Зарождение микротрубочек - Microtubule nucleation

В клеточная биология, зарождение микротрубочек это событие, которое инициирует de novo формирование микротрубочки (МЦ). Эти нити цитоскелет обычно формируются через полимеризация α- и β-тубулин димеры, основные строительные блоки микротрубочек, которые первоначально взаимодействуют, чтобы зародить зародыш, из которого удлиняется филамент.^[1]

Зарождение микротрубочек происходит спонтанно in vitro, с растворами очищенного тубулина, дающими образование полноразмерных полимеров. Димеры тубулина, из которых состоят полимеры, обладают внутренней способностью к самоагрегированию и сборке в цилиндрические трубки при условии наличия достаточного количества GTP. Кинетические барьеры такого процесса, однако, означают, что скорость, с которой микротрубочки спонтанно зарождаются, относительно низка.^[2]

Роль γ-тубулина и кольцевого комплекса γ-тубулина (γ-TuRC)

В естественных условиях клетки преодолевают этот кинетический барьер, используя различные белки, способствующие зарождению микротрубочек. Первичный путь, с помощью которого происходит зарождение микротрубочек, требует действия третьего типа тубулина, γ-тубулин, который отличается от субъединиц α и β, которые составляют сами микротрубочки. Γ-тубулин объединяется с несколькими другими ассоциированными белками с образованием конической структуры, известной как кольцевой комплекс γ-тубулина (γ-TuRC). Этот комплекс с его 13-кратной симметрией действует как каркас или матрица для димеров α / β тубулина в процессе нуклеации, ускоряя сборку кольца 13 протофиламенты которые составляют растущую микротрубочку.^[3] Γ-TuRC также действует как крышка на (-) конце, в то время как микротрубочка продолжает рост со своего (+) конца. Этот колпачок обеспечивает стабильность и защиту конца микротрубочек (-) от ферментов, которые могут привести к его деполимеризации, а также ингибировать рост (-) конца.

Зарождение МТ из центров организации микротрубочек (MTOC)

Γ-TuRC обычно находится в качестве основной функциональной единицы в центр организации микротрубочек (MTOC), например центросома в животное клетки или тела полюса шпинделя в грибы и водоросли. Γ-TuRCs в центросоме образуют ядро ​​множества микротрубочек в межфазный, которые расширяют свои (+) - концы радиально наружу в цитоплазму к периферии клетки. Помимо других функций, этот радиальный массив используется микротрубочками на основе моторные белки для транспортировки различных грузов, таких как везикулы, к плазматической мембране.

В клетках животных, подвергающихся митоз, подобный радиальный массив создается из двух MTOC, называемых полюса шпинделя, которые производят биполярное митотическое веретено. Однако некоторые клетки, например клетки высшей растения а в ооцитах отсутствуют отчетливые MTOC, и микротрубочки образуются нецентросомным путем. Другие клетки, такие как нейроны, клетки скелетных мышц и эпителиальные клетки, которые действительно имеют MTOC, обладают множеством микротрубочек, не связанных с центросомой.^[4] Эти нецентросомные массивы микротрубочек могут принимать различную геометрию, например, приводящую к длинной и тонкой форме миотрубки, тонкие выступы аксон, или сильно поляризованные домены клетка эпителия. Исследователи считают, что микротрубочки в этих массивах сначала генерируются γ-TuRC, а затем транспортируются через моторные белки или беговая дорожка в желаемое место и, наконец, стабилизируется в необходимой конфигурации за счет действия различных заякоренных и перекрестно сшивающих белков.

Ученые считают, что в корковом массиве растений, а также в аксонах нейронов микротрубочки зарождаются из существующих микротрубочек под действием разделяющих ферментов, таких как катанин.^[5] Сродни действию кофилин при генерировании массивов актиновых филаментов разделение микротрубочек путем КАРТЫ создает новые (+) концы, из которых могут расти микротрубочки. Таким образом динамические массивы микротрубочек могут быть созданы без помощи γ-TuRC.

Разветвленное зарождение МТ

Исследования с использованием экстрактов яиц Xenopus выявили новую форму зародышеобразования микротрубочек, которая генерирует веерообразные ветвящиеся решетки, в которых новые микротрубочки растут под углом к ​​более старым микротрубочкам.^[6] Исследователи подозревают, что в этом процессе участвуют нецентросомные γ-TuRC, которые связываются со сторонами существующих микротрубочек через комплекс аугмина. Этот метод микротрубочки-зависимого зарождения микротрубочек приводит к быстрому увеличению числа микротрубочек и создает дочерние микротрубочки с той же полярностью, что и материнские микротрубочки, от которых они ответвляются. Было высказано предположение, что такой метод может быть важен для генерации митотического веретена.^[7]

Роль белков, связанных с микротрубочками (MAP)

Хотя γ-TuRC является основным белком, к которому клетки обращаются, когда сталкиваются с задачей зарождения микротрубочек, это не единственный белок, который, как предполагается, действует как фактор зародышеобразования. Несколько других КАРТЫ помогают γ-TuRC в процессе зародышеобразования, в то время как другие зародышеобразуют микротрубочки независимо от γ-TuRC. В описанном выше зарождении ветвления добавление TPX2 к яичным экстрактам привело к резкому увеличению числа случаев нуклеации, в то время как в других исследованиях белок XMAP215, in vitro, зародившаяся микротрубочка астры с ее истощением in vivo снижение потенциала нуклеации центросом.^[8] Белок, связывающий микротрубочки даблкортин, in vitro, зародыширует микротрубочки, действуя путем связывания со стороной, а не с концом растущих микротрубочек.^[9] Таким образом, в клетках может присутствовать семейство белков, действующих как факторы зародышеобразования, снижая с помощью различных механизмов энергетические затраты на зарождение микротрубочек.

Некоторые белки участвуют в форматировании γ-TuRC, а также во временном и пространственном контроле зарождения микротрубочек. К ним относятся, например, спиральная катушка белки со структурными функциями и регуляторные белки, такие как компоненты Выполнить цикл. NEDD1 набирает γ-TuRC в центросома путем связывания с γ-тубулином.^[10][11]

Рекомендации

внешняя ссылка

• MBInfo: микротрубочка
• MBInfo: Комплексная сборка тубулина