Sitoskeleton adalah jaringan protein berfilamen yang sangat dinamis dan terorganisir yang meluas ke seluruh sitoplasma. Ini memberikan dukungan mekanis, menentukan bentuk sel, memposisikan organel, dan menghasilkan kekuatan yang diperlukan untuk pembelahan dan motilitas sel.
Filamen Aktin (Mikrofilamen)
Filamen aktin (F-aktin) berdiameter 7 nm dan dirakit dari monomer aktin globular (G-aktin) yang terikat pada ATP atau ADP. Polimerisasi terjadi terutama pada ujung yang berduri (plus), sedangkan depolimerisasi terjadi pada ujung yang runcing (minus), suatu sifat yang disebut treadmilling ketika lajunya seimbang. Protein pengikat aktin mengatur dinamika filamen: profilin mendorong polimerisasi aktin dengan menukar ADP dengan ATP, cofilin memutuskan filamen dan mempercepat depolimerisasi, dan kompleks Arp2/3 mengnukleasi filamen baru sebagai cabang dari filamen yang sudah ada. Protein penutup mengikat ujung berduri untuk menstabilkan filamen, sedangkan tropomodulin menutup ujung runcing. Formin berinti pada filamen linier dan tidak bercabang dan tetap berhubungan dengan ujung berduri selama pemanjangan.
Mikrotubulus
Mikrotubulus adalah silinder berongga berdiameter 25 nm yang terdiri dari heterodimer tubulin α dan β yang berkumpul dari kepala ke ekor menjadi protofilamen, biasanya tiga belas di antaranya membentuk dinding mikrotubulus. Mikrotubulus menunjukkan ketidakstabilan dinamis: mereka bergantian antara fase pertumbuhan (polimerisasi GTP-tubulin) dan penyusutan yang cepat (bencana yang dipicu oleh hidrolisis GTP pada subunit β-tubulin). Sentrosom berfungsi sebagai pusat pengorganisasian mikrotubulus utama dalam sel hewan, mengandung sepasang sentriol yang dikelilingi oleh bahan perisentriolar yang kaya akan kompleks cincin γ-tubulin yang mengnukleasi mikrotubulus. Protein terkait mikrotubulus (MAP) seperti MAP2 dan tau menstabilkan mikrotubulus, sementara katanin memutusnya. Taxol obat menstabilkan mikrotubulus dan digunakan sebagai agen kemoterapi, sedangkan colchicine dan nocodazole mendorong depolimerisasi.
Filamen Menengah
Filamen perantara berdiameter 10 nm dan terdiri dari beragam protein spesifik jaringan. Filamen perantara sitoplasma termasuk keratin pada sel epitel, vimentin pada sel mesenkim, desmin pada sel otot, protein asam fibrilar glial pada astrosit, dan neurofilamen pada neuron. Filamen perantara inti (lamin A, B, dan C) membentuk lamina inti di bawah membran inti bagian dalam, memberikan dukungan mekanis untuk inti dan penahan kromatin. Tidak seperti aktin dan mikrotubulus, filamen perantara bersifat non-polar dan tidak menggunakan hidrolisis nukleotida untuk polimerisasi. Mereka memberikan ketahanan mekanis pada sel dan jaringan, dan mutasi pada gen filamen menengah menyebabkan penyakit seperti epidermolisis bulosa simpleks (keratin), kardiomiopati (desmin), dan progeria (lamin A).
Protein Motorik
Miosin adalah protein motorik berbasis aktin yang bergerak menuju ujung filamen aktin yang berduri (miosin kelas II pada otot, miosin kelas V pada transpor vesikel). Myosin II membentuk filamen bipolar yang menggeser filamen aktin antiparalel melewati satu sama lain, mendorong kontraksi otot dan sitokinesis. Kinesin adalah motor berbasis mikrotubulus yang biasanya bergerak menuju ujung plus (menuju pinggiran sel), mengangkut vesikel, organel, dan mRNA di sepanjang jalur mikrotubulus. Dynein adalah motor berbasis mikrotubulus yang bergerak menuju ujung minus (menuju sentrosom), menggerakkan transpor aksonal retrograde di neuron, memposisikan aparatus Golgi, dan menggerakkan pemukulan silia dan flagela. Disfungsi protein motorik menyebabkan penyakit seperti sklerosis lateral amiotrofik (mutasi kinesin) dan diskinesia silia primer (mutasi dynein).
Sitoskeleton dalam Pembelahan Sel
Selama mitosis, susunan mikrotubulus interfase dibongkar dan diatur ulang menjadi gelendong mitosis, susunan mikrotubulus bipolar yang menempel pada kromosom melalui kinetokor. Pos pemeriksaan perakitan spindel memastikan perlekatan bipolar yang benar sebelum permulaan anafase. Kinesin-5 (Eg5) mengikat silang dan menggeser mikrotubulus antiparalel untuk memisahkan kutub spindel. Sitoskeleton aktin membentuk cincin kontraktil pada alur pembelahan selama sitokinesis, terdiri dari filamen aktin dan miosin II yang menyempit untuk membelah sel. Pembentukan dan absisi bagian tengah tubuh melengkapi pemisahan sel anak.
Motilitas dan Migrasi Sel
Migrasi sel adalah proses siklus yang didorong oleh dinamika aktin. Di tepi depan, kompleks Arp2/3 dan jaringan aktin linier dan bercabang nukleat yang mendorong membran plasma ke depan membentuk lamellipodia dan filopodia. Adhesi fokus menghubungkan sitoskeleton aktin ke matriks ekstraseluler melalui integrin, memberikan traksi. Badan sel bergerak maju saat kontraksi aktin-miosin melepaskan adhesi belakang. Kemotaksis mengarahkan migrasi sel sepanjang gradien kimia, dimediasi oleh sinyal GPCR yang mengaktifkan PI3K, Rac, dan Cdc42, yang pada gilirannya mengatur polimerisasi aktin. Sel juga bergerak melalui lingkungan tiga dimensi menggunakan matriks metaloproteinase untuk mendegradasi matriks ekstraseluler atau menggunakan gerakan amoeboid yang menembus celah.
