MICROFILAMENTS: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, BỆNH LÝ - SINH HỌC - 2026

Các vi sợi hoặc sợi actin, là một trong ba thành phần chính của bộ xương tế bào của tế bào nhân thực (vi sợi, vi ống và sợi trung gian) và được cấu tạo bởi các sợi nhỏ của một protein gọi là actin (polyme actin).

Ở sinh vật nhân chuẩn, các gen mã hóa các vi sợi actin được bảo tồn rất cao ở tất cả các sinh vật, đó là lý do tại sao chúng thường được sử dụng làm chỉ thị phân tử cho các nghiên cứu khác nhau.

Ảnh chụp các sợi actin của một tế bào bị nhuộm màu (Nguồn: Howard Vindin qua Wikimedia Commons)

Các vi sợi phân bố khắp tế bào, nhưng chúng đặc biệt có nhiều ở vùng bên dưới màng sinh chất, nơi chúng tạo thành một mạng lưới phức tạp và liên kết với các protein đặc biệt khác để tạo thành bộ xương tế bào.

Các mạng vi sợi trong tế bào chất của tế bào động vật có vú được mã hóa bởi hai trong số sáu gen mô tả actin, có liên quan đến động lực của các vi sợi và thậm chí rất quan trọng trong quá trình biệt hóa của tế bào gốc.

Nhiều tác giả đồng ý rằng vi sợi là những protein đa dạng, linh hoạt và quan trọng nhất trong bộ xương tế bào của hầu hết các tế bào nhân thực, và điều quan trọng cần nhớ là chúng không được tìm thấy ở vi sinh vật nhân sơ.

Mặt khác, trong loại tế bào này, có các sợi tương đồng với các vi sợi, nhưng chúng được tạo thành từ một loại protein khác: protein MreB.

Hiện tại, gen mã hóa protein này được cho là gen tổ tiên có thể có của actin ở sinh vật nhân thực. Tuy nhiên, trình tự tương đồng của các axit amin tạo nên protein MreB chỉ là 15% đối với trình tự actin.

Vì chúng là một phần cơ bản của bộ xương tế bào, bất kỳ khiếm khuyết kiểu hình nào ở cả vi ống và sợi trung gian và vi sợi actin (bộ xương tế bào) đều có thể gây ra các bệnh lý tế bào và hệ thống khác nhau.

Đặc điểm và cấu trúc

Các vi sợi được tạo thành từ các đơn phân protein họ actin, là các protein co rất nhiều trong tế bào nhân thực, vì chúng cũng tham gia vào quá trình co cơ.

Những sợi này có đường kính từ 5 đến 7 nm, đó là lý do tại sao chúng còn được gọi là sợi mỏng và được tạo thành từ hai dạng actin: dạng cầu (G actin) và dạng sợi (F actin).

Các protein tham gia vào bộ xương tế bào được gọi là γ và β actins, trong khi những protein tham gia vào quá trình co lại thường là α actins.

Tỷ lệ actin hình cầu và actin dạng sợi trong dịch bào phụ thuộc vào nhu cầu của tế bào, vì các vi sợi có cấu trúc đa dạng và rất đa dạng, chúng liên tục phát triển và ngắn lại bằng cách trùng hợp và khử trùng.

G actin là một protein hình cầu nhỏ, được tạo thành từ gần 400 axit amin và có trọng lượng phân tử khoảng 43 kDa.

Các monome G-actin tạo nên các vi sợi được sắp xếp dưới dạng một sợi xoắn, vì mỗi sợi trải qua một lần xoắn khi liên kết với sợi tiếp theo.

G actin liên kết với một phân tử Ca2 + và một phân tử khác của ATP, giúp ổn định dạng cầu của nó; trong khi F-actin thu được sau khi thủy phân photphat tận cùng của phân tử ATP thành G-actin, góp phần vào quá trình trùng hợp.

Cơ quan

Các sợi actin có thể được tổ chức thành "bó" hoặc "mạng" có các chức năng khác nhau trong tế bào. Các bó tạo thành các cấu trúc song song được liên kết bằng các cầu ngang khá cứng.

Mặt khác, mạng là những cấu trúc lỏng lẻo hơn, giống như những mắt lưới ba chiều với các đặc tính của gel bán rắn.

Có nhiều protein liên kết với sợi actin hoặc vi sợi và được gọi là ABP (protein liên kết actin), có các vị trí cụ thể cho nó.

Nhiều loại protein này cho phép các vi sợi tương tác với hai thành phần khác của bộ xương: vi ống và các sợi trung gian, cũng như với các thành phần khác ở mặt trong của màng sinh chất.

Các protein khác mà vi sợi tương tác với bao gồm laminae nhân và spectrin (trong tế bào hồng cầu).

Các sợi actin được hình thành như thế nào?

Vì các monome actin hình cầu luôn liên kết theo cùng một cách, hướng theo cùng một hướng, các vi sợi có một cực xác định, với hai đầu: một đầu "nhiều hơn" và một đầu "ít hơn".

Tính phân cực của các sợi này rất quan trọng, vì chúng phát triển nhanh hơn đáng kể ở đầu dương, nơi các monome G-actin mới được thêm vào.

Biểu diễn đồ họa của sự hình thành vi sợi actin (Nguồn: tác phẩm phái sinh: Retama (talk) Thin_filament_formation.svg: Mikael Häggström qua Wikimedia Commons)

Điều đầu tiên diễn ra trong quá trình trùng hợp các sợi actin là một quá trình được gọi là "tạo mầm", bao gồm sự liên kết của ba đơn phân của protein.

Các monome mới được thêm vào trimer này ở cả hai đầu, để dây tóc phát triển. Các đơn phân G-actin có khả năng thủy phân ATP với mỗi liên kết, điều này có ý nghĩa đối với tốc độ trùng hợp, vì các phần tử actin-ATP phân ly khó khăn hơn các phần tử actin-ADP.

ATP không cần thiết cho quá trình trùng hợp và vai trò cụ thể của quá trình thủy phân của nó vẫn chưa được làm sáng tỏ.

Một số tác giả cho rằng, vì các sự kiện trùng hợp actin có thể thuận nghịch nhanh chóng, nên ATP liên quan đến các quá trình này có thể chiếm tới 40% tổng doanh thu tế bào của phân tử năng lượng này.

Quy định

Cả quá trình trùng hợp của các sợi actin và quá trình khử phân tử của chúng đều là những quá trình được điều chỉnh chặt chẽ bởi một loạt các protein cụ thể, chịu trách nhiệm cho việc tái tạo lại các sợi.

Ví dụ về các protein điều hòa quá trình khử phân tử là cofilin yếu tố khử trùng hợp actin. Một protein khác, profilin, có chức năng ngược lại, vì nó kích thích sự liên kết của các đơn phân (bằng cách kích thích sự trao đổi ADP thành ATP).

Đặc trưng

Các vi sợi tương tác với các sợi myosin liên kết với các protein xuyên màng có một vùng nằm trong tế bào và vùng khác ở bên ngoài tế bào, do đó tham gia vào các quá trình di chuyển của tế bào.

Các vi sợi này liên kết với màng sinh chất làm trung gian cho các phản ứng khác nhau của tế bào đối với các loại kích thích khác nhau. Ví dụ, sự kết dính của tế bào trong các mô biểu mô được thúc đẩy bởi các protein xuyên màng được gọi là cadherins, tương tác với các vi sợi để tuyển chọn các yếu tố đáp ứng.

Các sợi actin tương tác với các sợi trung gian để tạo ra các kích thích ngoại bào được truyền đến các vị trí quan trọng như ribosome và nhiễm sắc thể trong nhân.

Biểu diễn chức năng vận động nội bào của vi sợi actin (Nguồn: Boumphreyfr qua Wikimedia Commons)

Một chức năng cổ điển và được nghiên cứu kỹ lưỡng của vi sợi là khả năng tạo thành "cầu nối", "đường ray" hoặc "đường cao tốc" cho sự di chuyển của protein vận động myosin I, có khả năng tải các túi vận chuyển từ các bào quan đến màng. huyết tương trong các con đường bài tiết.

Các vi sợi cũng tương tác với myosin II để thiết lập vòng co bóp hình thành trong quá trình tạo tế bào, chính xác là trong giai đoạn cuối của quá trình phân chia tế bào, trong đó tế bào được tách ra khỏi tế bào gốc và tế bào con.

Nói chung, các vi sợi F-actin điều chỉnh sự phân bố của một số bào quan như phức hợp Golgi, lưới nội chất và ti thể. Hơn nữa, chúng cũng tham gia vào việc định vị không gian của mRNA để chúng được đọc bởi ribosome.

Toàn bộ bộ vi sợi tế bào, đặc biệt là những sợi liên quan chặt chẽ với màng sinh chất, tham gia vào việc hình thành các màng nhấp nhô của tế bào có chuyển động tích cực liên tục.

Chúng cũng tham gia vào việc hình thành các vi nhung mao và các vết sưng thông thường khác trên bề mặt của nhiều tế bào.

Ví dụ về các chức năng trong gan

Các vi sợi tham gia vào quá trình bài tiết mật trong tế bào gan (tế bào gan) và cả trong các chuyển động nhu động (phối hợp co bóp) của các ống gan.

Chúng góp phần vào sự khác biệt của các miền màng sinh chất nhờ sự liên kết của chúng với các phần tử tế bào khác nhau và sự kiểm soát mà chúng thực hiện đối với địa hình của các phần tử nội bào này.

Bệnh lý liên quan

Có rất ít bệnh liên quan đến các khiếm khuyết cơ bản trong cấu trúc hoặc với các protein và enzym điều hòa trong quá trình tổng hợp vi sợi, mặc dù thực tế là chúng liên quan trực tiếp đến một số lượng lớn các chức năng.

Tỷ lệ bệnh tật và dị tật thấp trong cấu trúc cơ bản của vi sợi là do nói chung, có nhiều gen mã hóa cả actin và các protein điều hòa của nó, một hiện tượng được gọi là “dư thừa di truyền”.

Một trong những bệnh lý được nghiên cứu nhiều nhất là sự thủy tinh hóa của tế bào trứng trên bộ xương của chúng, nơi quan sát thấy sự gián đoạn trong mạng lưới các vi sợi vỏ não, cũng như sự khử phân tử và sự vô tổ chức của các vi ống của thoi phân bào.

Nói chung, quá trình thủy tinh hóa này gây ra sự phân tán nhiễm sắc thể, vì nó dẫn đến sự sắp xếp lại sự nén chặt của tất cả các nhiễm sắc thể.

Các tế bào có tổ chức và tỷ lệ vi sợi lớn hơn trong bộ xương tế bào của chúng là tế bào của cơ vân, do đó, hầu hết các bệnh lý đều liên quan đến trục trặc của bộ máy co bóp.

Các vi sợi bị lỗi hoặc không điển hình cũng có liên quan đến bệnh của xương được gọi là bệnh Paget.

Người giới thiệu

1. Aguilar-Cuenca, R., Llorente-González, C., Vicente, C., & Vicente-Manzanares, M. (2017). Động lực kết dính phối hợp vi sợi thúc đẩy sự di chuyển của tế bào đơn lẻ và định hình các mô toàn bộ. F1000 Nghiên cứu, 6.
2. Dos Remedios, CG, Chhabra, D., Kekic, M., Dedova, IV, Tsubakihara, M., Berry, DA, & Nosworthy, NJ (2003). Các protein liên kết actin: điều hòa các vi tế bào. Nhận xét Sinh lý, 83 (2), 433-473.
3. Guo, H., Fauci, L., Shelley, M., & Kanso, E. (2018). Tính ổn định trong việc đồng bộ hóa các vi sợi được kích hoạt. Tạp chí Cơ học chất lỏng, 836, 304-323.
4. Lanza, R., Langer, R., & Vacanti, JP (Eds.). (2011). Nguyên lý của kỹ thuật mô. Báo chí học thuật.
5. Robbins, J. (2017). Các bệnh của bộ xương tế bào: The Desminopathies. Trong bệnh cơ tim ở trẻ em và thanh niên (trang 173-192). Báo chí Học thuật.