Citoskelet je sestavljen iz dinamično spremenljive mreže treh različnih beljakovinskih filamentov v citoplazmi celic. Zagotavljajo strukturo, močin notranja mobilnost (gibljivost) do celice in do organizacijskih znotrajceličnih entitet, kot so organele in vezikule. V nekaterih primerih filamenti štrlijo iz celice v obliki trepalnic ali bičkov, da pomagajo pri gibanju celic ali usmerjenem transportu tujkov.
Kaj je citoskelet?
Citoskelet človeških celic je sestavljen iz treh različnih razredov beljakovinskih filamentov. Mikrofilamenti (aktinski filamenti), s premerom od 7 do 8 nanometrov, sestavljeni predvsem iz aktina beljakovin, služijo za stabilizacijo zunanje celične oblike in gibljivosti celice kot celotne enote kot tudi znotrajceličnih struktur. V mišičnih celicah aktinske filamente omogočajo usklajeno krčenje mišic. Vmesni filamenti, ki so debeli približno 10 nanometrov, služijo tudi za zagotavljanje mehanskih lastnosti moč in strukturo do celice. Niso vključeni v gibljivost celic. Vmesni filamenti so sestavljeni iz različnih beljakovin in dimerji beljakovin, ki se kombinirajo in tvorijo vrvi podobne zvite snope (tonofibrile) in so izjemno odporne strukture. Vmesne filamente lahko med seboj razdelimo na najmanj 6 različnih vrst z različnimi nalogami. Tretji razred filamentov sestavljajo drobne cevke, mikrotubule z zunanjim premerom 25 nanometrov. Sestavljeni so iz polimerov tubulinskih dimerjev in so v glavnem odgovorni za vse vrste znotrajcelične gibljivosti in za gibljivost samih celic. Da bi podprli notranjo gibljivost celic, lahko mikrotubule tvorijo celične procese v obliki trepalnic ali bičkov, ki segajo iz celice. Mrežno povezovanje mikrotubulov je običajno organizirano iz centromere in je podvrženo izjemno dinamičnim spremembam.
Anatomija in zgradba
Skupine snovi mikrofilamenti, vmesni filamenti (IF) in mikrotubule (MT), ki so vsi trije dodeljeni citoskeletu, so skoraj vseprisotne znotraj citoplazme in tudi znotraj jedra. Osnovni gradniki človeških mikrofilamentov ali aktinskih filamentov so sestavljeni iz 6 izoformnih aktinov beljakovin, vsak se razlikuje le za nekaj aminokisline. Monomerni aktinski protein (G-aktin) veže nukleotidni ATP in tvori dolge molekularne verige aktinskih monomerov, od katerih vsak odcepi fosfat skupina, od katerih se dve združita v spiralne aktinske filamente. Aktinovi filamenti v gladkih in progastih mišicah, v srčni mišici in nemišični aktinski filamenti se med seboj nekoliko razlikujejo. Nabiranje in razgradnja aktinskih filamentov je predmet zelo dinamičnih procesov in se prilagaja zahtevam. Vmesni filamenti so sestavljeni iz različnih strukturnih beljakovin in dosegajo visoko nateznost moč v prerezu približno 8 do 11 nanometrov. Vmesni filamenti so razdeljeni v pet razredov: kisli keratini, osnovni keratini, desminovski tip, nevrofilamenti in laminasti tip. Medtem ko se keratini nahajajo v epitelijskih celicah, se nitke tipa desmin nahajajo v gladkih in progastih mišičnih celicah ter v srčnih mišičnih celicah. Nevrofilamenti, prisotni v skoraj vseh nevronih, so sestavljeni iz beljakovin, kot so internexin, nestin, NF-L, NF-M in drugi. Vmesni filamenti tipa Lamin se nahajajo v vseh jedrih znotraj jedrske membrane v karioplazmi.
Funkcija in vloge
Naloga in naloge citoskeleta nikakor niso omejene na strukturno obliko in stabilnost celic. Mikrofilamenti, ki se nahajajo večinoma v mrežastih strukturah, tik ob plazemski membrani, stabilizirajo zunanjo obliko celic. Vendar pa tvorijo tudi membranske izrastke, kot je psevdopodija. Motorne beljakovine, iz katerih so sestavljeni mikrofilamenti v mišičnih celicah, zagotavljajo potrebno popadki mišic. Največji pomen za mehansko trdnost celic je pripisan zelo nateznim vmesnim filamentom. Poleg tega opravljajo številne druge funkcije. Keratinski filamenti epitelijskih celic so posredno mehansko povezani med seboj prek desmosomov, kar daje koža tkivo dvodimenzionalno, matriku podobno trdnost. Z vmesnimi filamentno povezanimi beljakovinami (IFAP) so IF povezani z drugimi skupinami snovi citoskeleta, zagotavljajo določeno izmenjavo informacij in mehansko trdnost ustrezno tkivo. Posledica tega so urejene strukture znotraj citoskeleta. Encimi kot so kinaze in fosfataze, zagotavljajo hitro sestavljanje, preoblikovanje in razstavljanje omrežij. Različne vrste nevrofilamentov stabilizirajo živčno tkivo. Lamini nadzorujejo raztapljanje celična membrana med delitvijo celic in njeno poznejšo rekonstrukcijo. Mikrotubule so odgovorne za naloge, kot so nadzor prenosa organelov in veziklov znotraj celice in organiziranje kromosomi med mitozo. V celicah, v katerih mikrotubule tvorijo mikrovili, trepalnice, bičevice ali bičeve, MT zagotavljajo tudi gibljivost celotne celice ali skrbijo za odstranjevanje sluzi ali tujkov, na primer v sapniku in zunanjih slušni kanal.
Bolezni
Motnje v presnovi citoskeleta so lahko posledica genetskih napak ali toksinov, vnesenih od zunaj. Ena najpogostejših dednih bolezni, povezanih z motnjo v sintezi membranskih beljakovin za mišice, je tip Duchenne mišična distrofija. Posledica genetske okvare ni tvorba distrofina, strukturnega proteina, ki je potreben v mišičnih vlaknih progastih skeletnih mišic. Bolezen se pojavi zgodaj otroštvo s progresivnim tečajem. Mutirane keratine lahko tudi vodi do resnih učinkov. Ihtioza, tako imenovana ribja bolezen, povzroči hiperkeratoza, neravnovesje med proizvodnjo in pilingom kožne luske, zaradi ene ali več genetskih napak na 12. kromosomu. Ihtioza je najpogostejša, dedna bolezen koža in zahteva intenzivno terapija, ki pa lahko le ublaži simptome. Druge genetske napake, ki vodi do motenj v presnovi nevrofilamentov, na primer povzroči amiotrofične lateralne skleroze (ALS). Nekateri znani mikotoksini (glivični toksini), kot so plesni in muharice, motijo presnovo aktinskih filamentov. Kolhicini, toksin jesenski krokus, in taksol, ki se pridobiva iz tise, se uporablja posebej za tumor terapija. Motijo presnovo mikrotubulov.
