์ใดบ้างที่ถูกนำมาใช้เป็นเป้าหมายเฉพาะของยาต้านเชื้อรา?

Key concepts

• ไคติน
• เบต้า-1,3-กลูแคน และ เบต้า-1,6-กลูแคน
• แมนโนโปรตีน
• สถาปัตยกรรมผนังเซลล์แบบเป็นชั้น
• เออร์โกสเตอรอล
• ความลื่นไหลของเยื่อหุ้มพลาสมา
• วิถีการส่งสัญญาณความสมบูรณ์ของผนังเซลล์ (CWI)
• เป้าหมายเฉพาะของยาต้านเชื้อรา (เออร์โกสเตอรอล, เบต้า-กลูแคนซินเทส)

Mechanisms

ผนังเซลล์ของเชื้อราถูกสร้างขึ้นเป็นชั้นๆ: โครงสร้างภายในที่รับน้ำหนักเชิงกลซึ่งประกอบด้วยไคติน (พอลิเมอร์ของ N-acetylglucosamine) และเบต้า-1,3-กลูแคน จะเชื่อมโยงผ่านเบต้า-1,6-กลูแคนไปยังชั้นนอกของแมนโนโปรตีนซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิว พอลิเมอร์เหล่านี้ถูกสังเคราะห์โดยเอนไซม์ที่ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ เช่น ไคตินซินเทสและเบต้า-1,3-กลูแคนซินเทส เยื่อหุ้มพลาสมาที่อยู่ใต้ผนังเซลล์ใช้เออร์โกสเตอรอลเป็นสเตอรอลหลัก ซึ่งกำหนดความลื่นไหลของเยื่อหุ้มเซลล์และกิจกรรมของโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ เมื่อผนังเซลล์ถูกรบกวน วิถีการส่งสัญญาณความสมบูรณ์ของผนังเซลล์จะรับรู้ความเครียดที่พื้นผิวและกระตุ้นการปรับโครงสร้างและการสังเคราะห์ทางชีวภาพเพื่อชดเชยเพื่อรักษาเปลือกหุ้มเซลล์

Clinical relevance

ยาต้านเชื้อราหลายกลุ่มออกฤทธิ์ต่อเปลือกหุ้มเซลล์นี้: อะโซลและอัลลิลามีนยับยั้งการสังเคราะห์เออร์โกสเตอรอล, โพลีอีนจับกับเออร์โกสเตอรอลโดยตรง, และเอคิโนแคนดินยับยั้งเบต้า-1,3-กลูแคนซินเทส องค์ประกอบของผนังเซลล์ยังได้รับการจดจำโดยระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์ รายการนี้อธิบายว่าทำไมโครงสร้างเหล่านี้จึงเป็นเป้าหมายของยาและลิแกนด์ทางภูมิคุ้มกัน; ไม่ได้ให้ข้อมูลการให้ยาหรือคำแนะนำในการรักษา

Evidence & guidelines

คำอธิบายในที่นี้ได้มาจากบทความทบทวนวรรณกรรมปัจจุบันเกี่ยวกับชีววิทยาของผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ของเชื้อรา และจากตำราเรียนวิชาเชื้อราวิทยามาตรฐาน; โดยสรุปฉันทามติเชิงกลไกมากกว่าผลลัพธ์จากการทดลองทางคลินิก

History

งานวิจัยทางชีวเคมีในยุคแรกได้ยืนยันว่าไคตินและกลูแคนเป็นพอลิเมอร์โครงสร้างของผนังเซลล์เชื้อรา และเออร์โกสเตอรอลเป็นสเตอรอลลักษณะเฉพาะของเยื่อหุ้มเซลล์ การศึกษาทางโมเลกุลและพันธุกรรมในเชื้อราต้นแบบในภายหลังได้ระบุเอนไซม์สังเคราะห์และวิถีการส่งสัญญาณความสมบูรณ์ของผนังเซลล์ ในขณะที่การพัฒนายาโพลีอีน, อะโซล, อัลลิลามีน และเอคิโนแคนดินในทางคลินิกได้เชื่อมโยงแต่ละชั้นของเปลือกหุ้มเซลล์เข้ากับกลยุทธ์การรักษาเฉพาะ

Key figures

• Neil A. R. Gow
• Jean-Paul Latge
• David E. Levin

Seminal works

• gow-2017
• levin-2011

Frequently asked questions

ผนังเซลล์ของเชื้อราประกอบด้วยอะไรบ้าง?

ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไคตินและเบต้า-กลูแคน (เบต้า-1,3- และเบต้า-1,6-กลูแคน) ที่เชื่อมโยงกับแมนโนโปรตีน จัดเรียงเป็นชั้นๆ ซึ่งให้รูปร่างแก่เซลล์และป้องกันความเครียดออสโมติก

ทำไมเออร์โกสเตอรอลจึงมีความสำคัญ?

เออร์โกสเตอรอลเป็นสเตอรอลหลักของเยื่อหุ้มเซลล์เชื้อรา ทำหน้าที่เช่นเดียวกับคอเลสเตอรอลในเซลล์สัตว์ เนื่องจากแตกต่างจากคอเลสเตอรอล จึงเป็นเป้าหมายเฉพาะสำหรับยาต้านเชื้อราหลายกลุ่ม