Actin đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sống còn của tế bào, từ di chuyển đến phân chia. Bài viết này khám phá cơ chế khuếch đại lực trùng hợp actin, giúp mạng lưới actin tạo ra lực lớn hơn tổng lực trùng hợp từ các sợi đơn lẻ. Chúng ta sẽ tìm hiểu cách tế bào tận dụng cơ chế này để vượt qua các áp lực vật lý, như áp lực turgor, và thực hiện các chức năng quan trọng.
Actin là một protein cytoskeletal quan trọng, tham gia vào nhiều quá trình tế bào khác nhau. Nó tạo thành các sợi actin (microfilament), có khả năng lắp ráp và tháo rời nhanh chóng, cho phép tế bào thay đổi hình dạng, di chuyển và phân chia. Các sợi actin được tổ chức thành các cấu trúc phức tạp, từ bó sợi song song đến mạng lưới ba chiều, tùy thuộc vào chức năng cụ thể.
Từ việc hình thành các túi nội bào nhỏ (endocytic vesicle) ở nấm men phân hạch đến việc tạo ra vòng co thắt tế bào (cytokinetic ring) để phân chia toàn bộ tế bào, actin đảm bảo sự sống còn. Thậm chí, những cấu trúc lớn hơn như tế bào cơ bắp cũng cần actin. Sự đa dạng về kích thước và chức năng của các cấu trúc actin đòi hỏi sự tổ chức và điều chỉnh chính xác, điều này được thực hiện bởi các yếu tố liên quan đến actin.
Một trong những câu hỏi quan trọng là làm thế nào mạng lưới actin có thể tạo ra lực đủ lớn để thực hiện các quá trình tế bào. Lực trùng hợp actin là lực được tạo ra khi các monomer actin liên kết với nhau để kéo dài sợi actin. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, lực cần thiết để vượt qua các trở ngại vật lý lớn hơn nhiều so với lực trùng hợp của một sợi đơn lẻ. Đây là lúc cơ chế khuếch đại lực phát huy tác dụng.
Cơ chế này hoạt động bằng cách tổ chức các sợi actin theo một cách đặc biệt, cho phép chúng tạo ra lực tổng hợp lớn hơn. Ví dụ, trong quá trình nội bào ở nấm men, áp lực turgor đẩy bề mặt túi nội bào ra ngoài có thể lên đến ~1,000 pN. Mạng lưới actin phải vượt qua áp lực này để kéo màng vào trong. Một ví dụ khác là vòng actomyosin trong quá trình phân chia tế bào phải chống lại áp lực turgor đáng kể để tạo ra rãnh phân chia. Tế bào có khả năng điều chỉnh cấu trúc của mạng lưới actin để khuếch đại lực và thực hiện các nhiệm vụ này.
Tương tự như cách một người đi xe đạp có thể "chuyển số" để tăng lực hoặc tốc độ, tế bào cũng có thể điều chỉnh mạng lưới actin để ưu tiên lực hoặc độ dời. Chúng ta sẽ đi sâu vào các cấu trúc actin khác nhau và cách chúng khuếch đại lực.
Trùng hợp actin tạo ra lực khi một monomer actin trong dung dịch liên kết với đầu nhọn (barbed end) của một sợi actin. Phản ứng này chỉ xảy ra khi nồng độ monomer actin vượt quá một ngưỡng tới hạn (C*). Lực trùng hợp (fa) bị giới hạn bởi nồng độ actin và có thể dao động từ 1 đến 9 pN trong điều kiện sinh lý.
Tế bào sử dụng nhiều cấu hình khác nhau để khuếch đại lực do trùng hợp actin tạo ra:
Kiến trúc của mạng lưới actin đóng vai trò quyết định trong việc tạo ra lực hiệu quả. Từ các cấu trúc một chiều như filopodia đến các mạng lưới phức tạp trong lamellipodia và cơ chế "nêm" mạnh mẽ, tế bào có thể điều chỉnh mạng lưới actin để đáp ứng các nhu cầu cơ học khác nhau. Hiểu rõ cơ chế khuếch đại lực trùng hợp actin là chìa khóa để khám phá các quá trình tế bào cơ bản và phát triển các liệu pháp mới cho các bệnh liên quan đến rối loạn chức năng actin.
Bài viết liên quan