Cytolinkery

Již v roce 1903 formuloval ruský biolog Nikolaj Konstantinovič Kolcov (1872–1940) koncept cytoskeletu, „buněčné kostry“ sestávající z vláken či tubulů, která je odpovědná za buněčné tvary. Vlákna cytoskeletu badatelé postupně objevili ve všech buňkách všech známých organismů a došli k závěru, že jsou nezbytná i pro stavbu tkání. Teprve nyní ale vychází najevo, jak důležité jsou pro integritu tkání vazebné proteiny, tzv. cytolinkery.

V současné době víme, že základem cytoskeletu jsou tři typy proteinových vláken: mikrotubuly, mikrofilamenta a intermediární (střední) filamenta, která společně zajišťují buňce tvar, mechanickou stabilitu i schopnost pohybu. Cytoskeletální vlákna jsou spojena s velkým množstvím dalších proteinů (např. tzv. proteinových motorů), které udržují architekturu cytoskeletu a pomáhají zabezpečit jeho základní funkce. Klíčovou roli v organizaci cytoskeletu však hrají také vazebné proteiny, tzv. cytolinkery. Jedná se o proteiny z rodiny plakinů, pro které je typický výskyt strukturních motivů umožňujících vazbu různých typů cytoskeletálních vláken. Plakiny jsou tedy schopné fyzicky propojovat jednotlivé komponenty cytoskeletu. Vzniklou síť navíc ukotvují na další buněčné struktury, jako je jádro nebo buněčné spoje na buněčné membráně. Zejména díky plakinům tak cystoskelet vytváří dynamickou trojrozměrnou opěrnou síť, která vyplňuje celé buňky.

Základ biomechaniky tkání

Z materiálového hlediska můžeme cytoskelet považovat za polymerní kompozit, který obsahuje chemicky a fyzikálně odlišné polymery ve formě vláken [1]. Tím připomíná některé moderní uměle vyrobené uhlíkové materiály. Je ale daleko sofistikovanější. Zatímco mikrotubuly se vyznačují nejvyšší tuhostí, intermediární filamenta mají ze všech tří typů cytoskeletálních vláken nejvyšší pružnost. Zajímavé je chování intermediárních vláken při mechanickém zatížení. Mnohem lépe totiž odolávají tahu než tlaku a historicky jsou považována za hlavní složku, která určuje tuhost cytoskeletu. Výsledné biofyzikální vlastnosti cytoskeletu jsou pak dány poměrným zastoupením jednotlivých vláken, mírou jejich propojení prostřednictvím cytolinkerů a architektonickým uspořádáním celé trojrozměrné sítě.

Na cytoskelet lze nahlížet jako na tenzegritní strukturu, která v sobě spojuje kompresní a tažné síly a rovnováha napětí udržuje stabilitu celého buněčného systému. Díky vzájemnému propojení buněk se síly přenášejí v rámci celé tkáně.Ilustrace Kateřina Korelová

Zejména díky přítomnosti doprovodných proteinů a schopnosti jednotlivých vláken lokálně přirůstat (polymerovat) a rozpadat se (depolymerovat) je tato síť překvapivě dynamická. Působením vnějších sil může například docházet k rychlé přestavbě cytoskeletu tak, aby minimalizoval deformace buňky. To má za cíl zabránit poškození jak celé buňky, tak jejích jednotlivých struktur, a především jádra obsahujícího genetickou informaci ve formě DNA.