Cytoskjelettet er et dynamisk nettverk av proteinfibre som strekker seg gjennom hele cytoplasmaet og gir cellen både struktur og bevegelse. Du kan tenke på det som cellens indre reisverk – det som holder alt på plass, samtidig som det gjør det mulig å flytte på ting.

Det har flere viktige oppgaver:

• Det gir cellen form og mekanisk styrke, slik at den tåler ytre krefter og beholder sin struktur.
• Det fungerer som et transportsystem der organeller, vesikler og andre komponenter fraktes rundt inne i cellen – litt som skinner og motorveier.
• Det gjør det mulig for cellen å bevege seg, for eksempel ved å krype, endre form, eller trekke seg sammen.

Cytoskjelettet består av tre hovedtyper fibre med ulike egenskaper og funksjoner:

• Intermediære filamenter, som er sterke og tøyelige og gir cellen strekkfasthet – de er som tau som holder alt sammen.
• Mikrotubuli, som er hule rør og fungerer som stive transportbaner og organiserer plasseringen av organeller – og er spesielt viktige under celledeling.
• Aktinfilamenter, som er tynne og fleksible og særlig viktige for cellebevegelse, formforandringer og muskelsammentrekning.

Intermediære filamenter

Intermediære filamenter er de mest robuste og slitesterke strukturene i cytoskjelettet. De er bygd opp av lange, fibrøse proteiner – ofte keratiner – og navnet “intermediær” kommer av at de er tykkere enn aktinfilamenter, men tynnere enn mikrotubuli. Deres viktigste oppgave er å gi cellen mekanisk styrke – å tåle strekk, trykk og ytre påkjenninger.

Du kan se for deg at de fungerer som forsterkende kabler som holder cellen sammen, også når den utsettes for stress. Det er derfor strukturer som hud, hår og negler – som består av døde celler – fortsatt er sterke og ikke brytes lett ned etter at kroppen dør.

Intermediære filamenter danner et tett nettverk i cytoplasmaet, fra kjernen og ut mot cellemembranen. De finnes også på innsiden av kjernen, i form av en struktur kalt nukleær lamina. Denne laminaen er et nettverk av spesialiserte intermediære filamenter kalt laminer, og den gir støtte og form til cellekjernen. Laminaen er avgjørende for at kjernen skal tåle mekanisk belastning og holde sin form, spesielt i celler som stadig utsettes for deformasjon.

Oppbygning

Strukturen til intermediære filamenter minner om tau – mange lange tråder som tvinnes sammen for å bli ekstra sterke. Først danner to proteiner en alfa-heliks-dimer, og to slike dimerer lager et tetramer. Flere tetramere legger seg side om side og tvinnes sammen i grupper på åtte, og det ferdige filamentet blir både fleksibelt og motstandsdyktig.

Et viktig trekk ved intermediære filamenter er at de ikke har polaritet – de har ingen “pluss” eller “minus”-ende, slik mikrotubuli og aktinfilamenter har. De er derfor ikke involvert i transport, men fungerer først og fremst som strukturell støtte.

Hovedfunksjon

• Gir mekanisk styrke til celler og vev
• Stabiliserer cellekjernen gjennom nukleær lamina
• Beskytter celler mot skade, spesielt i hud, muskler og nervevev
• Sørger for at celler holder formen under stress og strekk

Uten intermediære filamenter ville mange celler rett og slett revne når de utsettes for fysiske belastninger.

De fire hovedklassene av intermediære filamenter

Selv om alle intermediære filamenter deler samme grunnstruktur, finnes det flere varianter tilpasset ulike celletyper og oppgaver. De kan deles inn i fire hovedklasser, som hver har spesifikke funksjoner og anatomisk utbredelse.

1. Keratinfilamenter

Keratin er den mest kjente og mest utbredte typen intermediært filament, og finnes i alle epitelceller – altså i hud, slimhinner, hår, negler og horn. I huden er keratin ansvarlig for å danne et robust og fleksibelt nettverk som forankres i desmosomer – spesialiserte celle-celle-forbindelser. Dette gjør det mulig for epitelcellene å stå imot strekk og trykk uten å rives fra hverandre.

Keratinfilamentene går som flettede kabler på kryss og tvers gjennom cytoplasmaet og gir huden en helt spesiell kombinasjon av elastisitet og styrke. Dette er grunnen til at vi tåler friksjon og mekanisk belastning uten at huden umiddelbart sprekker.

Et viktig klinisk eksempel på betydningen av keratin er Epidermolysis bullosa simplex, en genetisk hudsykdom der mutasjoner i keratin-genene gjør at filamentene ikke dannes som de skal. Konsekvensen er ekstremt skjør hud som får blemmer og sår selv ved mild berøring.

2. Vimentin og vimentinrelaterte filamenter

Vimentin finnes i bindevev, muskelceller og gliaceller (støtteceller i nervesystemet). Den har en sentral rolle i å gi cellen struktur, holde organeller som kjernen og mitokondrier på plass, og beskytte cellen mot mekanisk deformasjon, særlig under bevegelse og stress.

I tillegg finnes det vimentinrelaterte filamenter, som:

• Desmin: i muskelceller, der det binder sammen sarkomérer og forankrer dem til cellemembranen
• GFAP (Glial Fibrillary Acidic Protein): i astrocytter i hjernen og ryggmargen

Disse filamentene gir støtte og organisering i vev som stadig utsettes for dynamiske krefter.

3. Nevrofilamenter

Nevrofilamenter finnes utelukkende i nerveceller, hvor de danner tette bunter langs aksonene – de lange utløperne som leder nervesignaler. De er helt avgjørende for å gi aksonet tykkelse og styrke, og dermed bestemme ledningshastigheten for elektriske impulser.
Uten nevrofilamenter ville ikke nervesystemet klart å sende signaler effektivt, og de bidrar i tillegg til å stabilisere og beskytte de lange, sårbare aksonene over tid.
Disse finnes i nerveceller, hvor de danner tette bunter langs aksonene – de lange utløperne som leder elektriske signaler. Nevrofilamenter bestemmer i stor grad tykkelsen på aksonet og dermed også ledningshastigheten. De gir styrke og stabilitet til nevronet, og er avgjørende for normal nervefunksjon.

4. Nukleær lamina

På innsiden av kjernemembranen finner vi et nettverk av spesialiserte intermediære filamenter kalt laminer. Denne strukturen, kjent som nukleær lamina, har to viktige roller:

• Mekanisk støtte: den holder cellekjernen i form og beskytter den mot deformasjon
• Funksjonell støtte: den deltar i reguleringen av DNA-replikasjon, transkripsjon og celledeling

Laminer finnes i alle eukaryote celler, og mutasjoner i lamin-genene kan gi alvorlige sykdommer. Et dramatisk eksempel er progeria, en sjelden genetisk sykdom som gir akselerert aldring.
Mutasjoner i laminer er også involvert i enkelte typer muskeldystrofi og andre laminopatier.

Keratin

Blant alle de intermediære filamentene er keratin den klart mest utbredte og kanskje den mest klinisk relevante. Denne filamenttypen finnes i alle epitelceller, og er særlig rikelig i hud, hår og negler – altså i strukturer som er designet for å beskytte kroppen mot mekanisk skade. Hos dyr finner vi keratin i fjær, horn, hover og klør, noe som sier mye om hvor motstandsdyktig det er.

Keratin er ansvarlig for at huden vår er fleksibel, men samtidig utrolig sterk, og tåler friksjon, trykk og ytre påkjenninger uten å sprekke. Dette gjør keratin til en avgjørende komponent i vår mekaniske barriere mot omverdenen.

Inne i hver epitelcelle dannes keratinfilamentene som lange, sterke tråder, og disse forankres i spesialiserte cellekontakter kalt desmosomer. Desmosomene fungerer som små «knutepunkter» på cellemembranen, hvor keratinfilamentene fra én celle kobles sammen med filamentene i nabocellen.

Slik dannes det et kontinuerlig, fleksibelt nettverk av keratin som strekker seg gjennom hele vevet. Når huden strekkes, bøyes eller trykkes på, vil ikke én enkelt celle måtte ta hele belastningen – i stedet fordeles kreftene jevnt utover hele cellelaget. Man kan sammenligne det med et nett av sterke kabler, hvor hver celle er en knute i nettet. Dette nettet gjør epitelvev både elastisk og slitesterkt.

Hvor viktig keratin er, kommer tydelig frem i sykdommer der det ikke fungerer som det skal. Et godt eksempel er Epidermolysis bullosa simplex, en genetisk hudsykdom hvor mutasjoner i keratin-genene fører til at filamentene ikke dannes normalt. Da blir huden ekstremt sårbar – selv mild berøring kan føre til blemmer, sår og avskalling. Uten det sterke keratinnettverket faller hudens beskyttende struktur sammen.

Klinisk eksempel: Epidermolysis bullosa simplex og progeria

Epidermolysis bullosa simplex

At keratin spiller en kritisk rolle i hudens struktur, blir tydelig i den genetiske sykdommen Epidermolysis bullosa simplex (EBS).

Denne tilstanden skyldes mutasjoner i genene som koder for keratin, og fører til at intermediære filamenter ikke dannes riktig. Resultatet er at det robuste nettverket som normalt beskytter epitelet mot mekanisk belastning, mangler eller er svekket.

Hos pasienter med EBS kan selv minimale påkjenninger, som lett trykk, friksjon fra klær eller en svak støt, føre til at hudlagene løsner fra hverandre. Det oppstår blemmer, hudavskalling og smertefulle sår – ofte som følge av helt vanlige, hverdagslige bevegelser.

Sykdommen viser hvor viktig keratinfilamentene er for å opprettholde hudens integritet og motstandsdyktighet.

Progeria og lamin A

Progeria, eller Hutchinson-Gilford progeria syndrome, er en sjelden genetisk sykdom som fører til dramatisk akselerert aldring hos barn. Den underliggende årsaken er en mutasjon i LMNA-genet, som koder for proteinet lamin A – et strukturelt intermediært filament som inngår i den nukleære lamina, rett under kjernemembranen.

Normalt dannes lamin A ved at et forstadium, kalt prelamin A, blir korrekt prosessert i flere trinn, før det settes inn i den nukleære lamina og gir kjernen styrke og stabilitet. Hos pasienter med progeria fører mutasjonen til at prelamin A ikke blir riktig modifisert. Det akkumulerer i cellen som et defekt protein kalt progerin.

Progerin forstyrrer strukturen til cellekjernen og svekker dens mekaniske integritet. Dette gjør at celler lettere skades og dør – spesielt i vev som utsettes for mekanisk stress, som hud, blodårer og muskler.

Symptomer på progeria viser seg allerede i tidlig barndom og inkluderer:

• Tap av underhudsfett og hår
• Tynn, rynkete hud
• Beinskjørhet og stivhet i ledd
• Aterosklerose og hjerte-karsykdommer i svært ung alder

Barn med progeria har normalt intellekt, men dør som regel av hjerteinfarkt eller slag i tenårene. Det finnes foreløpig ingen kur, men forskningen på lamin A og kjernearkitektur har gitt viktig innsikt i både genetiske sykdommer og normal aldring.

Lamin B, som også finnes i nukleær lamina, blir ikke påvirket i progeria, men samspillet mellom lamin A og B er viktig for å opprettholde kjernens struktur og genregulering.

Mikrotubuli

Mikrotubuli er lange, hule rør laget av protein, og utgjør en av de tre hovedtypene i cytoskjelettet.
Der aktinfilamenter gir form og bevegelse, og intermediære filamenter gir styrke, er mikrotubuli spesialister på struktur, organisering og transport. De danner et dynamisk nettverk inne i cellen som fungerer både som reisverk og motorvei for intracellulær transport – og de spiller avgjørende roller i blant annet celledeling og dannelse av cilier og flageller.

Struktur: Tubulindimer og protofilamenter

Mikrotubuli bygges opp av små protein-enheter kalt tubulindimerer, som består av to nært beslektede proteiner: alfa-tubulin og beta-tubulin. Disse er bundet sammen ved ikke-kovalente bindinger og oppfører seg som én funksjonell enhet.

Dimerene legger seg ende mot ende for å danne lange, lineære kjeder kalt protofilamenter. Tretten slike protofilamenter legger seg parallelt i en sirkel og danner en hul, rørformet struktur med en lumen i midten – det vi kjenner som en mikrotubulus.

Hver protofilament har en innebygd polaritet, fordi alfa-tubulin alltid vender mot én ende og beta-tubulin mot den andre. Dette gir mikrotubulus en minus-ende (alfa-tubulin) og en pluss-ende (beta-tubulin), og det er i pluss-enden at vekst og forlengelse primært skjer.

Sentrosomet

Inne i de fleste dyreceller finner vi en spesiell struktur som fungerer som mikrotubulienes “kommandosentral”: sentrosomet. Det er her mikrotubuli – de lange, dynamiske rørene som utgjør en viktig del av cytoskjelettet – har sitt utspring. Sentrosomet ligger vanligvis plassert nær cellekjernen, og fungerer som et mikrotubuli-organiserende senter (MTOC).

Sentrosomet er bygd opp av tre hovedkomponenter:

1. To sentrioler
   – Disse er korte, sylindriske strukturer som ligger vinkelrett (90°) på hverandre.
   – Hver sentriol består av ni tripletter av mikrotubuli og spiller en viktig rolle under celledeling, blant annet ved å organisere tentrådene som drar kromosomene fra hverandre.
2. Pericentriolær matrix
   – Dette er en amorf, geléaktig masse av proteiner som omgir sentriolene.
   – Her finner vi mange av de proteinene som trengs for å danne og organisere nye mikrotubuli.
3. Gamma-tubulinringer
   – I matrixen finnes det hundrevis av ringer laget av et spesialisert protein kalt gamma-tubulin.
   – Disse ringene fungerer som startpunkt (nukleasjonssteder) for mikrotubulidannelse – altså steder hvor mikrotubuli kan begynne å vokse.

Når en ny mikrotubulus dannes, starter den alltid fra et gamma-tubulinringkompleks i sentrosomet. Mikrotubuli har en retning, med en minus-ende og en pluss-ende:

• Minus-enden er forankret i gamma-tubulinringen i sentrosomet, og holder seg stabil.
• Pluss-enden vokser utover i cytoplasmaet, og kan strekke seg mot cellemembranen, organeller, eller andre deler av cellen.

Dette gir mikrotubuli en tydelig retning i cellen og gjør det mulig for dem å fungere som skinner for transport, støtte og organisering. Sentrosomet sørger for at mikrotubuliene dannes på riktig sted, i riktig retning og med riktig antall. Det hjelper cellen å opprettholde sin form, plassere organeller og dirigere transport av vesikler og andre strukturer. Under celledeling dobles sentrosomet slik at hver dattercelle får sitt eget.

Uten et fungerende sentrosom og organisert mikrotubulisystem ville cellen miste retning, balanse og evne til å koordinere viktige prosesser – fra transport til deling.

Dynamisk ustabilitet

En av mikrotubulienes mest fascinerende egenskaper er deres evne til å raskt endre lengde – en prosess kjent som dynamisk ustabilitet. Dette betyr at mikrotubuli kontinuerlig veksler mellom å vokse og å krympe, nesten som et fleksibelt stillas som cellen bygger opp og demonterer etter behov. Denne fleksibiliteten er avgjørende for mange av cellens funksjoner, særlig under celledeling, når mikrotubuli må danne den mitotiske spindelen på få minutter.

Mikrotubuli er bygd opp av tubulindimerer, som består av to nært beslektede proteiner: alfa-tubulin og beta-tubulin. Disse dimerene legger seg etter hverandre og danner hule rør.

• Når nye dimerer legges til i den voksende enden – den såkalte pluss-enden – kalles dette polymerisering.
• Når dimerer fjernes fra pluss-enden, kalles det depolymerisering.

Minus-enden er som regel stabilt forankret i sentrosomet og deltar ikke i dynamikken på samme måte.

GTP og GTP-cap

Dynamisk ustabilitet styres av en energikrevende prosess som involverer GTP-hydrolyse. Hver tubulindimer bærer med seg en GTP bundet til beta-tubulin når den er fri i cytosol. Når dimeren bygges inn i mikrotubulien, vil GTP gradvis hydrolyseres til GDP.

Men – og dette er viktig – hvis polymeriseringen skjer raskt, rekker ikke hydrolysen å følge med. Da får man en klynge av GTP-bundet tubulin i enden av mikrotubulien. Denne klyngen kalles en GTP-cap, og den stabiliserer mikrotubulien fordi GTP-bundet tubulin danner sterkere bindinger enn GDP-bundet.

Så lenge GTP-capen er til stede, vil mikrotubulien fortsette å vokse. Men dersom polymeriseringen går for sakte, eller GTP hydrolyseres raskere enn nye dimerer kommer til, kan capen forsvinne. Da blir enden ustabil og mikrotubulien kan kollapse.

Når GTP-capen forsvinner, blir enden ustabil, og hele mikrotubulien kan begynne å brytes raskt ned. Mikrotubulien krymper baklengs, og dimerene løses opp i cytosol. Dette heter katastrofe.
Når forholdene endrer seg, kan nye GTP-bundne dimerer igjen legges til, og mikrotubulien begynner å vokse.

Denne syklusen – vekst, tap av cap, dimerer løses opp eller legges til – gjør at mikrotubuli kan tilpasse seg raskt til cellens behov. Det er en unik egenskap som gir mikrotubuli evnen til å utføre komplekse oppgaver som:

• Transport av vesikler
• Organisering av organeller
• Oppbygning av mitotisk spindel ved celledeling

Stabilisering og transport langs mikrotubuli

Selv om mikrotubuli ofte oppfører seg dynamisk, finnes det også situasjoner der de stabiliseres, særlig i celler med langvarig strukturbehov – som nevroner. Her er mikrotubuli ikke i konstant vekst og kollaps, men danner stabile “skinner” som strekker seg gjennom hele aksonet, fra cellekroppen til endeterminalen.

Disse mikrotubuliene fungerer som transportbaner for cellens gods: organeller, vesikler og makromolekyler som skal fraktes fra én del av cellen til en annen. Men mikrotubuli gjør ikke dette arbeidet alene – de samarbeider med spesialiserte motorproteiner.

Motorproteiner

To hovedtyper av motorproteiner utfører denne transporten:

• Kinesin: beveger seg mot pluss-enden av mikrotubuli, altså utover fra cellekroppen mot enden av aksonet. Den frakter bl.a. synaptiske vesikler, enzymer og andre strukturer som skal til nerveenden.
• Dynein: beveger seg mot minus-enden, altså innover mot cellekroppen. Den returnerer avfall, resirkulerte membraner og signalmolekyler.

Man kan se for seg mikrotubuli som jernbaneskinner, og kinesin og dynein som små tog – hver med sin spesifikke retning og last.

Denne organiseringen er avgjørende for blant annet nevroners funksjon, hvor raske og presise transportmekanismer over lange avstander er helt essensielt for kommunikasjon mellom nerveceller.

Cilia og flageller

Langs overflaten av mange eukaryote celler finner vi fine, hårlignende strukturer kalt cilier og flageller. Disse utløperne er avgjørende for flere viktige prosesser i kroppen, inkludert cellebevegelse, transport av væske og partikler, og signaloverføring. Både cilier og flageller er bygget opp av mikrotubuli, og deres indre struktur er i stor grad lik. Likevel skiller de seg i både lengde, antall og funksjon.

Der mikrotubuli inne i cellen ofte er dynamiske og kan bygges opp og brytes ned raskt, er mikrotubuli i cilier og flageller stabilisert av spesialiserte proteiner. Dette gir strukturene den fastheten og koordinerte bevegelsen som er nødvendig for at de skal kunne utføre sine funksjoner effektivt.

Cilier

Cilier (entall: cilium) er korte, hårlignende utløpere som stikker ut fra celleoverflaten. De finnes ofte i store antall på én og samme celle og beveger seg i en koordinert, rytmisk bølgebevegelse. Denne bevegelsen gjør ciliene spesielt godt egnet til å flytte væske, slim eller partikler over celleoverflaten.

Eksempler på viktige funksjoner:

• Luftveiene: I trakea og bronkier dekker cilier overflaten av epitelcellene. Sammen med slim fra begerceller utgjør de en viktig del av kroppens forsvarssystem. Ciliene slår rytmisk og frakter slimet – og med det partikler, støv og mikrober – oppover mot svelget, der det svelges eller hostes ut.
• Reproduksjonssystemet hos kvinner: I egglederne hjelper ciliene til med å transportere egget fra eggstokken til livmoren etter eggløsning. Dersom ciliene ikke fungerer, kan dette hindre normal transport og i verste fall føre til infertilitet eller ektopisk graviditet.
• Embryonal utvikling: I de første stadiene av fosterutviklingen finnes spesialiserte cilier i primitive knuter. Disse bidrar til å etablere kroppens høyre–venstre-symmetri. Når ciliefunksjonen svikter her, kan det føre til speilvendt organplassering – en tilstand som kalles situs inversus.

9+2-strukturen

Strukturen til cilier og flageller følger et karakteristisk mønster kalt “9+2-strukturen”. Dette refererer til antallet mikrotubuli inne i selve utløperen:

• 9 ytre par av mikrotubuli ligger organisert i en sirkel
• 2 sentrale mikrotubuli ligger i midten

Rundt mikrotubuli finner vi en rekke tilleggsproteiner, blant annet dyneinarmer, som er store motorproteiner.

Dynein er et motorprotein som bruker ATP som energikilde og beveger seg langs mikrotubuli mot minus-enden. I eksperimenter der mikrotubuli er isolert, kan dynein forårsake glidning mellom mikrotubuli. Men i cilier og flageller er mikrotubuliene bundet sammen av proteiner som hindrer glidning – i stedet fører dyneins bevegelse til bøyning av hele strukturen.

Bevegelsen gjør at cilier kan skyve væske i én bestemt retning – og at enkelte celler, som sædceller, kan drive seg fremover med hjelp av en flagell.

Flageller

Flageller er strukturelt svært like cilier, men de er som regel lengre, og hver celle har som oftest kun én flagell. Flageller finnes særlig i encellede organismer og i sædceller hos mennesker, hvor de gir cellen evne til å svømme.

Bevegelsen til flagellen er bølgeliknende, med repeterende bøyninger som drives av dynein. Dette skaper fremdrift og lar cellen bevege seg i væske – noe som er avgjørende for blant annet fertilitet.

I tillegg til bevegelse, kan enkelte flageller og cilier også ha sensoriske roller, der de deltar i signaloverføring og oppfattelse av miljøstimuli – en funksjon som fremdeles utforskes.

Flageller ligner på cilier i struktur, men er vanligvis lengre, og det finnes én eller få av dem per celle. I mennesker er det mest kjente eksemplet sædcellen, som bruker en enkelt flagell til å svømme mot egget.

---

Klinisk eksempel: Primær ciliedysfunksjon (PCD)

En av de mest kjente og godt studerte sykdommene som skyldes defekt ciliefunksjon, er Primær ciliedysfunksjon (PCD) – tidligere kjent som Kartageners syndrom. Dette er en arvelig, medfødt tilstand som påvirker strukturen og/eller funksjonen til ciliene.

Hos personer med PCD klarer ikke ciliene å slå rytmisk og effektivt, slik de normalt skal. Dette skyldes oftest genetiske mutasjoner som rammer proteiner som er nødvendige for cilienes bevegelighet – for eksempel dyneinarmer eller strukturelle komponenter i 9+2-organiseringen.

Den vanligste og mest merkbare konsekvensen av PCD er nedsatt funksjon i luftveienes cilier. Normalt sørger disse for at slim og partikler transporteres oppover og ut av luftveiene – en del av kroppens naturlige rensesystem. Når ciliene ikke fungerer, hoper slim seg opp, og bakterier får grobunn.

Dette fører til:

• Hyppige og langvarige luftveisinfeksjoner
• Kronisk hoste, ofte med slim
• Bihulebetennelser (sinusitt)
• Bronkiektasier – en tilstand der luftveiene blir unormalt utvidet og skadet

Cilier spiller også en viktig rolle i reproduksjonssystemet. Kvinner med PCD kan ha nedsatt fertilitet fordi ciliene i egglederne ikke klarer å frakte egget normalt. Hos menn kan sædcellenes flagell være påvirket, noe som fører til redusert bevegelighet og lavere fertilitet.

Aktinfilamenter

Aktinfilamenter er de tynneste, men kanskje mest dynamiske og allsidige komponentene i cytoskjelettet. De er bygget opp av aktinproteiner og finnes masse av rett under cellemembranen, i et område som kalles cortex.

Struktur og polaritet

Aktinfilamenter er en av hovedkomponentene i cytoskjelettet, og er helt avgjørende for cellens form, bevegelse og indre organisering. Men hva består de egentlig av, og hvorfor er de så dynamiske?

Grunnenheten i aktinfilamenter er G-aktin (globulært aktin) – et lite, kuleformet protein som kan binde ATP. Når mange G-aktin-molekyler kobles sammen, danner de lange, tynne og fleksible tråder kalt F-aktin (fibrillært aktin). Det er disse trådene som utgjør selve aktinfilamentene vi ser i cellens cytoskjelett.

Aktinfilamenter har polaritet, noe som betyr at de har en pluss-ende og en minus-ende.

• I pluss-enden legges nye G-aktin-monomerer raskt til – denne enden vokser raskest.
• I minus-enden fjernes monomerer langsommere – denne enden vokser lite, og kan også krympe.

Denne polariteten gjør at aktinfilamentene fungerer som dynamiske strukturer med innebygd retning, noe som er essensielt for mange av cellens funksjoner – fra cellevandring og formen cellen tar, til hvordan vesikler transporteres og hvordan celleoverflater endres.

Med denne dynamiske oppførselen og tydelige retningen kan aktinfilamentene raskt omorganiseres – som når en celle skal flytte på seg, sende ut en utløper, eller reagere på et signal.

Polymerisering og treadmilling

Polymerisering av aktinfilamenter er en energikrevende prosess som starter med at hvert G-aktin-molekyl binder et ATP-molekyl før det bygges inn i et voksende filament. Etter at det er innlemmet i filamentet, vil ATP gradvis hydrolyseres til ADP. Denne hydrolysen reduserer bindingsevnen til aktin og gjør det mer sannsynlig at monomeren løsner, særlig i filamentets minus-ende.

Denne forskjellen i affinitet mellom ATP- og ADP-bundet aktin fører til en dynamisk likevekt kjent som treadmilling.

Treadmilling oppstår når det legges til ATP-bundet aktin i pluss-enden i samme tempo som ADP-bundet aktin fjernes fra minus-enden. Filamentets totale lengde forblir da konstant, men aktinmonomerene beveger seg gjennom filamentet i en kontinuerlig strøm – inn på den ene siden og ut på den andre.

Dette gir en form for intern bevegelse som tillater cellen å reorganisere cytoskjelettet raskt, drive frem celleutløpere eller tilpasse formen i sanntid. Treadmilling er derfor en viktig mekanisme for cellebevegelse, formendring og intracellulær dynamikk, selv i stabile filamenter.

Organisering av aktin

Aktinfilamentenes funksjon avhenger sterkt av hvordan de organiseres. Ved hjelp av ulike assosierte proteiner kan filamentene settes sammen i flere ulike strukturer, som hver gir cellen unike egenskaper.

I noen sammenhenger danner aktin kontraktile bunter, der filamentene er arrangert på en måte som tillater sammentrekning – omtrent som tauverk. Dette ser vi blant annet i stressfibre, som finnes i det indre av mange celler og hjelper til med å dra sammen cellen eller forankre den til underlaget. Et annet viktig eksempel er den kontraktile ringen som dannes ved celledeling, hvor aktin samarbeider med myosin for å dele cellen fysisk i to.

Like under cellemembranen danner aktin et mer ustrukturert, men stabilt nettverk kalt korteks. Dette er et geléaktig, fleksibelt lag som gir cellen mekanisk styrke, holder på formen og gjør det mulig for cellen å flate ut og bevege seg over underlaget – noe som er avgjørende for celler som migrerer eller endrer fasong.

I celleutløpere kalt filopodia organiseres aktin i parallelle bunter, der alle filamentene peker med pluss-endene ut mot tuppen. Denne ordningen gjør filopodiene velegnet som følende strukturer – de fungerer nærmest som sensoriske utløpere som cellen bruker til å kjenne igjen og reagere på det som skjer i omgivelsene.

Dermed kan aktinfilamenter danne både stive søyler, fleksible nettverk og dynamiske bunter, alt etter behov. Cellen kan med dette tilpasse sin struktur og adferd med stor presisjon.

Cellebevegelse

Cellemigrasjon er en nøye koordinert prosess der aktinfilamentene spiller hovedrollen. Cellen beveger seg fremover ved hjelp av to sentrale krefter: polymerisering foran og kontraksjon bak.

I cellefronten skjer det en rask polymerisering av aktinfilamenter, særlig i det området rett under plasmamembranen. Dette danner brede, bølgelignende utløpere kalt lamellipodia, som strekker seg utover og skyver cellemembranen fremover.

I tillegg dannes det tynne, fingerlignende utløpere kalt filopodia, som består av parallelle aktinbunter. Disse fungerer som sanseorganer – de utforsker omgivelsene, finner veien fremover og hjelper cellen med å navigere.

Mens cellens front dyttes frem av aktinpolymerisering, må baksiden følge etter. Dette skjer ved hjelp av myosin II, et motorprotein som binder til to aktinfilamenter samtidig og drar dem mot hverandre. Dette fører til kontraksjon av cytoskjelettet i cellens bakpart og trekker cellen fremover som en helhet.

Samspillet mellom aktin og myosin gjør det altså mulig for cellen å både skyve og trekke seg frem, omtrent som når man kryper over gulvet ved å skyve med hendene og trekke med beina.

Fagocytose

Fagocytose er en prosess der cellen tar opp store partikler, som bakterier eller cellefragmenter, ved å omslutte dem med plasmamembranen og trekke dem inn i cellen. Denne prosessen er spesielt viktig for immunceller som makrofager og nøytrofile granulocytter.

For å gripe byttet sitt, bruker cellen aktinfilamenter til å danne utløpere av membranen kalt pseudopodier. Disse strekker seg ut og bøyer seg rundt partikkelen. Dette krever en lokal og rask aktinpolymerisering, som skyver membranen fremover.

Denne bevegelsen styres av spesifikke signalstoffer, blant annet fosfoinositider i cellemembranen, som sørger for at aktinpolymerisering skjer akkurat der den trengs.

Når pseudopodiene har omsluttet partikkelen fullstendig, lukkes membranen rundt den og danner en lukket blære inne i cellen – en såkalt fagosom. Deretter smelter fagosomet sammen med et lysosom, og innholdet brytes ned av enzymer.

På denne måten fungerer fagocytose som cellens aktive forsvarsmekanisme, der både struktur (aktin) og signaler samarbeider for å eliminere potensielt farlige inntrengere.

Aktin og myosin

Bevegelse og kraft i cellen er et samarbeid. Det er samarbeidet mellom aktin og motorproteiner – særlig myosin I og myosin II – som gjør det mulig for cellen å utføre mekanisk arbeid.

Myosin I består av ett motorhode og en fleksibel hale.
Det beveger seg langs aktinfilamenter mot pluss-enden, og fungerer som en liten enveis transporttralle. Med halen festet til små vesikler eller cellemembranen, kan det skyve membranen fremover eller transportere last inne i cellen.

Denne typen myosin finnes særlig i cellens kortikale områder, altså like under plasmamembranen, hvor det bidrar til membranbevegelser og lokal transport.

Myosin II er mer kompleks, med to motorhoder og en coiled-coil hale som gjør det mulig å danne bipolare filamenter. Disse filamentene har motorhoder i hver ende, og kan dra i aktinfilamenter i motsatt retning. Dette genererer kontraksjonskraft.

Myosin II er kjent fra muskelceller, der det sammen med aktinfilamenter danner enheter kalt sarkomerer. I hver sarkomer glir myosin over aktin, og dette forkorter muskelen – en prosess som krever ATP. Det er denne mekanismen som ligger bak alt fra hjertebank til fingerbevegelser.

Men myosin II finnes også i ikke-muskelceller, der det spiller en viktig rolle i prosesser som celledeling, cellemigrasjon og formendring.
Det kan for eksempel drive sammenklemning av cellen under cytokinese (kontraktil ring som vi snakker om i mitose og meiose), eller skape spenning i stressfibre som regulerer cellens form og festepunkter.

Ekstra forståelse: Forskjellen på transport med mikrotubili versus transport med aktin og myosin

Transporten inni cellen styres hovedsakelig av to systemer: mikrotubuli og aktinfilamenter, som hver fungerer som egne “veinett” for cellens indre trafikk – men på helt ulike måter.

Mikrotubuli er de lange, stive transportveiene som går fra cellekjernen og utover i cellen. De fungerer som motorveier for langtransport. Her fraktes vesikler og organeller med motorproteinene kinesin (som går utover mot celleperiferien) og dynein (som går innover mot cellekjernen). Dette systemet er essensielt i store celler, som nevroner, der materiale må fraktes meterlangt langs aksoner.

Aktinfilamenter, derimot, ligger tett under cellemembranen og danner et fleksibelt nettverk for kortdistanse- og finjustert transport. Her brukes motorproteinet myosin I, som beveger seg mot filamentenes pluss-ende og frakter små vesikler og membranbiter. Aktinsystemet er spesielt viktig i soner nær celleoverflaten – som ved endocytose, eksocytose, og formforandringer.

Kort sagt: mikrotubuli sørger for hurtig, langdistanse transport, mens aktin og myosin styrer presis, lokal bevegelse.