SỢI TRUNG GIAN: CẤU TRÚC, LOẠI, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Các sợi trung gian , còn được gọi trong tài liệu là "IFs" (tiếng Anh là trung gian sợi), là một họ các protein dạng sợi không thể bào chế có trong tất cả các tế bào của sinh vật nhân thực đa bào.

Chúng là một phần của bộ xương tế bào, là một mạng lưới dạng sợi nội bào chịu trách nhiệm chính cho việc hỗ trợ cấu trúc tế bào và các quá trình trao đổi chất và sinh lý khác nhau như vận chuyển túi, di chuyển và dịch chuyển tế bào, v.v.

Kính hiển vi miễn dịch huỳnh quang của hai protein thuộc các sợi trung gian của tế bào hình sao (Vimentin và GFAP) (Nguồn: GerryShaw qua Wikimedia Commons)

Cùng với các vi ống và vi sợi, các sợi trung gian tham gia vào tổ chức không gian của các bào quan nội bào, trong các quá trình nội bào và xuất bào, cũng như trong các quá trình phân chia tế bào và giao tiếp giữa các tế bào.

Các sợi trung gian đầu tiên được nghiên cứu và mô tả là keratins, một trong những loại protein đầu tiên có cấu trúc được phân tích bằng nhiễu xạ tia X vào những năm 1930.

Tuy nhiên, khái niệm về sợi trung gian đã được đưa ra vào những năm 1980 bởi Lazarides, người đã mô tả chúng như là những "bộ tích hợp cơ học phức tạp của không gian tế bào", được đặc trưng bởi tính không hòa tan và khả năng tập hợp lại trong ống nghiệm sau khi biến tính.

Chúng được nhiều tác giả coi là yếu tố "đệm" căng thẳng cho tế bào động vật, vì chúng là những sợi mềm dẻo hơn các vi ống và vi sợi. Chúng không chỉ được tìm thấy trong bộ xương tế bào mà còn là một phần của bộ xương nhân.

Không giống như các thành phần sợi khác của bộ xương tế bào, các sợi trung gian không tham gia trực tiếp vào quá trình di chuyển của tế bào, mà có chức năng duy trì cấu trúc và sức đề kháng cơ học của tế bào.

Kết cấu

Nguồn: http://rsb.info.nih.gov/ij/images/

Các sợi trung gian có đường kính xấp xỉ 10 nm, một đặc điểm cấu trúc mà chúng được đặt tên, vì kích thước của chúng nằm giữa các kích thước tương ứng với sợi myosin và actin, nằm trong khoảng từ 25 đến 7 nm. tương ứng.

Chúng khác về cấu trúc so với hai loại sợi tế bào khác, là các polyme của protein hình cầu, ở chỗ các đơn vị cấu thành của chúng là các protein dạng sợi xoắn α có chiều dài riêng biệt, tụ lại với nhau để tạo thành cấu trúc giống như sợi dây.

Tất cả các protein tạo nên các sợi trung gian có tổ chức phân tử giống nhau, bao gồm miền xoắn α hoặc "dây" có số lượng các đoạn "hình thành cuộn" khác nhau có cùng kích thước.

Miền xoắn này được bao bọc bởi một "đầu" không xoắn ở đầu N và một "đuôi" không xoắn ở đầu C, cả hai đều khác nhau về cả kích thước và trình tự axit amin.

Trong trình tự của hai đầu này là các mô-típ đồng thuận chung cho 6 loại sợi trung gian đã biết.

Ở động vật có xương sống, miền "hợp âm" của protein sợi trung gian cytosolic dài khoảng 310 axit amin, trong khi protein tế bào màng ở động vật không xương sống và nhân dài khoảng 350 axit amin.

hội,, tổ hợp

Các sợi trung gian là cấu trúc "tự lắp ráp" không có hoạt tính enzym, điều này cũng phân biệt chúng với các đối tác tế bào của chúng (vi ống và vi sợi).

Những cấu trúc này ban đầu được lắp ráp dưới dạng các tetrame của các protein dạng sợi tạo nên chúng chỉ dưới ảnh hưởng của các cation đơn hóa trị.

Các tetrame này dài 62 nm và các monome của chúng liên kết với nhau theo chiều ngang để tạo thành các sợi dài đơn vị (UFL), được gọi là giai đoạn 1 của quá trình lắp ráp, diễn ra rất nhanh. .

Các UFL là tiền thân của các sợi dài và, vì các chất dimer tạo nên chúng được nối với nhau theo cách đối song và so le, các đơn vị này có miền trung tâm với hai miền cạnh nhau mà qua đó giai đoạn 2 của quá trình giãn dài xảy ra. , nơi sự kết hợp theo chiều dọc của các UFL khác xảy ra.

Trong giai đoạn được gọi là giai đoạn 3 của quá trình lắp ráp, xảy ra sự nén xuyên tâm đường kính của các sợi, tạo ra các sợi trung gian trưởng thành có đường kính lớn hơn hoặc nhỏ hơn 10 nm.

Đặc trưng

Chức năng của các sợi trung gian phụ thuộc đáng kể vào loại tế bào được xem xét và, trong trường hợp động vật (bao gồm cả con người), sự biểu hiện của chúng được điều chỉnh theo cách cụ thể của mô, do đó nó cũng phụ thuộc vào loại mô hơn trong nghiên cứu.

Biểu mô, cơ, tế bào trung mô, tế bào thần kinh đệm và tế bào thần kinh có các loại sợi khác nhau, chuyên biệt theo chức năng của tế bào mà chúng thuộc về.

Trong số những chức năng này, quan trọng nhất là duy trì cấu trúc của tế bào và khả năng chống lại các ứng suất cơ học khác nhau, vì những cấu trúc này có độ đàn hồi nhất định cho phép chúng đệm các loại lực khác nhau tác động lên tế bào.

Các loại sợi trung gian

Các protein tạo nên các sợi trung gian thuộc một họ protein dạng sợi lớn và không đồng nhất, khác nhau về mặt hóa học nhưng chúng được phân biệt thành sáu lớp theo trình tự tương đồng của chúng (I, II, III, IV, V và VI).

Mặc dù không phổ biến lắm nhưng các loại tế bào khác nhau, trong những điều kiện rất cụ thể (phát triển, biến đổi tế bào, tăng trưởng, v.v.) có thể cùng biểu hiện nhiều hơn một lớp protein hình thành sợi trung gian.

Sợi trung gian loại I và II: keratins có tính axit và bazơ

Keratins đại diện cho phần lớn protein trong các sợi trung gian và ở người, chúng đại diện cho hơn 3/4 số sợi trung gian.

Chúng có trọng lượng phân tử thay đổi từ 40 đến 70 kDa và khác với các protein dạng sợi trung gian khác bởi hàm lượng glycine và serine cao.

Chúng được gọi là keratins có tính axit và bazơ vì điểm đẳng điện của chúng, nằm trong khoảng từ 4,9 đến 5,4 đối với keratins có tính axit và từ 6,1 đến 7,8 đối với điểm cơ bản.

Trong hai lớp này, khoảng 30 loại protein đã được mô tả và đặc biệt hiện diện trong các tế bào biểu mô, nơi cả hai loại protein "đồng trùng hợp" và tạo thành các sợi hợp chất.

Nhiều keratins dạng sợi trung gian I được tìm thấy trong các cấu trúc như tóc, móng, sừng, gai và móng vuốt, trong khi keratins lớp II có nhiều nhất trong bào tương.

Sợi trung gian cấp III: Protein loại desmin / vimentin

Desmin là một protein có tính axit 53 kDa, tùy thuộc vào mức độ phosphoryl hóa của nó, có các biến thể khác nhau.

Một số tác giả cũng đã gọi các sợi desmin là "sợi cơ trung gian", vì sự hiện diện của chúng khá hạn chế, mặc dù với số lượng nhỏ, đối với tất cả các loại tế bào cơ.

Trong myofibrils, desmin được tìm thấy ở dòng Z, vì vậy người ta cho rằng protein này góp phần vào chức năng co bóp của các sợi cơ bằng cách hoạt động tại điểm nối của myofibrils và màng sinh chất.

Ảnh chụp nhuộm protein Vimentin, một loại protein của các sợi trung gian của tế bào biểu mô và phôi (Nguồn: Viktoriia Kosach qua Wikimedia Commons)

Đổi lại, vimentin là một loại protein có trong tế bào trung mô. Các sợi trung gian được tạo thành bởi protein này rất linh hoạt và được phát hiện có khả năng chống lại nhiều thay đổi cấu trúc xảy ra trong chu kỳ tế bào.

Nó được tìm thấy trong nguyên bào sợi, tế bào cơ trơn, bạch cầu và các tế bào khác trong hệ tuần hoàn của động vật.

Sợi trung gian loại IV: protein sợi thần kinh

Còn được gọi là "sợi thần kinh", loại sợi trung gian này bao gồm một trong những thành phần cấu trúc cơ bản của sợi trục thần kinh và đuôi gai; chúng thường liên kết với các vi ống cũng tạo nên các cấu trúc này.

Các tế bào thần kinh của động vật có xương sống đã được phân lập, xác định rằng đó là bộ ba protein 200, 150 và 68 kDa tham gia vào quá trình lắp ráp trong ống nghiệm.

Chúng khác với các sợi trung gian khác ở chỗ chúng có các nhánh bên như "phần phụ" chiếu từ ngoại vi của chúng và có chức năng tương tác giữa các sợi lân cận và các cấu trúc khác.

Tế bào thần kinh đệm tạo ra một loại sợi trung gian đặc biệt được gọi là sợi trung gian thần kinh đệm, khác về cấu trúc với sợi thần kinh ở chỗ chúng được cấu tạo từ một protein 51 kDa duy nhất và có các đặc tính hóa lý khác nhau.

Lớp sợi trung gian V: sợi phiến hạt nhân

Tất cả các laminae là một phần của bộ xương nhân thực sự là các protein dạng sợi trung gian. Chúng có trọng lượng phân tử từ 60 đến 75 kDa và được tìm thấy trong nhân của tất cả các tế bào nhân thực.

Chúng cần thiết cho tổ chức bên trong của các vùng nhân và cho nhiều chức năng của bào quan này cần thiết cho sự tồn tại của sinh vật nhân thực.

Sợi trung gian cấp VI: Nestinas

Loại sợi trung gian này nặng khoảng 200 kDa và chủ yếu được tìm thấy trong các tế bào gốc của hệ thần kinh trung ương. Chúng được biểu hiện trong quá trình phát triển tế bào thần kinh.

Bệnh lý liên quan

Có rất nhiều bệnh ở người có liên quan đến các sợi trung gian.

Trong một số loại ung thư, chẳng hạn như u ác tính hoặc ung thư vú, ví dụ, sự đồng biểu hiện của các sợi trung gian của vimentin và keratin dẫn đến sự biệt hóa hoặc chuyển đổi giữa các tế bào biểu mô và trung mô.

Hiện tượng này đã được thực nghiệm chứng minh là làm tăng hoạt động di cư và xâm lấn của tế bào ung thư, có ý nghĩa quan trọng đối với các quá trình di căn đặc trưng của tình trạng này.

Eriksson và cộng sự (2009) xem xét các loại bệnh khác nhau và mối quan hệ của chúng với các đột biến cụ thể trong các gen liên quan đến sự hình thành của sáu loại sợi trung gian.

Các bệnh liên quan đến đột biến trong gen mã hóa hai loại keratin là epidermolysis bullosa, chứng tăng sừng epidermolytic, loạn dưỡng giác mạc, dày sừng và nhiều bệnh khác.

Các sợi trung gian loại III liên quan đến nhiều bệnh cơ tim và các bệnh cơ khác nhau chủ yếu liên quan đến chứng loạn dưỡng. Ngoài ra, chúng cũng là nguyên nhân gây ra bệnh đục thủy tinh thể chi phối và một số loại bệnh xơ cứng.

Nhiều hội chứng và rối loạn thần kinh có liên quan đến u sợi loại IV, chẳng hạn như Parkinson. Tương tự như vậy, các khuyết tật di truyền ở các sợi tơ loại V và VI là nguyên nhân dẫn đến sự phát triển của các bệnh tự thể khác nhau và liên quan đến hoạt động của nhân tế bào.

Ví dụ trong số này là hội chứng progeria Hutchinson-Gilford, chứng loạn dưỡng cơ Emery-Dreifuss, trong số những hội chứng khác.

Người giới thiệu

1. Anderton, BH (1981). Sợi trung gian: một họ cấu trúc tương đồng. Tạp chí Nghiên cứu Cơ và Di động Tế bào, 2 (2), 141–166.
2. Eriksson, JE, Pallari, H., Robert, D., Eriksson, JE, Dechat, T., Grin, B.,… Goldman, RD (2009). Giới thiệu các sợi trung gian: từ phát hiện đến bệnh. Tạp chí Điều tra Lâm sàng, 119 (7), 1763–1771.
3. Fuchs, E., & Weber, K. (1994). Màng trung gian: Cấu trúc, Động lực học, Chức năng và Bệnh tật. Annu. Rev. Biochem. , 63, 345–382.
4. Hendrix, MJC, Seftor, EA, Chu, YW, Trevor, KT & Seftor, REB (1996). Vai trò của các sợi trung gian trong quá trình di cư, xâm nhập và di căn. Đánh giá về Ung thư và Di căn, 15 (4), 507–525.
5. Herrmann, H., & Aebi, U. (2004). Các sợi trung gian: Cấu trúc phân tử, Cơ chế lắp ráp và tích hợp vào các lớp màng nội bào phân biệt về chức năng. Đánh giá hàng năm về Hóa sinh, 73 (1), 749–789.
6. Herrmann, H., & Aebi, U. (2016). Màng trung gian: Cấu trúc và lắp ráp. Các viễn cảnh về Cảng Mùa xuân Lạnh trong Sinh học, 8, 1–22.
7. McLean, I. & Lane, B. (1995). Các sợi trung gian trong bệnh. Ý kiến ​​hiện tại trong sinh học tế bào, 7 (1), 118–125.
8. Steinert, P., & Roop, D. (1988). Sinh học phân tử và tế bào của các sợi trung gian. Đánh giá hàng năm về Hóa sinh, 57 (1), 593–625.
9. Steinert, P., Jones, J., & Goldman, R. (1984). Sợi trung gian. Tạp chí Sinh học Tế bào, 99 (1), 1–6.