แอคตินฟิลาเมนต์และเซลล์คอร์เทกซ์

แอคตินฟิลาเมนต์เป็นพอลิเมอร์ที่มีพลวัตซึ่งก่อตัวเป็นเครือข่ายใต้เยื่อหุ้มเซลล์ หรือเซลล์คอร์เทกซ์ ทำหน้าที่กำหนดรูปร่างของพื้นผิวเซลล์และขับเคลื่อนการเคลื่อนที่

Definition

แอคตินฟิลาเมนต์เป็นพอลิเมอร์แบบเกลียวของโปรตีนแอคติน ซึ่งเมื่อรวมกับโปรตีนควบคุมและโปรตีนมอเตอร์ จะก่อตัวเป็นเซลล์คอร์เทกซ์และโครงสร้างอื่นๆ ที่ขับเคลื่อนรูปร่างและการเคลื่อนที่ของเซลล์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและขั้วของแอคตินฟิลาเมนต์ พลวัตของการก่อตัวและการประกอบตัวของแอคติน โปรตีนหลายชนิดที่ควบคุมการทำงานของแอคติน การจัดระเบียบของเซลล์คอร์เทกซ์ที่อุดมด้วยแอคติน และบทบาทของแอคตินในการสร้างส่วนยื่น การยึดเกาะ และรูปร่างของเซลล์

Core questions

• โมโนเมอร์ของแอคตินรวมตัวกันเป็นฟิลาเมนต์ที่มีขั้วได้อย่างไร
• อะไรเป็นตัวควบคุมว่าแอคตินฟิลาเมนต์จะเติบโตที่ไหนและเมื่อไหร่
• เซลล์คอร์เทกซ์จัดระเบียบอยู่ใต้เยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างไร
• แอคตินขับเคลื่อนการสร้างส่วนยื่น เช่น lamellipodia และ filopodia ได้อย่างไร

Key theories

การรวมตัวของแอคตินและการหมุนเวียน (treadmilling)

แอคตินฟิลาเมนต์มีขั้วและเติบโตเร็วกว่าที่ปลายด้านหนึ่งมากกว่าอีกด้านหนึ่ง ทำให้เกิดการหมุนเวียนและการรวมตัวที่ถูกควบคุม ซึ่งเมื่อรวมกับโปรตีนนิวคลีเอเตอร์และโปรตีนปิดปลาย จะสร้างแรงผลักที่ขอบเซลล์

Mechanisms

โมโนเมอร์ของแอคตินจะรวมตัวกันเป็นฟิลาเมนต์ที่มีขั้ว โดยมีปลายด้านบวกที่เติบโตเร็วและปลายด้านลบที่เติบโตช้ากว่า และจะไฮโดรไลซ์ ATP ที่จับอยู่หลังจากรวมตัวเข้าด้วยกัน โปรตีนนิวคลีเอเตอร์ เช่น คอมเพล็กซ์ Arp2/3 และฟอร์มิน จะเริ่มต้นการก่อตัวของฟิลาเมนต์ ในขณะที่โปรตีนที่ทำหน้าที่ปิดปลาย ตัด และเชื่อมโยงกันจะช่วยจัดรูปร่างของเครือข่าย ใต้เยื่อหุ้มเซลล์ เครือข่ายแอคตินคอร์เทกซ์ที่หนาแน่นจะควบคุมกลไกของพื้นผิว การรวมตัวเฉพาะที่ผลักดันให้เกิดส่วนยื่นคล้ายแผ่น (lamellipodia) และส่วนยื่นคล้ายหนาม (filopodia) ซึ่งขับเคลื่อนการเคลื่อนที่แบบคืบคลานและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์

Clinical relevance

แอคตินคอร์เทกซ์ควบคุมรูปร่างของเซลล์ พลวัตของพื้นผิว และการเคลื่อนที่แบบคืบคลาน และเป็นหัวใจสำคัญในการทำความเข้าใจกลไกและการเคลื่อนย้ายของเซลล์ การรักษาในที่นี้เป็นเพียงการอธิบายและไม่ได้เป็นการแนะนำการรักษา

History

การศึกษาทางชีวเคมีและจุลทรรศน์อย่างละเอียดในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 และต้นศตวรรษที่ 21 รวมถึงผลงานของ Pollard และ Borisy ได้แสดงให้เห็นว่าแอคตินรวมตัวกันเป็นพอลิเมอร์ได้อย่างไร และโปรตีนนิวคลีเอเตอร์และโปรตีนควบคุมสร้างเครือข่ายคอร์เทกซ์ที่มีพลวัตซึ่งขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ได้อย่างไร

Key figures

• Thomas Pollard
• Gary Borisy
• Marie-France Carlier

Seminal works

• pollard2003
• alberts2014

Frequently asked questions

เซลล์คอร์เทกซ์คืออะไร

เป็นชั้นหนาแน่นของแอคตินฟิลาเมนต์และโปรตีนที่เกี่ยวข้องซึ่งอยู่ใต้เยื่อหุ้มเซลล์โดยตรง ทำหน้าที่ควบคุมรูปร่างและคุณสมบัติทางกลของพื้นผิวเซลล์

แอคตินผลักเยื่อหุ้มเซลล์ออกไปข้างนอกได้อย่างไร

หน่วยย่อยของแอคตินใหม่จะเพิ่มเข้าที่ปลายฟิลาเมนต์ที่ชี้ไปทางเยื่อหุ้มเซลล์ และฟิลาเมนต์ที่กำลังเติบโตจะดันเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อสร้างส่วนยื่น เช่น lamellipodia และ filopodia