Кіріспе

Микрофиламенттер, сондай-ақ актин филаменттері деп те аталады, эукариоттық жасушалардың цитоплазмасындағы цитоскелеттің құрауыш бөлігін құрайтын белок филаменттері. Олар негізінен актин полимерлерінен тұрады, бірақ жасушадағы көптеген басқа белоктармен модификацияланады және өзара әрекеттеседі. Микрофиламенттердің диаметрі әдетте 7 нм-ге жуық болады және екі актин талшығынан тұрады. Микрофиламенттердің функцияларына цитокинез, амебоидтық қозғалыс, жасушалардың жылжу қабілеті, жасуша пішінінің өзгеруі, эндоцитоз және экзоцитоз, жасушаның жиырылуы және механикалық тұрақтылық кіреді. Микрофиламенттер икемді және салыстырмалы түрде берік, көп пиконевтондық қысым күштеріне қарсы тұрып, талшықтың сынға ұшырауын наноневтондық тартым күштерімен қамтамасыз етеді. Жасушалардың қозғалысын қамтамасыз ету үшін актин филаментінің бір ұшы ұзарады, ал екінші ұшы миозин II молекулалық моторларының әсерімен жиырылады. Бұдан өзге, олар актомиозинмен жұмыс істейтін жиырылғыш молекулалық моторлардың бір бөлігі болып табылады, онда жіңішке талшықтар миозиннің АТФ-ге тәуелді тартым әрекеті үшін бұлшықет жиырылуы мен псевдоподтардың жылжуы үшін созылу платформасы ретінде қызмет етеді. Микрофиламенттердің берік, иілгіш қаңқасы жасушаның қозғалысына көмектеседі. Актин алғаш рет 1940 жылдың ортасында Ф. Б. Штраубпен ашылды. Шамамен 20 жылдан кейін, Г. Э. Хаксли актиннің бұлшықет жиырылуы үшін маңызды екенін көрсетті. Актиннің ұзын талшықтар құру механизмі алғаш рет 1980 жылдардың ортасында сипатталды. Келесі зерттеулер актиннің жасуша пішініне, қозғалыс қабілетіне және цитокинезге маңызды рөл атқаратынын көрсетті.

Ұйым

Актин талшықтары екі негізгі құрылым түрінде жиналады: шоғырлар және желілер. Шоғырлар барлық тікенекті ұштары шоғырдың бір жағына бағытталған полярлы талшық тізбектерінен немесе тікенекті ұштары екі жаққа да бағытталған полярлы емес тізбектерден тұруы мүмкін. Актинмен байланысатын ақуыздардың бір класы, яғни көлденең байланыстыратын ақуыздар, осы құрылымдардың қалыптасуын анықтайды. Көлденең байланыстыратын ақуыздар шоғырлар мен желілердегі талшықтардың бағытын және арақашықтығын анықтайды. Бұл құрылымдар басқа көптеген актинмен байланысатын ақуыздармен реттеледі, олардың ішінде моторлық ақуыздар, тармақтандырушы ақуыздар, бөліп тұратын ақуыздар, полимерлендіруді күшейтетін ақуыздар және қақпақ ақуыздары бар.

In vitro өзін-өзі құрастыру

Диаметрі шамамен 6 нм болатын микрофиламенттер цитоскелеттің ең жұқа талшықтары болып табылады. Олар актин суббұйымдарының полимерлері (глобулярлық актин немесе G актин), ал талшықтың құрамында сүтті актин немесе F актин деп аталады. Әрбір микрофиламент екі спиральді, бірімен-бірі торылған кіші бірліктерден тұрады. Микротүтіктер сияқты, актин талшықтары да поляризацияланған. Электрондық микроскопия олардың жылдам өсетін тікенді ұштары мен баяу өсетін тегіс ұштарын көрсетті. Бұл полярлық миозин S1 фрагменттерінің байланысуы арқылы анықталды: олар үлкен миозин II ақуыз кешенінің құрамына кіретін кіші бірліктер. Тегіс ұш көбінесе минус (-) ұш деп, ал тікенді ұш плюс (+) ұш деп аталады. In vitro актин полимерленуі немесе нуклеациясы үш G актин мономерінің тример құру үшін өздігінен бірігуімен басталады. АТФ-қа байланысқан актин тікенді ұшты байлайды, содан кейін АТФ гидролизденеді. АТФ гидролизінің жартылай ыдырау уақыты шамамен 2 секунд, ал бейорганикалық фосфаттың диссоциациялану жартылай ыдырау уақыты шамамен 6 минутты құрайды.

Күштілік механизмі

АТФ гидролизі нәтижесінде, талшықтар тікенекті ұштарында тікенекті ұштарына қарағанда шамамен 10 есе жылдам ұзарады. Тепе-теңдік күйде, тікенекті ұштарындағы полимерлену жылдамдығы тікенекті ұштарындағы деполимерлену жылдамдығымен теңеседі, және микрофиламенттер «жүзу» деп аталады. «Жүзу» тікенекті ұшының ұзаруына және тікенекті ұшының қысқаруына әкеледі, сондықтан талшық жалпы қозғалады. Екі процесс те энергиялық тұрғыдан тиімді болғандықтан, күш пайда болады, ал энергияның бастапқы көзі АТФ болып табылады. Актиннің ерекше цитоскелеттік құрылымдары плазмалық мембрананың жанында орналасқан. Төрт көрнекті мысалға: қызыл қан жасушалары, адам эмбрионалдық бүйрек жасушалары, нейрондар және сперматозоидтар жатады. Қызыл қан жасушаларында актин-спектрин алтыбұрышты тор өзара байланысқан қысқа актин талшықтары арқылы қалыптасады. Адам эмбрионалдық бүйрек жасушаларында кортикальды актин масштабсыз фракталды құрылымды құрайды. Алғаш рет нейрон аксондарынан табылған актин, спектрин және аддуцинмен тұрақтандырылған периодтық сақиналар құрайды, және He et al. (2016) бұл сақиналық құрылымның барлық нейрондық типтерде және глиальды жасушаларда, сондай-ақ Caenorhabditis elegans, Drosophila, Gallus gallus және Mus musculus сияқты жануарлар таксономдарында кездесетінін анықтады. Ал сүтқоректілердің сперматозоидтарында актин ортаңғы бөлігінде, яғни, қамшының бірінші сегментінде спиральді құрылымды құрайды.

Актин миозиннің қозғалыс жолын жалғаушы ретінде қызмет етеді

Миозин қозғалтқыштары – актин талшықтарына байланып, олардың бойымен қозғалатын жасуша ішіндегі АТФ-ге тәуелді ферменттер. Миозин қозғалтқыштарының әртүрлі кластары әртүрлі қызметтер атқарады, оның ішінде жасушада кернеу тудыру және жүк көпіршіктерін тасымалдау.

Ұсынылған модель - актоклампиндер желілік сүтқорығының ұштары

Ұсынылған модельдердің бірі "актоклампин" деп аталатын актин талшықтарының ұшын қадағалайтын молекулалық моторлардың бар екенін көрсетеді. Ұсынылған актоклампиндер ламеллиподиялардың, филоподиялардың, инвадиподиялардың, дендриттік тікендердің, жасушаішілік көпіршіктердің актинге негізделген қозғалысын және эндоцитоз, экзоцитоз, подсомалардың қалыптасуы және фагоцитоз процестеріндегі қозғалыс күштерін тудырады. Актоклампин моторлары Listeria monocytogenes, Shigella flexneri, Vaccinia және Rickettsia сияқты жасушаішілік патогендерді де қозғалтады. Бұл молекулалық моторлар қолайлы жағдайларда жиналғанда биомиметикалық бөлшектерді де қозғалта алады. Актоклампин термині актодан алынған, ол актомиозин сияқты актин талшығының қатысуын көрсетеді, ал "clamp" (құлыптағыш) иілгіш/қозғалмалы нысандарды нығайту және екі немесе одан көп компонентті сенімді бекіту үшін қолданылатын құрылғыны білдіреді, содан кейін оның ақуыздық тегін көрсету үшін "-in" жұрнағы қосылған. Актин талшығының ұшын қадағалайтын ақуызды "clampin" деп атауға болады. Дикинсон мен Пурих АТФ-тың жылдам гидролизі актинге негізделген қозғалыс кезінде туындайтын күштерді түсіндіре алатынын атап өтті. Актоклампин термині жалпылама және АТФ-мен белсендірілген механизм арқылы активті немесе пассивті түрде қозғалғанына қарамастан, барлық актин талшығының ұшын қадағалайтын молекулалық моторларға қолданылады. Кейбір актоклампиндер (мысалы, Ena/VASP, WASP және N WASP ақуыздарын қамтитындар) актин полимерлену ядросын қалыптастыру үшін Arp2/3-ке делдалдық талшық бастауын қажет етеді, содан кейін процесстік қозғалыс басталмас бұрын ол трекерге "жүктеледі". Жаңа талшық жасау үшін Arp2/3 "аналық" талшыққа, мономерлік АТФ-актинге және Listeria ActA немесе N WASP VCA аймағынан алынған белсенді доменге қажеттілік туады. Arp2/3 кешені аналық талшықтың бүйіріне байланысады, аналық талшықтың бойлық осіне қатысты 70 градус бұрышпен Y тәрізді тармақ құрайды. ActA немесе VCA белсендірілгеннен кейін, Arp кешені маңызды конформациялық өзгеріске ұшырайды деп есептеледі, оның екі актинмен байланысты ақуыздық суббірлігі жаңа талшық қақпасын жасау үшін бір-біріне жеткілікті жақын келеді. Ядролық және/немесе Y тармағын босату үшін АТФ гидролизі қажет болуы мүмкін бе, деген мәселе қазіргі кезде зерттеліп жатыр.