МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Взаимодействие микротрубочек и актиновых филаментов клетки

• При движении и делении клеток микротрубочки и актиновые филаменты функционируют совместно

• Микротрубочки определяют, где и когда актин собирает или генерирует сократительные усилия. Микротрубочки оказывают влияние на актиновый цитоскелет, непосредственно с ним связываясь или посылая сигналы

• Оба компонента цитоскелета могут быть связаны линкерными белками, посредством которых микротрубочки присоединены к актиновым филаментам

• Динамика роста и укорочение микротрубочек могут активировать ряд G-белков; эти активированные G-белки контролируют сборку актина и сокращение клетки

Для выполнения многих динамических функций клетке необходимы совместные усилия различных элементов цитоскелета. Например, при перемещении клетки в поисках питательных веществ или при делении микротрубочки функционируют вместе с актиновыми филаментами. Промежуточные филаменты также взаимодействуют с этими компонентами цитоскелета, что необходимо для поддержания целостности структур клеткок и тканей. В настоящем разделе мы рассмотрим несколько аспектов взаимодействия микротрубочек с актином при движении клеток и их делении.

Некоторые данные позволяют предполагать, что в клетке микротрубочки и актиновые филаменты взаимодействуют друг с другом. В течение почти 30 лет исследователям было известно, что деполимеризация микротрубочек при добавлении таких веществ, как колхицин, вызывает сжатие клетки. Сжатие достигается за счет изменений актинового цитоскелета и моторного белка миозина. Это говорит о том, что микротрубочки противостоят сжатию клетки или подавляют этот процесс. Клетки, у которых микротрубочки деполимеризованы, также теряют свою поляризованную форму. Обычно у клеток, распластывающихся по поверхности, наибольшее количество актиновых филаментов располагается спереди, где их полимеризация управляет движением. Когда в этих клетках микротрубочки деполимеризованы, актиновые филаменты более не проявляют преимущественной локализации на ведущем крае клетки. Эти экспериментальные наблюдения позволили предложить общую схему: микротрубочки играют управляющую роль, определяя, где должны собираться и сокращаться актиновые филаменты. Таким образом, актин служит источником силы, а микротрубочки организуют или контролируют точку ее приложения.

Функционируя вместе, актин и микротрубочки генерируют усилия для выполнения специфических клеточных функций в нужном месте и в нужное время.

Каким образом актин и микротрубочки взаимодействуют друг с другом на молекулярном уровне? Один из путей заключается в существовании линкера или набора линкеров, которые связывают актиновые филаменты с микротрубочками. Роль линкеров выполняют несколько МАР, которые связывают актиновые филаменты и микротрубочки, образуя между ними статические связи. Белок МАР2c, из группы МАР белков нейронов, является примером такого линкера, связывающего актин с микротрубочками. В растущих нейронах связывание актина с микротрубочками, вероятно, играет важную роль во время формирования нейроном длинных выростов.

Связывание актина с микротрубочками
К микротрубочкам и актиновым филаментам присоединяются несколько белков или белковых комплексов, которые связывают их между собой.
Слева показан белок, непосредственно связанный с обоими типами филаментов и скрепляющий их между собой.
Связь также может осуществляться за счет мотора, как это изображено справа.
В этом случае домены мотора связаны с одним из двух типов филаментов, в то время как хвост или другие белки, связанные с хвостом, связываются с другим типом.
При таком взаимодействии микротрубочки и актиновые филаменты движутся друг относительно друга.

Связи между актином и микротрубочками могут также возникать с участием моторных белков. В этом случае они носят динамический характер, что позволяет одному компоненту перемещаться по отношению к другому. Такие связи приводят к прикреплению микротрубочек к клеточному кортексу, как это наблюдается при ориентации веретена в эпителиальных клетках или при его позиционировании у дрожжей. В обоих случаях моторы микротрубочек связываются с актином цитоскелета и продвигаются по микротрубочкам с тем, чтобы при делении переместить веретено на нужное место.

За счет связывания микротрубочек с актиновыми филаментами растущие микротрубочки могут направляться в специфические области клетки. В подвижных клетках динамические микротрубочки растут по направлению к фокальным контактам, т. е. к сайтам адгезии к внеклеточному матриксу. Такие динамические микротрубочки направляются к маленьким фокальным контактам с помощью пучков акти-новых филаментов, присоединенных к этим местам. Предполагается, что белок + TIP, связанный с концами микротрубочек, может связывать последних с пучками актиновых филаментов, направляя рост микротрубочек к фокальным контактам. Микротрубочки направляются к сайтам адгезии позади клетки и могут доставлять сигнал, вызвающий распад этих сайтов, селективно высвобождая заднюю часть клетки от контакта с субстратом. При этом клетка может сократиться и продвинуть тело вперед. Многократное повторение этих процессов, скоординированное с протрузией клетки спереди, позволяет ей двигаться.

Таким образом, специфическое узнавание сайтов адгезии позади клетки и их элиминация представляют собой один из способов, посредством которого микротрубочки способствуют управлению движением клетки.

Актиновые филаменты и микротрубочки могут функционировать вместе и в отсутствие физического контакта. Сейчас известно, что два типа полимера способны обмениваться друг с другом сигналами, регулирующими место и время их роста. Способность генерировать сигналы и обмениваться ими является очень важной; она позволяет микротрубочкам и актиновым филаментам координировать свою активность и регулировать время и место образования каждого полимера, его распад, или использование для генерации силы. Хотя микротрубочки и актиновые филаменты сообщаются между собой посредством сигналов, они также контролируются с помощью сигнальных путей, возникающих в ответ на внутриклеточные или поступающие извне стимулы. Наряду с микротрубочками и актиновым компонентом цитоскелета, эти сигнальные системы на своем пути активируют различные сигнальные каскады и затрагивают многие мишени. В наибольшей степени изучены сигнальные каскады, регулирующие сборку и организацию актиновых филаментов. Организация в клетке актиновых филаментов в основном контролируется небольшим количеством белков, которые носят название G-белков.

При активации эти белки вызывают образование филоподий (актиновые шипы, расположенные в передней части клетки) и ламеллоподий (тонкие лепестки цитоплазмы, заполненные актиновыми филаментами и также расположенные на ведущем крае клетки). Также G-белки участвуют в образовании сократительных актиновых пучков, например стресс-фибрилл, связанных с фокальными контактами (см. выше), которые позволяют клетке продвигаться по субстрату. Вообще говоря, активированный G-белок стимулирует (часто непрямым образом) белок, связывающийся с актином, который затем регулирует цитоскелет. Интересно, что сборка или разборка микротрубочек может выполнять регуляторную роль по отношению к этим G-белкам, включая или выключая их. Таким образом, динамика микротрубочек регулирует сборку или сокращение актина, не будучи непосредственно связанными с актиновыми филаментами.

Образование сигнальных связей между микротрубочками и актиновыми филаментами играет критическую роль для передвигающихся клеток. Движение клетки требует постоянной полимеризации актина на ведущем крае, что является причиной движения, и сокращения в хвостовой части, облегчающее движение клетки вперед. При полимеризации актина возникают ламеллоподии, и этот процесс происходит под действием одного из G-белков, Rac1. Что вызывает активацию Rac1 на ведущем крае клетки и почему она движется в том же направлении? Сейчас выяснено, что растущие микротрубочки могут активировать Rac1, хотя мы не представляем себе, каким образом они это делают. Активация белка Racl микротрубочками играет важную роль, поскольку демонстрирует, что динамическое состояние микротрубочек может активировать сигнальный каскад в определенной части клетки.

Сообщение между микротрубочками и белком Rac1 происходит не только в одном направлении; как показано на рисунке ниже активированный белок также посылает сигнал микротрубочкам. Этот сигнал позволяет им поддерживать рост. Активированный Racl выключает функцию дестабилизирующего микротрубочки белка (онкобелка 18), что еще больше стимулирует рост микротрубочек. Таким образом, сообщение между Rac1 и микротрубочками создает положительную обратную связь, при которой растущие микротрубочки активируют Racl, и активный белок стимулирует рост микротрубочек. Эта обратная связь поддерживает микротрубочки в состоянии роста в направлении передней части клетки и стимулирует там процесс полимеризации актина.

По мере того как полимеризация распространяется за пределы этого участка, Rac1 стимулирует рост микротрубочки в новой области. Таким образом, вследствие существования обратной связи между микротрубочками и Racl клетка может поддерживать полярность и постоянно двигаться в том же направлении.

При деполимеризации микротрубочек также запускается сигнальный каскад. Деполимеризация активирует еще один G-белок, RhoA. Активный RhoA стимулирует стресс-фибриллы и сборку фокальных контактов и непрямым образом активирует миозин, который представляет собой мотор на основе актина. Эти изменения в актиновом цитоскелете вызывают сокращение клетки. Интересно, что активированный RhoA может также инициировать сигнальный каскад, который стабилизирует микротрубочки и превращает их в нединамическую форму. Ограничивает ли RhoA свою собственную активность, стабилизируя набор микротрубочек, неизвестно.

Предстоит еще многое выяснить относительно обмена сигналами между актином и микротрубочками цитоскелета. Исследуя эти взаимодействия и сигнальные белки, действующие как промежуточные звенья между двумя компонентами цитоскелета, мы больше узнаем о том, каким образом регулируется движение и деление клетки и как можно контролировать эти процессы при патологических состояниях организма.

Сигнал микротрубочек и актинового цитоскелета
Динамичное состояние микротрубочек (рост или укорачивание) оказывает непрямое влияние на динамику и организацию актиновых филаментов.
В качестве промежуточного компонента обычно выступает небольшой G-белок.
В изображенном на рисунке примере растущие микротрубочки активируют Rac1,
представляющий собой небольшой G-белок, стимулирующий полимеризацию актина со структурой, необходимой для образования ламеллоподий.
Активированный Rac1 выключает функцию белка, дестабилизирующего микротрубочки, онкобелка 18, и создает положительную обратную связь,
которая помогает поддерживать рост микротрубочек и образование филоподий.
Укорачивающиеся микротрубочки активируют еще один небольшой G-белок, который воздействует на другой тип актиновой структуры.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Строение ресничек и жгутиков клетки"

Оглавление темы "Микротрубочки клетки":
  1. Механизм ассиметрии клетки через динамику микротрубочек и моторов
  2. Взаимодействие микротрубочек и актиновых филаментов клетки
  3. Строение ресничек и жгутиков клетки
  4. Перспективы изучения микротрубочек
  5. Значение гидролиза ГТФ тубулином микротрубочек
  6. Метод восстановления флуоресценции после обесцвечивания - FRAP
  7. Механизм синтеза и модификации тубулина
  8. Методы изучения подвижности моторных белков микротрубочек
  9. Актиновые филаменты и актиновый цитоскелет клетки
  10. Актин в составе цитоскелета клетки
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.