ТУБУЛИН

Микротрубочки, подобно микрофиламентам, являются линейными полимерами. Они построены из молекул тубулина, представляющих собой аР-димеры. Как а-, так и р-тубулин имеют мол. массу около 55 кДа и могут содержать связанный GTP или GDP. В димере только тот нуклеотид, который связан р-тубулином, может обмениваться с GTP, присутствующим в растворе. Как и у актина, аминокислотная последовательность тубулина высококонсервативна. Пептиды аир разошлись на ранних этапах эволюции эукариот, и последующие изменения уже не были столь существенными.

Полимеризация тубулина имеет много общего с полимеризацией актина. Молекулы соединяются и образуют затравку, от которой в обе стороны начинается рост полимера, сопровождающийся гидролизом связанного луклеозидтрифосфата. Критические концентрации полимеризации иа двух разных концах микротрубочки неодинаковы, что в принципе делает возможным «проток» молекул тубулина вдоль мйкротрубочки (в тех случаях, когда концентрация свободного тубулина в растворе лежит в интервале между критическими концентрациями для концов). Фрагментация и соединение конец в конец могут, как и в случае актиновых филаментов, изменять численную концентрацию концов микротрубочек в препарате, не влияя на количество молекул, входящих в состав полимера.

На сборку микротрубочек влияют концентрация .двухвалентных катионов и температура: она подавляется кальцием, ЭДТА и холодом. Гидролиз GTP не необходим для полимеризации, судя по тому что и негидролизуемые аналоги поддерживают ее на нормальном уровне; однако образующиеся при этом микротрубочки устойчивы к действию кальция.

Для тубулина разнообразие потенциально возможных путей полимеризации выше, чем для актина. In vitro можно наблюдать образование нескольких разных полимерных форм тубулина, причем то, какие именно формы образуются, зависит от условий проведения полимеризации. Полиморфизм продуктов полимеризации тубулина направил усилия исследователей на поиск факторов, способных стимулировать ее — зачастую в весьма нефизиологических условиях. В принципе тубулин-связывающие белки можно было бы классифицировать так же, как Мы классифицировали актин-связывающие белки, т. е. по способности присоединяться к свободным молекулам тубулина, быстро растущему и медленно растущему концам микротрубочек и их боковой поверхности. Однако по причинам исторического характера большинство ассоциированных с микротрубочками белков-излучалось либо с точки зрения их сополимеризации с— тубулином, либо с точки зрения их способности стимулировать сборку микротрубочек. Как уже говорилось ранее по поводу микрофиламентов, то, что мы называем полимеризацией, складывается из нуклеации, элонгации фрагментации и стыковки, и на каждый из перечисленных процессов при сборке мйкротрубочек могут влиять тубулин-связывающие белки. К этому надо добавить, что, поскольку затравки для сборки микротрубочек, больше тех, какие нужны для сборки микрофиламентов, нуклеация при полимеризации тубулина особенно чувствительна к его концентрации. Действие всякого фактора, стабилизирующего затравки, будет проявляться; главным образом в стимуляции нуклеации — независимо от того, является ли это его функцией in vivo. Имея все это в виду, перейдем к обсуждению ассоциированных с микротрубочками белков по отдельности.

Две основные группы белков, ассоциированных с микротрубочками (БАМ), были первоначально идентифицированы по способности не отделяться от тубулина в циклах полимеризации — деполимеризации или оставаться связанным с этим белком при его очистке другими методами. Заметим, что способность оставаться постоянно связанным с тубулином нельзя считать адекватным критерием специфичности взаимодействия с ним, поскольку тубулин — сильно заряженный белок и может вести себя как ионообменник. Однако белки этих двух основных групп были также обнаружены на микротрубочках в фиксированных неэкстрагированных клетках.

Одну группу БАМ составляют белки с высокой мол. массой (от 290 до 350 кДа), их присутствие характерно для микротрубочек головного мозга. В другую группу входят белки с мол. массой между 55 и 70 кДа, обозначаемые буквой т. БАМ высокой мол. массы, и т-БАМ первоначально были описаны как «белки, стимулирующие полимеризацию. Внешний вид микротрубочек, декорированных БАМ той или другой группы, и локализация этих белков в клетке говорят о том, что как БАМ высокой мол. массы, так и т-БАМ связываются с боковой поверхностью микротрубочек. Их стимулирующее влияние на полимеризацию обусловлено, по-видимому, стимуляцией нуклеации — .аналогично, надо думать, белкам, которые связываются с боковой поверхностью актиновых филаментов. На микротрубочках, декорированных БАМ высокой мол. массы, видны боковые выросты («ручки»), из-за чего эти микротрубочки выглядят опушенными. Боковые ручки могут контактировать с секреторными гранулами; АТР вызывает открепление гранул.

Несколько БАМ было идентифицировано в различных клетках с помощью иного метода, выявляющего связь белков с микротрубочками in vivo. В их число входят белок с мол. массой 69 кДа, гомологичный т-белкам, и белок с мол. массой 80 кДа, гомологичный по некоторым пептидам белку, имеющему мол. массу 69 кДа. Оба белка в той или иной степени фосфорилированы, причем чем выше степень их фосфорилированности, тем лучше они связываются с микротрубочками. Это одни из немногих случаев, когда фосфорилирование цитоскелетных белков ощутимо влияет на их сродство к цитоскелету.

В препарате микротрубочек обнаружена нуклеозид-дифосфат—киназа; ее удельная активность в препарате может оставаться постоянной на протяжении трех циклов полимеризации. Этот фермент не идентичен ниодному из БАМ высокой мол. массы или т-БАМ. Он способен фосфорилировать как GDP, так и ADP. Какой зклад вносит нуклеозид-дифосфат—киназа в функционирование микротрубочек, пока неизвестно.

Тубулин-тирозинлигаза — фермент, у которого имеются две изоформы. Тирозинлигаза катализирует лосттрансляционное присоединение тирозина к концевому глутамату а-субъединицы тубулина. Описаны изменения в распределении как самого фермента, так и тирозилированного тубулина, однако функциональное значение этих изменений до сих пор неизвестно.

В препаратах микротрубочек, очищенных различными методами, присутствует АМР-зависимая протеинкилаза. Эта киназа ассоциирована с БАМ-2; в присутствии АМР и АТР она может фосфорилировать как БАМ-2, так и т-БАМ [20]. Фосфорилирование этих белков, возможно, усиливает их стабилизирующее действие на микротрубочки или стимулирует их связывание с микротрубочками.

БАМ высокой мол. массы — БАМ-1 ( — 350 кДа) и БАМ-2 ( — 270 кДа) — дают при электрофорезе в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия гетерогенную картину. БАМ-2 разделяется на два компонента, а БАМ-1 состоит по меньшей мере из трех компонентов. БАМ-1 содержит также полипептиды меньшего размера (называемые легкими цепями 1 и 2), которые имеют мол. массу приблизительно 30 и 28 кДа :и присутствуют в соотношении 1:1. БАМ-1 распространен, по-видимому, более широко, чем БАМ-2; он обнаруживается как на микротрубочках интерфазных клеток, так и в митотическом веретене.

С микротрубочками может быть связан механохимический белок динеин, который во многих отношениях аналогичен миозину. Состав динеина зависит от источника, из которого он выделен, и методов, применявшихся при выделении. Динеин из ресничек состоит примерно из 12 полипептидных цепей, в том числе трех цепей с мол. массой —400 кДа, двух или трех цепей с мол. массой ~85 кДа и шести-восьми цепей небольшого размера. Динеин обладает стимулируемой микротрубочками АТР-азной активностью. Эта активность подавляется ортованадатом. После некоторых воздействий динеин, сохраняя АТР-азную активность, оказывается неспособным образовывать поперечные сшивки между микротрубочками. Это означает, что, как и многие из белков,, сшивающих актин, динеин имеет несколько связывающих доменов. Динеин может сшивать как дублеты микротрубочек из ресничек, так и одиночные микротрубочки,, полученные при полимеризации очищенного тубулина из головного мозга. Сшивки разрушаются под действием АТР. Динеин присоединяется к микротрубочкам ориентированным образом, так что путем декорирования микротрубочек очищенным динеином может быть определена их полярность.

По аналогии с актином можно представить себе, что для тубулина существуют белки, взаимодействующие с мономерами, и белки, кепирующие концы полимера. И хотя предсказать свойства таких белков совсем нетрудно, их существование остается в настоящее время гипотетическим . На присутствие в клетках неидентифицированных пока белков, связывающихся с концами полимера, указывает наличие в них центров нуклеации.

В отличие от актиновых филаментов, микротрубочки не образуют в клетке геля. Действие тубулин-связывающих белков проявляется главным образом в стабилизации микротрубочек и в образовании поперечных сшивок, соединяющих микротрубочки друг с другом, а также с промежуточными филаментами и субклеточными органеллами, такими как секреторные гранулы. Изучение свойств этих белков, за исключением динеина и БАМ-2, находится еще в зачаточном состоянии.


Похожие материалы:

Белки промежуточных филаментов

Белки ассоциированные с несколькими системами филаментов

Возможные белки микротрабекул

Ковалентные модификации цитоскелетных белков


   
© Медицинские науки. Перепечатка материалов сайта без действующей обратной ссылки запрещена!