Het cytoskelet bestaat uit een dynamisch variabel netwerk van drie verschillende eiwitfilamenten in het cytoplasma van cellen. Ze zorgen voor structuur, sterkte, en intrinsieke mobiliteit (beweeglijkheid) naar de cel en naar organisatorische intracellulaire entiteiten zoals organellen en blaasjes. In sommige gevallen steken de filamenten uit de cel in de vorm van cilia of flagella om de celmotiliteit of het gerichte transport van vreemde lichamen te bevorderen.
Wat is het cytoskelet?
Het cytoskelet van menselijke cellen bestaat uit drie verschillende klassen van eiwitfilamenten. Microfilamenten (actinefilamenten), 7 tot 8 nanometer in diameter en voornamelijk samengesteld uit actine eiwitten, dienen om de uitwendige celvorm en beweeglijkheid van de cel te stabiliseren als een totale eenheid, evenals intracellulaire structuren. In spiercellen maken actinefilamenten een gecoördineerde samentrekking van spieren mogelijk. Tussenliggende filamenten, die ongeveer 10 nanometer dik zijn, dienen ook als mechanische voorziening sterkte en structuur aan de cel. Ze zijn niet betrokken bij celmotiliteit. Tussenliggende filamenten zijn samengesteld uit verschillende eiwitten en dimeren van de eiwitten die worden gecombineerd om touwachtige opgerolde bundels (tonofibrillen) te vormen en zijn extreem scheurvaste structuren. Tussenliggende filamenten kunnen onderling worden verdeeld in ten minste 6 verschillende typen met verschillende taken. De derde klasse van filamenten bestaat uit kleine buisjes, microtubuli met een buitendiameter van 25 nanometer. Ze zijn samengesteld uit polymeren van tubuline-dimeren en zijn voornamelijk verantwoordelijk voor alle soorten intracellulaire beweeglijkheid en voor de beweeglijkheid van de cellen zelf. Om de intrinsieke beweeglijkheid van cellen te ondersteunen, kunnen microtubuli celprocessen vormen in de vorm van cilia of flagella die zich buiten de cel uitstrekken. Het netwerk van microtubuli wordt meestal georganiseerd vanuit de centromeer en is onderhevig aan extreem dynamische veranderingen.
Anatomie en structuur
De stofgroepen microfilamenten, intermediaire filamenten (IF) en microtubuli (MT), die alle drie zijn toegewezen aan het cytoskelet, zijn bijna alomtegenwoordig in het cytoplasma en ook in de kern. De basisbouwstenen van menselijke microfilamenten of actinefilamenten bestaan uit 6 isovorm actine eiwitten, elk verschillend door slechts een paar aminozuren Het monomere actine-eiwit (G-actine) bindt het nucleotide ATP en vormt lange moleculaire ketens van actinemonomeren, die elk een fosfaat groep, waarvan er twee combineren om helische actinefilamenten te vormen. De actinefilamenten in gladde en dwarsgestreepte spieren, in de hartspier en de niet-gespierde actinefilamenten verschillen elk enigszins van elkaar. Opbouw en afbraak van actinefilamenten zijn onderhevig aan zeer dynamische processen en passen zich aan de vereisten aan. Tussenliggende filamenten zijn samengesteld uit verschillende structurele eiwitten en bereiken een hoge treksterkte sterkte bij een doorsnede van ongeveer 8 tot 11 nanometer. Tussenliggende filamenten zijn onderverdeeld in vijf klassen: zure keratine, basische keratine, desmine-type, neurofilamenten en lamin-type. Terwijl de keratines worden aangetroffen in epitheelcellen, worden de desmine-type filamenten aangetroffen in gladde en dwarsgestreepte spiercellen en in hartspiercellen. Neurofilamenten, aanwezig in vrijwel alle neuronen, zijn samengesteld uit eiwitten zoals internexine, nestine, NF-L, NF-M en andere. Tussenliggende filamenten van het laminertype worden aangetroffen in alle kernen binnen het kernmembraan in het karyoplasma.
Functie en rollen
De functie en taken van het cytoskelet zijn geenszins beperkt tot structurele vorm en stabiliteit van cellen. Microfilamenten, die zich voornamelijk in reticulaire structuren direct naast het plasmamembraan bevinden, stabiliseren de uitwendige vorm van cellen. Ze vormen echter ook membraanuitsteeksels zoals pseudopodia. Motorproteïnen, waaruit de microfilamenten in de spiercellen zijn opgebouwd, zorgen voor het nodige contracties van de spieren. Het grootste belang voor de mechanische sterkte van de cellen wordt gehecht aan de zeer trekvaste tussenfilamenten. Bovendien vervullen ze een aantal andere functies. Keratine-filamenten van de epitheelcellen zijn indirect mechanisch met elkaar verbonden via desmosomen, waardoor de huid weefsel een tweedimensionale, matrixachtige, sterkte. via intermediaire filament-geassocieerde eiwitten (IFAP's) zijn de IF's verbonden met de andere groepen stoffen van het cytoskelet, zorgen voor een zekere informatie-uitwisseling en voor de mechanische sterkte van het overeenkomstig weefsel. Dit resulteert in geordende structuren binnen het cytoskelet. Enzymen zoals kinasen en fosfatasen zorgen voor een snelle montage, hermodellering en demontage van de netwerken. Verschillende soorten neurofilamenten stabiliseren zenuwweefsel. Lamins regelen de ontbinding van de celmembraan tijdens celdeling en de daaropvolgende reconstructie. Microtubuli zijn verantwoordelijk voor taken zoals het regelen van het transport van organellen en blaasjes binnen de cel en organiseren chromosomen tijdens mitose. In cellen waarin microtubuli microvilli, cilia, flagella of flagella vormen, bieden MT's ook beweeglijkheid voor de hele cel of behandelen ze de verwijdering van slijm of vreemde lichamen, zoals in de luchtpijp en uitwendige gehoorgang.
Ziekten
Stoornissen in het metabolisme van het cytoskelet kunnen het gevolg zijn van genetische defecten of van gifstoffen die van buitenaf worden geïntroduceerd. Een van de meest voorkomende erfelijke ziekten die verband houden met een stoornis in de synthese van een membraaneiwit voor spieren is van het Duchenne-type. spierdystrofie Een genetisch defect resulteert in het niet produceren van dystrofine, een structureel eiwit dat nodig is in spiervezels van dwarsgestreepte skeletspieren. De ziekte treedt vroeg op jeugd met een progressieve cursus. Gemuteerde keratines kunnen ook leiden tot ernstige gevolgen. Ichthyose, de zogenaamde vissenschubbenziekte, resulteert in hyperkeratose, een onbalans tussen productie en afschilfering van huidschubben, vanwege een of meer genetische defecten op chromosoom 12. Ichthyose is de meest voorkomende erfelijke ziekte van de huid en vereist intensief therapie, die echter alleen de symptomen kunnen verlichten. Andere genetische defecten, die leiden bij een verstoring van het metabolisme van de neurofilamenten, bijvoorbeeld amyotrofische laterale sclerose (ALS). Sommige bekende mycotoxinen (schimmeltoxinen), zoals die van schimmels en vliegenzwammen, verstoren het metabolisme van actinefilamenten. Colchicines, de toxine van de herfst krokus, en taxol, dat wordt gewonnen uit taxusbomen, worden specifiek gebruikt voor tumoren therapie Ze verstoren het metabolisme van microtubuli.
