Войти
Катанин представляет собой разделяющий микротрубочки белок ААА. Он назван в честь японского меча катана. Катанин - это гетеродимерный белок, впервые обнаруженный у морских ежей. Он содержит субъединицу 60 кДа АТФазы , кодируемую KATNA1, которая предназначена для разделения микротрубочек. Эта субъединица требует АТФ и наличия микротрубочек для активации. Вторая субъединица 80 кДа, кодируемая KATNB1, регулирует активность АТФазы и локализует белок в центросомах. Электронная микроскопия показывает, что катанин образует 14–16 нм кольца в активном олигомеризованном состоянии на стенках микротрубочек (но не вокруг микротрубочек).
Структурный анализ с использованием электронной микроскопии показал, что протофиламенты микротрубочек меняют свою прямую на изогнутую конформацию при GTP гидролиз β- тубулина. Однако, когда эти протофиламенты являются частью полимеризованной микротрубочки, стабилизирующие взаимодействия, создаваемые окружающими блокировочными субъединицами решетки, превращаются в прямую конформацию даже после гидролиза GTP . Чтобы нарушить эти стабильные взаимодействия, катанин, когда-то связанный с АТФ, олигомеризуется в кольцевую структуру на стенке микротрубочек - в некоторых случаях олигомеризация увеличивает сродство катанина к микротрубочкам и стимулирует его АТФазную активность. Как только эта структура сформирована, катанин гидролизует АТФ и, вероятно, претерпевает конформационные изменения, которые создают механическую нагрузку на субъединицы тубулина, что дестабилизирует их взаимодействия в решетке микротрубочек. Прогнозируемое конформационное изменение также, вероятно, снижает сродство катанина к тубулину, а также к другим белкам катанина, что приводит к разборке кольцевой структуры катанина и повторному использованию отдельных инактивированных белков.
Разрыв микротрубочек с помощью катанин регулируется факторами обмена нуклеотидов, которые могут обменивать АДФ с АТФ, защитными белками, связанными с микротрубочками (MAP), и субъединицей p80 (p60 разделяет микротрубочки намного лучше при наличии р80). Эти механизмы имеют разные последствия в зависимости от того, где в ячейке они активируются или нарушаются. Например, допущение опосредованного катанином разделения центросомы высвобождает микротрубочки для свободного движения. В одном эксперименте антитела против катанина вводили в клетку, вызывая большое скопление микротрубочек вокруг центросомы и подавление роста микротрубочек. Следовательно, катанин-опосредованное разделение может служить для поддержания организации в цитоплазме, способствуя разборке микротрубочек и эффективному перемещению. Во время деления клетки разделение на полюсе веретена дает свободные концы микротрубочек и позволяет направленный к полюсу поток тубулина и ретракцию микротрубочек. Разделение микротрубочек в цитоплазме способствует беговой дорожке и подвижности, что важно во время развития.
Катанин-опосредованное разделение микротрубочек является важным этапом в митозе и мейозе. Было показано, что катанин отвечает за разделение микротрубочек во время М-фазы у Xenopus laevis. Разборка микротрубочек из их интерфазных структур необходима для подготовки клетки и митотического веретена к делению клетки. Эта регуляция является косвенной: белки MAP, которые защищают микротрубочки от разрыва во время интерфазы, диссоциируют и позволяют катанину действовать. Кроме того, катанин отвечает за разделение микротрубочек на митотических веретенах, когда требуется разборка для разделения сестринских хроматид во время анафазы. Аналогичные результаты были получены в отношении активности катанина во время мейоза у C. elegans. Сообщалось, что Mei-1 и Mei-2 кодируют белки, аналогичные p60 и p80 субъединицам катанина. С помощью антител было обнаружено, что эти два белка локализуются на концах микротрубочек в мейотическом веретене, и при экспрессии в клетках HeLa эти белки инициировали разделение микротрубочек. Эти находки указывают на то, что катанин служит сходной цели как в митозе, так и в мейозе, разделяя хроматиды по направлению к полюсам веретена.
Катанин играет важную роль в развитии многих организмов. Как устранение, так и сверхэкспрессия катанина вредны для роста аксонов, и, таким образом, катанин должен тщательно регулироваться для правильного нервного развития. В частности, разделение микротрубочек в определенных клеточных пространствах позволяет фрагментам тестировать различные пути роста. Катанин оказался нужным в этой задаче. Эксперимент с использованием покадровой цифровой визуализации флуоресцентно меченного тубулина продемонстрировал, что конусы роста аксонов приостанавливаются и фрагменты микротрубочек на участках ветвления во время развития нервной системы.
Аналогичный эксперимент с использованием флуоресцентно меченного тубулина. наблюдали локальную фрагментацию микротрубочек в новой клетке легких ламеллиподиях во время миграции в процессе развития, при которой фрагменты проходят перпендикулярно продвигающейся клеточной мембране для облегчения исследования. Локальный характер обоих событий фрагментации, вероятно, указывает на регуляцию с помощью катанина, поскольку он может концентрироваться в определенных клеточных регионах. Это подтверждается исследованием, которое продемонстрировало, что мутация Fra2, которая влияет на ортолог катанина в Arabidopsis thaliana, приводит к аберрантному расположению микрофибрилл целлюлозы вдоль развивающейся клеточной стенки у этих растений.. Эта мутация вызвала фенотип с уменьшенным удлинением клеток, что свидетельствует о значении катанина в развитии широкого круга организмов.
Известно, что катанин в изобилии присутствует в нервной системе, и даже умеренные его уровни могут вызвать значительное истощение микротрубочек. Но микротрубочки необходимо разрезать в других отделах нейрона, чтобы достаточное количество микротрубочек могло быстро транспортироваться.
В нервной системе соотношение двух субъединиц резко отличается от других органов тела. Таким образом, важно иметь возможность регулировать соотношение для контроля разделения микротрубочек. Мономер p80 находится во всех компартментах нейрона, что означает, что его функция не может заключаться исключительно в нацеливании на катанин. Катанин p80 имеет несколько доменов с разными функциями. Один домен нацелен на центросому, другой усиливает разрыв микротрубочек с помощью катанина p60, а последний подавляет разделение микротрубочек. Обилие катанина в нейронах показывает, что они могут перемещаться по аксону. В точках ветвления аксонов и в конусах роста нейронов происходит разрыв микротрубочек. Распределение катанина в нейроне помогает понять феномен регуляции длины и количества микротрубочек, а также высвобождения микротрубочек из центросомы.
Катанин, как полагают, регулируется посредством фосфорилирования других белков. После небольшого изгиба микротрубочки распадаются на фибробласты. Но когда присутствует катанин, изгиб может привести к поломке, поскольку он увеличивает доступ катанина к решетке.
Также обнаружено, что катанин выполняет аналогичные функции у высших растений.. Форма и структура растительной клетки определяется жесткой клеточной стенкой, которая содержит высокоорганизованную целлюлозу, на ориентацию которой влияют микротрубочки, которые служат для направления отложения образующихся волокон. Ориентация микрофибрилл целлюлозы внутри клеточной стенки определяется микротрубочками, которые выровнены перпендикулярно основной оси роста клетки. Поскольку в растительных клетках отсутствуют традиционные центросомы, катанин накапливается в ядерной оболочке во время препрофазы и профазы, где образуются микротрубочки веретена.
Во время удлинения клетки микротрубочки должны постоянно корректировать свою ориентацию, чтобы не отставать от увеличения длины клетки. Было предложено, чтобы это постоянное изменение в организации микротрубочек происходило за счет быстрой разборки, сборки и перемещения микротрубочек. Недавно было показано, что мутации в растительном гомологе катанина изменяют переходы в организации микротрубочек, которые, в свою очередь, вызывают нарушения в правильном отложении целлюлозы и гемицеллюлозы. Предполагается, что это вызвано неспособностью растительной клетки регулировать длину микротрубочек.
Не существует гомолога регуляторной субъединицы катанина p80. Таким образом, для описания его функций у растений был создан меченный гистом At-p60. His-At-p60 может разрезать микротрубочки in vitro в присутствии АТФ. Он напрямую взаимодействует с микротрубочками в анализах совместной седиментации. Активность АТФазы стимулировалась негиперболическим способом. Гидролиз АТФ стимулируется при низком соотношении тубулин / At-p60 и ингибируется при более высоком соотношении. Низкие отношения благоприятствуют взаимодействиям субъединиц катанина, тогда как высокие отношения указывают на нарушение. At-p60 может олигомеризоваться, как и животные. At-p60 непосредственно взаимодействует с микротрубочками, тогда как p60 животного связывается через их N-концы. N-концевая часть p60 не является хорошо консервативной между царствами растений и животных.
