Khung và sự vận động của tế bào

Chương IV

Khung và sự vận động của tế bào


Khung tế bào: là mạng lướ i protein dạng sợi có cấu trúc ba chiều
nhằm duy trì hình dạng càc tính phân cực của tế bào.
Khung tế bào phát triển khắp tế bào và đượ c gắn với màng
plasma và các cơ quan tử nội bào và vì thế cung cấp bộ khung
cho tổ chức tế bào.
Khung tế bào không cứng nhắc như một bộ khung xươ ng mà
thực tế là rất linh độ ng với những thành phần có khả năng tái tổ
chức lại chỉ trong vòng vài chục giây hoặc cũng có thể rất ổn
định trong vài giờ. Kết quả là chiều dài cũng như độ linh độ ng
của các sợi protein là khác nhau rất lớn, các cấu trúc sợi có thể
lắp ráp thành rất nhiều loại cấu trúc khác nhau và có thể đi ều hoà
tại các vị trí khác nhau trong tế bào.


Các thành phần của cytoskeleton

* Có một số trao đổi thông tin giữa 3 thành phần nhưng
chúng chủ yếu là độc lập với nhau.


Tổ chức khung tế bào có chức năng đáp trả các tín hiệu môi trường

*Microfilaments and microtubules are highly dynamic, but intermediate filaments
are not.
*Simple example of signaling: trypsinizing cultured cells -> they round up
(therefore dramatic change in cytoskeleton) in seconds to minutes.

Ví dụ về các cấu trúc có chứa các vi sợi microfilament



Microfilaments là chuỗi polymer của phân tử actin

G-actin= globular actin, là protein đơn phân tử
F-actin= filamentous actin, có cấu trúc đa phân tử
Actin gắn chặt chẽ với ATP . Phân tử này được thủy phân hóa dần thành ADP trong Factin. ATP/ADP điều khiển động học của quá trình polymer hóa và ngược lại nhưng
không phải là thiết yếu cho các quá trình này xảy ra
Actin là phân tử protein có nhiều nhất trong hầu hết các loại tế bào, vd ~ 5% trong
nguyên bào sợi fibroblast
Actin có tính bảo tồn cao: >80% aa giống nhau ở tất cả eukaryote
Eukaryote đơn giản (nấm men) có 1 gen actin, ĐV có ~ 6, các isoforrm khác nhau có
chức năng khác nhau, một số biểu hiện có tính đặc hiệu đối với loại tế bào.


Tính phân cực của vi sợi

Một số đoạn có tính phân giải protein của myosin (gọi là S1 fragment) bám
không đối xứng vào các sơi actin cho phép quan sát tính phân cực của vi sợi
bằng EM (decorating actin filament)
Đầu + của vi sợi (cũng như của vi ống microtubules) được xác định là đầu mà
tốc độ tăng trưởng (polymer hóa diễn ra nhanh hơn


Ba giai đoạn của quá trình polymer hóa

Quá trình hình thành nhân chậm
Quá trình polymer hóa và de polymer hóa x ảy ra ở cả hai đầu
nhưng với hằng số tốc độ khác nhau
Quá trình polymere hóa yêu cầu sự tham gia của các cation (Na+, Mg++).
Nồng độ muối thấp => giữ trạng thái G-actin


Nồng độ tới hạn (critical concentration) của quá trình polymer hóa

Sơ đồ này minh họa 1 đầu của vi sợi và thể hiện giai đoạn ổn định .
Nồng độ tới hạn (ngược với hằng số phân ly) là khác nhau 2 hai đầu khác nhau.
Để xác định lượng actin trong vi sợi, tiến hành quay ly tâm ở tốc độ cao và tách
phần nổi phía trên từ cặn lắng, phần nổi phía trên chính là actin đơn phân tử (Gactin) và cặn lắng là các sợi (F actin). Phương pháp phân tích khác đối với qua
trình polymer hóa là đo độ nhớt.


Actin –ATP được thêm ở đầu + nhanh hơn so với đầu -

G-actin hầu hết ở dạng ATP. Ở dạng F-actin, ATP được thủy phân thành ADP
F-actin (dạng ADP) depolymer hóa nhanh h ơn F-actin (dạng ATP)
Vì vậy, mỗi đầu của vi sợi sẽ có cồng độ tới hạn của chính nó, hơn nữa,
tham số này là khác nhau phụ thuộc vào trạng thái ATP và ADP c ủa phân t ử actin
ở 2 đầu cuối. Nói chung thì đầu “-” luôn ở dạng ADP
Ở pha ổn định (nồng độ actin giữa Cc đối với đầu ‘+” và Cc cho đầu “-”, vi sợi sẽ
trải qua hiện tượng treadmilling (xoay vòng)


Thí nghiệm chứng minh sự tăng trưởng của vi sợi có tính phân cực

Bắt đầu với đoạn ngắn được gắn với myosin S1 để đánh dấu vật liệu ban đầu.

Bổ sung các actin đơn phân tử và để sợi phát triển
Quan sát bằng EM


Các dược phẩm ảnh hưởng đến sự polymer và depolymer hóa vi sợi

•Phalloidin bám vào và làm ổn định F-actin, cản trở quá trình
depolymer hóa. Phalloidin có thể đánh dấu bằng chất huỳnh
quang và vì thế rất tiện lợi để quan sát khung tế bào. Phalloidin là
mọt độc tố từ nấm amanita phalloides, cũng là nguồn cung cấp
anpha-amanitin, là một chất ức chế RNA polymerase II.
• Cytochalasin bám vào đầu “+” để ngăn cản sự kéo dài của sợi
=> depolymerization ở đầu “-”
• latrunculin bám vào G actin, cuốn sợi này lại và chuyển cân
bằng về phía depolymer hóa.


Các protein Cytosolic điều hòa khung tế bào actin
•Nối song song (parallel crosslinking –bunding: sự t ạo thành bó
•Nối ngang để tạo mạng lưới (gel)
•Mũ hóa hai đầu vi sợi (kích thích sự polymer hoặc depolymer hóa
•Severing (các sợi được sever thường được mũ hóa ở một đầu
•Sequestering G-actin (gây ra sự de-polymer hóa F-actin)
•Hình thành vị trí hạt nhân (nucleating) (có động học polymer hóa
nhanh hơn


Vai trò của cofilin, profilin và thymosin B4 trong điều hòa sự
polymer hóa actin in vivo
*Cofilin bám vào tiểu đơn

vị F-actin ở dạng ADP,
phá hủy cấu trúc sợi. Đầu
“-” mới-> sự depolymer
hóa càng nhanh hơn
* Profilin bám vào Gactin (ADP) mà vừa bị
tách ra từ sợi.


Hoạt động của các protein mũ cản sở sự lắp ráp và phân rã actin
ở 2 đầu


Sự tạo hạt nhân actin bởi vùng FH2 của formin


Điều hòa của formin bởi tương tác nội phân tử


Sự hoạt hóa hình thành actin bởi Arp2/3




Cơ chế chuyển động: ví dụ về keratinocyte


Chu kỳ sống của Listeria moncytogenes


Điều hòa phức hơp Arp2/3 bởi WASp

Khung actin của tế bào: sự polymer hóa actin ở trong chuyển
động của Listeria