Bộ xương tế bào và hình dạng tế bào

Bộ xương tế bào là mạng lưới năng động gồm các sợi protein cung cấp sức mạnh cơ học cho tế bào, xác định hình dạng, tổ chức bên trong và thúc đẩy sự vận động cũng như phân chia của tế bào. Nó bao gồm ba hệ thống sợi chính: sợi actin, vi ống và sợi trung gian, mỗi loại có các đặc tính cơ học và protein đối tác riêng biệt, cùng nhau cho phép tế bào chống lại biến dạng, thay đổi hình dạng, vận chuyển vật chất và di chuyển.

Definition

Bộ xương tế bào là hệ thống nội bào gồm các sợi actin, vi ống và sợi trung gian, cùng với các protein vận động và điều hòa liên quan, cung cấp hỗ trợ cơ học, xác định và thay đổi hình dạng tế bào, cũng như tổ chức sự vận động bên trong và của tế bào.

Scope

Mục này bao gồm ba hệ thống sợi của bộ xương tế bào, sự lắp ráp và động lực học của chúng, các protein vận động và phụ trợ tác động lên chúng, cũng như vai trò của chúng trong hình dạng tế bào, cơ học, vận chuyển nội bào và khả năng vận động. Đây là một chủ đề tham khảo và giáo dục trong sinh học tế bào; sự phân chia và di chuyển của tế bào với tư cách là các quá trình được đề cập trong các mục liên quan, và không có hướng dẫn lâm sàng nào được đưa ra.

Core questions

• Ba hệ thống sợi chính của bộ xương tế bào là gì và chúng khác nhau như thế nào?
• Sự lắp ráp và tháo rời sợi tạo ra lực và thay đổi hình dạng như thế nào?
• Các protein vận động sử dụng bộ xương tế bào để vận chuyển vật chất như thế nào?
• Bộ xương tế bào mang lại hình dạng và cơ học đặc trưng cho tế bào như thế nào?

Key concepts

• Sợi actin (vi sợi)
• Vi ống và tubulin
• Sợi trung gian
• Sự trùng hợp sợi và sự mất ổn định động
• Protein vận động (myosin, kinesin, dynein)
• Vỏ tế bào và hỗ trợ cơ học
• Vận chuyển nội bào dọc theo bộ xương tế bào

Key theories

Động lực học actin và hình dạng tế bào

Pollard và Cooper mô tả cách sự lắp ráp và tháo rời được điều hòa của các sợi actin, được kiểm soát bởi các protein tạo nhân, gắn đầu và cắt, tạo ra các lực đẩy định hình bề mặt tế bào và thúc đẩy sự vận động.

Sợi trung gian như các yếu tố tích hợp cơ học

Herrmann và các cộng sự mô tả các sợi trung gian là các polyme dai, có thể kéo dài, chống lại ứng suất cơ học và tích hợp các đặc tính cơ học của tế bào và mô, khác biệt với các hệ thống actin và vi ống năng động hơn.

Mechanisms

Các monome actin trùng hợp thành các sợi xoắn ốc mà sự phát triển và tháo rời được điều hòa, được kiểm soát bởi các protein tạo nhân, gắn đầu và cắt, đẩy màng để tạo thành các phần lồi và, với các động cơ myosin, tạo ra lực co rút; một vỏ actin dày đặc nằm dưới màng plasma và thiết lập hình dạng và độ cứng của tế bào. Các vi ống, các ống rỗng của tubulin, trải qua sự mất ổn định động và đóng vai trò là đường ray cho các động cơ kinesin và dynein vận chuyển vật chất và định vị các bào quan, và chúng tạo thành thoi phân bào. Các sợi trung gian lắp ráp thành các polyme dai, giống như sợi dây chịu lực căng và cung cấp khả năng phục hồi cơ học cho các tế bào và mô. Cùng nhau, các hệ thống này, được liên kết chéo và phối hợp, xác định hình dạng, cơ học, tổ chức bên trong và khả năng vận động của tế bào.

Clinical relevance

Bộ xương tế bào là nền tảng của cơ học mô và là mục tiêu của một số độc tố tự nhiên và thuốc ổn định hoặc làm mất ổn định các sợi, và các loại sợi trung gian được sử dụng làm dấu hiệu mô học của dòng tế bào. Mục này mô tả sinh học bộ xương tế bào bình thường để tham khảo và giáo dục và không phải là cơ sở cho các quyết định điều trị.

Evidence & guidelines

Thông tin ở đây dựa trên các đánh giá có thẩm quyền về sinh học actin và sợi trung gian và trên các sách giáo khoa tiêu chuẩn; đây là sinh học tế bào mô tả hơn là tài liệu hướng dẫn lâm sàng.

History

Kính hiển vi điện tử vào giữa thế kỷ XX đã tiết lộ các mạng lưới sợi bên trong tế bào, và hóa sinh đã xác định actin, tubulin và các protein sợi trung gian là các khối xây dựng của chúng. Việc phát hiện ra sự mất ổn định động của vi ống và các yếu tố điều hòa sự lắp ráp actin đã thiết lập bộ xương tế bào như một giàn giáo năng động chứ không phải tĩnh, và việc mô tả các động cơ myosin, kinesin và dynein đã giải thích cách nó thúc đẩy vận chuyển và vận động, như được tổng hợp trong các đánh giá của Pollard và Cooper và của Herrmann và các cộng sự.

Key figures

• Thomas D. Pollard
• John A. Cooper
• Harald Herrmann
• Ueli Aebi

Seminal works

• pollard-cooper-2009
• herrmann-2007

Frequently asked questions

Ba loại sợi của bộ xương tế bào là gì?

Sợi actin (vi sợi), định hình bề mặt tế bào và thúc đẩy sự vận động; vi ống, đóng vai trò là đường ray vận chuyển và tạo thành thoi phân bào; và sợi trung gian, cung cấp sức mạnh cơ học.

Bộ xương tế bào di chuyển các vật chất bên trong tế bào như thế nào?

Các protein vận động như kinesin và dynein di chuyển dọc theo vi ống, và myosin di chuyển dọc theo sợi actin, mang các bào quan và túi dưới dạng vật chất và tạo ra lực bằng cách sử dụng năng lượng từ ATP.