Цитоскелет — это сеть белковых волокон, обнаруженная в эукариотических клетках. Это было обнаружено сравнительно позже, в основном из-за того, что общая пробоподготовка для электронной микроскопии проводилась при низкой температуре (0-4°С) для фиксации клеток, а цитоскелет будет подвергаться деполимеризации при низких температурах. До 1960-х годов, после использования глутарового альдегида для фиксации при комнатной температуре, люди пришли к осознанию объективного существования цитоскелета.
Цитоскелет не только играет важную роль в поддержании формы клетки, перенося внешнюю силу и поддержания порядка с точки зрения внутренней структуры клеток, но и участвуют во многих важных жизненных процессах (рис. 1), например: в процессе деления клетки цитоскелет будет удерживать хромосому для сегрегации; при транспорте клеточного материала все типы везикул и органелл могут быть направлены вдоль цитоскелета; в мышечных клетках цитоскелет может отходить от энергосистемы вместе со связывающими его белками; миграция лейкоцитов, подвижность сперматозоидов, растяжение аксонов и дендритов нервных клеток связаны с цитоскелетом. Кроме того, в растительных клетках цитоскелет направляет синтез клеточной стенки.
Цитоскелет состоит из микрофиламентов, микротрубочек и промежуточных филаментов. Микрофиламент определяет поверхностные характеристики клеток, позволяя клеткам двигаться и сокращаться. Микротрубочки определяют положение мембранных органелл (замкнутых мембраной органелл) и как рельс везикулярного транспорта. Промежуточное волокно придает клеткам силы натяжения и противодействия сдвигу.
Микрофиламенты, микротрубочки и промежуточные филаменты расположены в цитоплазме, также известной как цитоскелет. Все они состоят из мономерных белков, которые связываются друг с другом слабой нековалентной связью, образуя полимер волокнистого типа. Он легко поддается сборке и разборке, что необходимо для достижения его функциональных характеристик.
Генеральный цитоскелет также включает нуклеоскелет, ядерную пластинку и внеклеточный матрикс, образуя интегрированную сетевую структуру через ядро клетки, цитоплазму и внешнюю ячейка.
Рисунок 1. Схема основных функций цитоскелета
Цитоскелет является структурной основой функционирования клетки. При внешних раздражителях или в процессе клеточного деления и дифференцировки клетка претерпевает соответствующие морфологические изменения. Это неотделимо от регуляции динамических изменений цитоскелета посредством передачи сигналов. Цитоскелет, как динамическая сеть белковых волокон внутри эукариотической клетки, состоит из микрофиламентов (микрофиламенты, МФ), тубулина (микротрубочки, МТ) и промежуточного волокна (промежуточные филаменты, ПФ). MF представляет собой полимер, образующийся в результате полимеризации актина, и широко присутствует в стрессовых волокнах, очагах адгезии, псевдоподиях и сократительном кольце эукариотических клеток. Составляющая его структурная единица, глобулярный актин (G-актин), под действием АТФ и множества родственных актину белков, путем непрерывного превращения сборки и деполимеризации с филаментозным актином (F-актин), участвует в регуляции поведения клеточной морфологии, адгезии, миграции и цитокинеза. МТ образуется в результате полимеризации α-тубулина и β-тубулина. Под действием белков, ассоциированных с микротрубочками, он собирается с образованием полой трубчатой структуры, играющей важную роль во внутриклеточном транспорте вещества и цитокинезе. Цитоскелет МФ и МТ взаимосвязаны и взаимозависимы, совместно участвуя в регуляции поведения клеток (Bailly M, 2002; Miranti CK, 2002).
Миграция клеток является ключевым этапом в процессе инвазии злокачественных опухолей и метастазы. Цитоскелет и связывающий его белок являются материальной основой миграции клеток. Клеточный цитоскелет необходим для направленного движения клеток. Цитоскелет микрофиламентов, состоящий из действий, особенно важен во время вышеуказанного процесса. МФ и МТ не только играют важную роль в стабилизации морфологии клеток, выдерживании внешней стимуляции и поддержании порядка внутренней структуры клеток, но и участвуют в регуляции клеточной миграции, адгезии, деления и внутриклеточной сигнализации. Среди них эффект взаимодействия между цАМФ-опосредованным сигнальным путем и цитоскелетом тесно связан с различным клеточным поведением, включая пролиферацию клеток, апоптоз, адгезию и миграцию. В этих процессах участвует цАМФ-зависимая протеинкиназа А (ПКА) как основной цАМФ-зависимый белок-мишень. PKA может активировать RhoA посредством фосфорилирования. RhoA после активации, в дополнение к дальнейшей активации нижестоящих путей, также усиливает способность связывания с ингибитором диссоциации Rho-гуанозиндифосфата (RhoGDI), тем самым ингибируя активность RhoA в противоположном направлении (Mehlen, P, 2006).
Интегрин является важным классом рецепторов на клеточной поверхности как с адгезией, так и с функцией передачи сигнала. Это своего рода гетеродимер, состоящий из α и &бета; субъединицы за счет нековалентных связей. Белки внеклеточного матрикса, такие как фибронектин, ламинин и коллаген, являются его первичным лигандом; во-вторых, есть также некоторые молекулы клеточной поверхности, растворимые белки, которые также могут связываться с интегринами. Связываясь с цитоскелетом, сигнальной трансдукцией и другими видами белков через свой внеклеточный домен, а также внутриклеточный домен, интегрин, подобно мостику, опосредует двустороннюю передачу информации внутри и снаружи клеток. Двунаправленная передача сигнала между интегрином и цитоскелетом, (а) от цитоскелета к интегринам, интегрин может диспергироваться на клеточной поверхности в отсутствие связывания и не связан с актиновым цитоскелетом. После связывания с лигандом ECM интегрин может контактировать с цитоскелетом через свой внутриклеточный домен и образовывать кластеры. (B) От интегринов до цитоскелета интегрины могут иметь обратную регуляцию сборки цитоскелета. Адгезия, опосредованная интегрином, сама по себе может активировать малые G-белки семейства Rho (Mitra SK, 2005; Larsen M, 2003; Turner CE, 2000).