第八章细胞骨架-1

显微注射技术、特异性药物的发现，特别是近年激光共聚焦 显微镜系统和绿色荧光蛋白的应用大力推进了细胞骨架的研 究。
主要内容
• 第一节 微丝(microfilament, MF) • 第二节 微管(Microtubules, MT) • 第三节 中间纤维(Intermediate , IF) • 第四节 细胞骨架与疾病
1．微丝结合蛋白
1）肌动蛋白单体结合蛋白：
抑丝蛋白（profilin），肌动蛋白解聚因子/切丝蛋白 （actin depolymerizing factor，ADF/cofilin）
2）微丝末端加帽蛋白
凝溶胶蛋白（gelsolin），调控微丝长度，微丝成核活性； 在体内组装中，因为有加帽蛋白而不会出现“踏车”现象。
5）侧面结合蛋白
能够稳定微丝，并调节微丝与肌球蛋白的相互作用，位 于横纹肌、骨骼肌的原肌球蛋白（tropomyosin）。
6）衔接子蛋白
包括Wiskott Aldfich综合症蛋白（Wiskott Aldrich syndrome protein，WASP）、血管舒张剂刺激磷蛋白 （vasodilator stimulated phosphor- protein，VASP ）等，可以调节质膜区微丝的聚合过程。
成核期（Nucleation phase) 生长期（Growth phase) 微丝组装的两个阶段
ATP在微丝组装中发挥重要作用
微丝体外组装的“踏车”模型
（三 ）微丝的体内组装与调节
微丝的体内组装复杂，受到多种微丝结合蛋白的调控， 包括肌动蛋白形成微丝网状结构、微丝骨架与黏着斑的 连接、肌动蛋白纤维与肌球蛋白的作用。
广义的细胞骨架：还包括细胞核骨架，共同构成细胞内的动 态网络结构。
细胞骨架系统是“生物结构自组织原则”研究中的一个 典型范例，也是细胞中化学能转为机械能的唯一场所。
细胞骨架研究的进展
• 1924年：光学显微镜下观察到一些纤维，命名为应力纤维 ； • 1954年：在超薄切片的电子显微镜中首次观察到微管 ； • 1964年：使用室温下戊二醛固定方法，广泛研究细胞骨架 ； • 后来免疫荧光显微技术、改进的电镜技术、体外组装技术、
α-肌动蛋白和收缩性的结构相关；β-肌动蛋白位于细胞的 前端，正是肌动蛋白纤维聚合的地方。
肌动蛋白存在方式
游离状态—球状肌动蛋白 （Globular actin, G-actin)
微丝中—纤维状肌动蛋白 （Fibrous actin, F-actin)
G-actin
F-actin
（二） 微丝的体外组装与调节
3）微丝切割蛋白
微丝切割蛋白常同时具有一定的微丝成核活性，片段化蛋 白/切割蛋白（fragmin/severin），肌动蛋白解聚因子/切 丝蛋白（ADF/cofilin），凝溶胶蛋白（gelsolin）
4）微丝交联-成束蛋白
在微丝之间起到稳定、交联、成束的作用，常可介导微 丝与质膜的连接。绒毛蛋白（vilin），α辅肌动蛋白（αactinin），踝蛋白（talin），黏着斑蛋白（vinculin） 和细丝蛋白（filamin）。
（二）应力纤维（stress fiber）
由微丝与肌球蛋白Ⅱ相互作用形成的具有收缩功能的束状结 构,有助于细胞与细胞、细胞与基质面之间的连接，在细胞形 态维持、细胞迁移、细胞分化等过程中发挥重要作用
（三）细胞皮质(Cell cortex)
非肌细胞质膜下有由微丝网形成的一种凝胶层，是由肌动蛋白纤 维构成。为细胞膜提供强度和韧性，抵抗细胞内外压力，维持细 胞形态，与细胞的多种运动有关，如胞质环流、阿米巴运动、变 皱膜运动及吞噬等。
（一）微绒毛（microvillus）
是位于小肠上皮细胞表面大量的指状突起，这是微丝的一个重 要存在形式。
毛缘蛋白（fimbrin）和绒毛蛋白（vilin）将微丝连接成束； 血影蛋白（spectrin）将相邻微丝束相连，并固定于终末网的 中间纤维；肌球蛋白Ⅰ（myosinⅠ）和钙调蛋白（ calmodulin）则将微丝束侧面与微绒毛膜相连接
肌球蛋白(myosin)：微丝上的马达蛋白。由轻、重两条 肽段组成，包括头部、颈部和尾部； 头部含有微丝结合位点和ATP酶活性，与微丝结合后水 解ATP，与微丝之间产生滑动或以热的形式释放能量； 颈部被轻链缠绕；尾部差异性较大。
传统肌球蛋白（conventional myosin）: myosin II
第八章 细胞骨架-1
北京大学医学部 基础医学院细胞生物学系
杜晓娟 duxiaojuan100@
概述
细胞骨架（cytoskeleton）：是真核细胞内存在一种弥散于 全细胞内的蛋白纤维网架系统。
狭义的细胞骨架：包括微管、微丝和中间纤维，其功能为维 持细胞形态，负责物质运输、细胞迁移，并参与信号转导、 能量传递、肌肉收缩、胞质分裂等多种生物学过程。
五、微丝与疾病
肿瘤及肿瘤转移
本节重点
• 1．微丝的组成、存在形式和生物学功能 • 2．微丝的结合蛋白和组装 • 3．作用在微丝的特异性药物
第一节 微丝
微丝（microfilament，MF）： 肌动蛋白丝，由肌动蛋白通过头尾相接组装形成； 形成微绒毛、张力纤维、细胞皮质和细胞伪足等 结构；维持细胞形态、参与细胞迁移、肌肉收缩、 胞质分裂等过程，同时参与物质运输。
一、微丝的成分、组装和形态
（一）微丝的主要组成成分
构成微丝的基本成分是肌动蛋白，分子量为43kD，分为 α-、β-和γ-肌动蛋白。
细胞松弛素（cytochalasin，常用B和D两类） ：可以 通过封闭F肌动蛋白的正极端而使肌动蛋白纤维解聚; 加到活细胞中，肌动蛋白细胞骨架消失，细胞运动和细 胞动力学受到抑制。
鬼笔环肽（phalloidin）：只结合于F肌动蛋白，结合到F 肌动蛋白亚单位界面之间并且封闭相邻的亚单位 ，稳定 微丝。荧光标记的鬼笔环肽常用于肌动蛋白纤维染色。
伪足伸展引起的细胞运动
（四）胞质分裂环
有丝分裂末期，两个即将分裂的子细胞之间产生一个收缩环， 随着收缩环的收缩，两子细胞被分开。胞质分裂后，收缩环立 即消失。
三、微丝的生物学功能
1. 维持细胞形态 2. 参与细胞迁移 3. 参与物质运输 4. 参与肌肉收缩 5. 参与胞质分裂
四、作用在微丝上的药物
血小板的激活就涉及到微丝的剪切、去掉封端蛋白、微 丝聚合延长以及交联的过程
2．微丝与黏着斑
黏着斑中连接微丝与细胞膜的蛋白主要包括：α-辅 肌动蛋白(α-actinin)，纽带蛋白(vinculin)，Talin和 Paxillin等。
3．微丝的马达蛋白-肌球蛋白
马达蛋白（motor protein）： 具有ATP酶活性，通过水解ATP将化学能转变为机械能 ；为细胞内的运动提供动力，也可改变细胞的形态或维 持细胞器的空间定位分布。包括微丝马达蛋白和微管马 达蛋白。
非传统肌球蛋白（unconventional myosin）
主要包括：肌球蛋白I（myosin I） 肌球蛋白V（myosin V）
myosinⅠ通过头部结合微丝、尾部与细胞质膜结合，介 导质膜、微丝之间的连接，有助于细胞形态的改变
myosinⅤ通过与 “货物”结合与微管一起参与物质运输
二、微丝在细胞内的主要存在形式