细胞骨架与运动

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细胞骨架和人的骨架有什么相似之处，又有什么不同？

本节课大纲：

细胞骨架作用简述

细胞骨架在细胞的生活中有极其重要的作用，它至少参与以下生命活动：

亚细胞层面：形态学 (Morphology)、黏附 (Adhesion)、迁移 (Migration)、极性 (Polarity)、侵袭 (Invasion)、运输 (Trafficking)、运输 (Transportation)、胞吞作用 (Endocytosis)、胞吐作用 (Exocytosis)、囊泡运输 (Vesicular transport)、分裂 (Division)、自噬 (Autophagy)、凋亡 (Apoptosis)
细胞层面：丝状伪足 (filopodia)、微丝 (microfilaments)、稳定的丝状伪足 (filopodia stabilised)、动态微管 (dynamic microtubules)、稳定微管 (stable microtubules)、囊泡/膜沿着稳定微管运输 (membrane / vesicles routed along stable microtubules)、通过 rho 导致的肌动蛋白细胞骨架塌陷 (collapse of actin cytoskeleton via rho)
组织、器官与人体层面：胚胎发生和器官发生 (Embryogenesis and organogenesis)、恶性癌症转移 (Malignant metastasis of cancer)、病原体感染 (Pathogenic infection)、免疫和炎症 (Immunity and inflammation)、突触可塑性 (Synapse plasticity)

细胞骨架的立业根基

搞生物的美学的一部分藏在染色当中，而90%的细胞染色都涉及到细胞骨架。

细胞骨架一共有三个不同的基本系统：微管、微丝和中等纤维。对应上图中的蓝色、红色与绿色，可以看到三者的分布与形态都有所区别。

微管，长得像是个圆柱形管，直径大约为20-25nm。

微管的动态不稳定性是细胞骨架的一个很重要的性质，是微管蛋白 Assembling/Disassembling 动态发生的过程，英文 dynamics。

微管的头部存在一种GTP-capped end，像是一个“帽子”，它盖在头部可以促进微管的组装。当“帽子”被脱去，风吹头凉，微管蛋白一下子就散开了（解聚）。

微管上除了微管蛋白，还有微管相关蛋白 (MAPs)的存在，Tau就是一类很重要的 MAP，可稳定神经元微管，在细胞过程发育中发挥作用。

过度磷酸化的 Tau 可能导致微管网络不稳定、成对螺旋丝（配对螺旋样纤维，PHL），并最终导致神经原纤维缠结（神经纤维缠结，NFT）形成和神经元死亡。这与老年痴呆息息相关！

细胞骨架与肿瘤

下图展示了秋水仙碱、常春藤碱与紫杉醇在微管动态调控中的抑制作用，它通过抑制微管组装非特异性杀死肿瘤细胞。

微丝是最细的线状蛋白质纤维，直径为 3-6 nm，肌动蛋白就是一种微丝蛋白，是最丰富的细胞蛋白（重要内参蛋白），主要负责细胞运动与形态。

微丝最重要的特点是会分叉——branching，这个分叉赋予了细胞丰富的形态与迅速形变的能力。

止血救火队！

肌动蛋白在血小板发挥止血作用的过程中发挥重要作用，它使得血小板迅速伸展以迅速相互连结止血。

中等纤维，细胞骨架的中坚力量，稳定，耐用，皮实好用。其直径居于微丝与微管中，大约10nm。

生物标记物

中等纤维在各个组织中具有独特性，标记物如下：

细胞骨架深度参与到细胞运动和细胞内运动中：

细胞运动，也称为阿米巴运动，主要分为以下四个阶段：

亚细胞结构在肌动蛋白的驱动下形成伪足，包括丝状伪足和片状伪足，以及应力纤维，驱动细胞前进。

丝状伪足的工作模型

Capping protein (封端蛋白): 抑制肌动蛋白丝聚合
ENA/VASP: 促进肌动蛋白丝延伸，抗分支
Fascin (束蛋白): 丝状伪足中的 F-肌动蛋白交联蛋白 (F-actin-crosslinking protein of filopodia)
IRSp53: 使膜变形以促进突起物的形成 (Deforms membranes to promote the formation of protrusions)
Dia2: 丝状伪足中的非分支肌动蛋白丝 (Unbranched actin filaments in filopodia)
Myosin-X (肌球蛋白-X): 通过将蛋白质运输到丝状伪足尖端来形成丝状伪足 (Filopodia formation by transporting proteins to filopodial tips)