Актиновый кортекс и форма клетки¶

Актиновый кортекс — специализированная субмембранная сеть актиновых филаментов, формирующаяся непосредственно под плазматической мембраной эукариотических клеток. Эта структура толщиной обычно 0,1–0,3 мкм обеспечивает механическую поддержку мембраны, участвует в изменении формы клетки, её движении, эндо- и экзоцитозе, а также в формировании мембранных выпячиваний — филоподий, ламеллиподий и микроворсинок.

¶Состав и строение

Основу кортекса составляют актиновые филаменты (F-актин), образующиеся путём полимеризации мономерного G-актина. В кортикальной сети выделяют несколько типов организации:

• Разветвлённые сети — формируются комплексом Arp2/3, который инициирует ветвление филаментов под углом около 70°; характерны для ламеллиподий и ведущего края движущейся клетки.
• Параллельные пучки — образуются при участии белков семейства форминов; типичны для филоподий и микроворсинок.
• Антипараллельные пучки и сократительные структуры — формируются при участии α-актинина и миозина II.

Сеть связана с мембраной через белки-линкеры: эзрин, радиксин, моэзин (семейство ERM), а также через анкирин и спектрин. Динамика кортекса регулируется белками, влияющими на полимеризацию и деполимеризацию: профилином, кофилином, кэппинг-белками (CapZ), тимозином β4.

¶Функции

¶Поддержание формы клетки

Кортекс создаёт внутреннее давление на мембрану, противодействуя осмотическому натяжению и придавая клетке определённую геометрию. У животных клеток, лишённых жёсткой клеточной стенки, именно кортикальный актин во многом определяет морфологию. Например, у эритроцитов кортикальная сеть спектрин–актин формирует двояковогнутый диск и обеспечивает деформируемость при прохождении через капилляры.

¶Клеточная подвижность

При движении клетки кортекс поляризуется: на ведущем крае формируется плотная разветвлённая сеть, обеспечивающая выдвижение ламеллиподии, а в задней части — сократительные актомиозиновые пучки. Перестройка кортекса лежит в основе хемотаксиса, заживления ран и эмбриональной миграции клеток.

¶Участие в делении и морфогенезе

Во время цитокинеза из кортикального актина и миозина II формируется сократительное кольцо, которое перешнуровывает клетку. Кортекс также участвует в поддержании апикально-базальной полярности эпителиальных клеток и в образовании межклеточных контактов.

¶Регуляция

Ключевую роль в регуляции играют малые ГТФазы семейства Rho: RhoA активирует формирование стресс-фибрилл и сократительных структур, Rac1 — ламеллиподий, Cdc42 — филоподий. Сигнальные каскады, включающие киназы ROCK и WASp, связывают внешние сигналы с локальной перестройкой кортикальной сети.

¶Патологии

Нарушения кортикального актина связаны с рядом заболеваний. Мутации гена спектрина вызывают наследственный сфероцитоз и эллиптоцитоз. Дисфункция белков ERM ассоциирована с нейродегенеративными процессами. Изменённая динамика кортекса характерна для метастазирующих опухолевых клеток, что делает компоненты этой системы перспективными мишенями для фармакологического воздействия.

¶Методы изучения

Для визуализации кортекса применяют флуоресцентно меченый актин, Lifeact-зонды и конфокальную микроскопию. Динамику полимеризации исследуют методами TIRF-микроскопии, а механические свойства — с помощью атомно-силовой микроскопии и оптических пинцетов.