МИКРОФИЛАМЕНТИ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ, ПАТОЛОГИЈА - БИОЛОГИЈА - 2025

У мицрофиламентс или актин филамената, су један од три главне компоненте цитоскелета еукариотских ћелија (мицрофиламентс, микротубула и прелазни филаменти) и састоје малих филамената протеина зове актин (актин полимера).

У еукариотама су гени који кодирају микрофиламенте актина високо очувани у свим организмима, због чега се често користе као молекуларни маркери за студије разних врста.

Фотографију обојене ћелије од актина (Извор: Ховард Виндин преко Викимедиа Цоммонс)

Микрофиламенти су распоређени у цитосолу, али посебно су обилни у регији која лежи испод плазма мембране, где формирају сложену мрежу и удружују се са другим посебним протеинима да би формирали цитоскелет.

Мреже микрофиламента у цитоплазми ћелија сисара кодирају два од шест описаних гена за актин, који су укључени у динамику микрофиламента и чак су веома важни током диференцијације матичних ћелија.

Многи се аутори слажу да су микрофиламенти најразноликији, свестрани и најважнији протеини у цитоскелету већине еукариотских ћелија, и важно је запамтити да се ти не налазе у прокариотским микроорганизмима.

У овој врсти ћелија, с друге стране, постоје нитни који су хомологни микрофиламентима, али који се састоје од другог протеина: протеина МреБ.

Тренутно се сматра да ген који кодира овај протеин може бити могући ген претина за актин у еукариотама. Међутим, хомологија секвенци аминокиселина које чине МреБ протеин је само 15% у односу на актинску секвенцу.

Како су основни део цитоскелета, свака фенотипска оштећења микротубула и интермедијарних филамената и актинских микрофиламента (цитоскелет) могу проузроковати различите ћелијске и системске патологије.

Карактеристике и структура

Микрофиламенти су састављени од протеинских мономера из породице актина, који су високо обилни контрактилни протеини у еукариотским ћелијама, јер такође учествују у контракцији мишића.

Ови филаменти имају пречник између 5 и 7 нм, због чега су познати и као танка влакна и састоје се од два облика актина: глобуларни облик (Г актин) и нитасти облик (Ф актин).

Протеини који учествују у цитоскелету познати су под називом γ и β актини, док су они који учествују у контракцији обично α актини.

Удео глобуларног актина и филаментозног актина у цитосолу зависи од ћелијских потреба, пошто су микрофиламенти врло променљиве и свестране структуре, које непрестано расту и скраћују се полимеризацијом и деполимеризацијом.

Г актин је мали глобуларни протеин, сачињен од готово 400 аминокиселина и молекулске тежине од око 43 кДа.

Мономери Г-актина који чине микрофиламенте су распоређени у облику спиралног низа, јер је сваки подвргнут завоју када је повезан са следећим.

Г актин се повезује са једним молекулом Ца2 + и другим АТП-ом, који стабилише његов глобуларни облик; док се Ф-актин добија након хидролизе терминалног фосфата АТП молекула у Г-актин, што доприноси полимеризацији.

Организација

Актински филаменти се могу организовати у "снопове" или "мреже" који имају различите функције унутар ћелија. Снопови формирају паралелне структуре повезане прилично крутим крижним мостовима.

Мреже су, с друге стране, лабавије структуре, попут тродимензионалних мрежа са својствима получврстих гелова.

Постоји много протеина који се повезују са актинским филаментима или микрофиламентима и познати су као АБП (актински везивни протеини) који за то имају специфична места.

Многи од ових протеина омогућавају микрофиламентима интеракцију са друге две компоненте цитоскелета: микротубуле и интермедијарне филаменте, као и са осталим компонентама на унутрашњем лицу плазма мембране.

Остали протеини са којима микрофиламенти комуницирају укључују нуклеарне ламине и спектрин (у црвеним крвним ћелијама).

Како се формирају актински филаменти?

Пошто се глобуларни мономери актина увек вежу на исти начин, орјентисани у истом правцу, микрофиламенти имају дефинисану поларитет, са два краја: један "више" и један "мање".

Поларитет ових филамената је веома важан, јер они знатно брже расту на свом позитивном крају, где се додају нови Г-актински мономери.

Графички приказ стварања микрофиламента актина (Извор: изведбени рад: Ретама (разговор) Тхин_филамент_форматион.свг: Микаел Хаггстром виа Викимедиа Цоммонс)

Прво што се дешава током полимеризације актинских филамената је процес познат под називом "нуклеација", који се састоји од удруживања три мономера протеина.

У овај тример се додају нови мономери на оба краја, тако да нит расте. Мономери Г-актина су способни да хидролизирају АТП са сваким везивањем, што има импликације на брзину полимеризације, јер се актински-АТП делови дисоцирају с већим потешкоћама од остатака актин-АДП.

АТП није потребан за полимеризацију, а специфична улога његове хидролизе још није расветљена.

Неки аутори сматрају да, будући да су догађаји полимеризације актина брзо реверзибилни, АТП повезан са овим процесима може представљати до 40% укупног ћелијског промета овог енергетског молекула.

Регулација

И полимеризација актинских филамената и њихова деполимеризација су процеси високо регулисани низом специфичних протеина, који су одговорни за преуређивање филамената.

Примери протеина који регулишу деполимеризацију су кофилин са фактором деполимеризације актина. Други протеин, профилин, има супротну функцију, јер подстиче асоцијацију мономера (стимулишући размену АДП за АТП).

Карактеристике

Микрофиламенти делују у интеракцији са миозинским филаментима који су повезани са трансмембранским протеинима који имају домен у цитосолу, а други у ћелијском спољашњости, учествујући тако у процесима ћелијске мобилности.

Ови микрофиламенти повезани са плазма мембраном посредују различите ћелијске одговоре на различите класе стимулуса. На пример, ћелијска адхезија у епителним ткивима је вођена трансмембранским протеинима познатим као кадхерини, који комуницирају са микрофиламентима како би регрутовали факторе одговора.

Актински филаменти делују у интеракцији са интермедијарним филаментима да изазову пренос ванћелијских подражаја на кључна места као што су рибосоми и хромозоми у језгру.

Репрезентација унутарћелијске моторичке функције актинских микрофиламената (Извор: Боумпхреифр путем Викимедиа Цоммонса)

Класична и много проучена функција микрофиламената је њихова способност да формирају "мостове", "шине" или "аутопутеве" за кретање моторног протеина миозина И, који је у стању да утовари транспортне везикуле из органела до мембране. плазма у секреторним путевима.

Микрофиламенти такође делују у интеракцији са миозином ИИ да би успоставили контрактилни прстен који настаје током цитокинезе, тачно у последњем стадијуму ћелије у коме је цитосол одвојен од матичних и кћерних ћелија.

Опћенито, Ф-актински микрофиламенти модулирају расподјелу неких органела као што су Голгијев комплекс, ендоплазматски ретикулум и митохондрије. Поред тога, они такође учествују у просторном позиционирању мРНА, тако да их читају рибосоми.

Читав ћелијски скуп микрофиламената, посебно они који су уско повезани са плазма мембраном, учествују у стварању валовитих мембрана ћелија које имају стално активно кретање.

Такође учествују у стварању микровила и осталих уобичајених избочина на површини многих ћелија.

Пример функција у јетри

Микрофиламенти учествују у процесу излучивања жучи у хепатоцитима (ћелије јетре), као и у перисталтичким покретима (координисано контракција) јетрених канала.

Доприносе диференцијацији домена плазма мембране захваљујући њиховој повезаности са различитим цитосолним елементима и контроли коју врше над топографијом тих унутарћелијских елемената.

Сродне патологије

Мало је болести повезаних са примарним дефектима у структури или са регулаторним протеинима и ензимима у синтези микрофиламената, упркос чињеници да су оне директно укључене у велики број функција.

Ниска стопа болести и малформација у примарној структури микрофиламента је последица чињенице да, генерално, постоји више гена који кодирају и актин и његове регулаторне протеине, феномен познат као "генетска редукција".

Једна од најгледанијих патологија је витрификација ооцита на њиховом цитоскелету где се примећује прекид мреже кортикалних микрофиламената, као и деполимеризација и деорганизација микротубула митотичког вретена.

Опћенито речено, ова витрификација узрокује хромосомску дисперзију, јер доводи до поремећаја у сабијању свих хроматина.

Ћелије које имају већу организацију и удео микрофиламената у свом цитоскелету су ћелије пругастих мишића, тако да је већина патологија повезана са неисправношћу контрактилног апарата.

Неисправни или атипични микрофиламенти такође су повезани са болешћу костију познатом као Пагетова болест.

Референце

1. Агуилар-Цуенца, Р., Ллоренте-Гонзалез, Ц., Виценте, Ц. и Виценте-Манзанарес, М. (2017). Динамика адхезије координирана микрофиламентом покреће миграцију појединих ћелија и обликује целокупно ткиво. Ф1000Ресеарцх, 6.
2. Дос Ремедиос, ЦГ, Цххабра, Д., Кекиц, М., Дедова, ИВ, Тсубакихара, М., Берри, ДА, & Носвортхи, Њ (2003). Протеини који везују актин: регулација цитоскелетних микрофиламената. Физиолошки прегледи, 83 (2), 433-473.
3. Гуо, Х., Фауци, Л., Схеллеи, М., & Кансо, Е. (2018). Бистабилност у синхронизацији активираних микрофиламената. Часопис за механику флуида, 836, 304-323.
4. Ланза, Р., Лангер, Р. и Вацанти, ЈП (ур.). (2011). Принципи инжењерског ткива. Академска штампа.
5. Роббинс, Ј. (2017). Болести цитоскелета: Десминопатхиес. У кардиоскелетним миопатијама код деце и младих (стр. 173-192). Академска штампа.