Войти
В клеточной биологии, зарождение микротрубочек - это событие, которое инициирует de novo образование микротрубочек (MTs). Эти филаменты цитоскелета обычно образуются посредством полимеризации димеров α- и β- тубулина, основных строительных блоков микротрубочек, которые первоначально взаимодействуют с образованием зародышей семя, из которого удлиняется филамент.
Зарождение микротрубочек происходит спонтанно in vitro, при этом растворы очищенного тубулина приводят к образованию полноразмерных полимеров. Димеры тубулина, из которых состоят полимеры, обладают собственной способностью к самоагрегированию и сборке в цилиндрические трубки при условии наличия достаточного количества GTP. Однако кинетические барьеры такого процесса означают, что скорость, с которой микротрубочки спонтанно зарождаются, относительно невысока.
In vivo клетки преодолевают этот кинетический барьер, используя различные белки, способствующие зарождению микротрубочек. Первичный путь, с помощью которого обеспечивается зарождение микротрубочек, требует действия третьего типа тубулина, γ-тубулина, 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, обладающий 13-кратной симметрией, действует как каркас или матрица для димеров α / β тубулина во время процесса зародышеобразования, ускоряя сборку кольца из 13 протофиламентов, которые составляют растущую микротрубочку. 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.
γ-TuRC обычно обнаруживается как основная функциональная единица в центре организации микротрубочек (MTOC), таком как центросомы в клетках животных или тела полюса веретена в грибах и водорослях. Γ-TuRCs в центросоме образуют ядро массива микротрубочек в интерфазе, которые расширяют свои (+) - концы радиально наружу в цитоплазму к периферии клетки. Помимо других функций, этот радиальный массив используется основанными на микротрубочках моторными белками для транспортировки различных грузов, таких как везикулы, к плазматической мембране.
В клетках животных, подвергающихся митозу, подобный радиальный массив генерируется из двух MTOC, называемых полюсами веретена, которые производят биполярное митотическое веретено. Однако в некоторых клетках, таких как клетки высших растений и ооцитов, отсутствуют отчетливые MTOC, и ядро микротрубочек происходит нецентросомным путем. Другие клетки, такие как нейроны, клетки скелетных мышц и эпителиальные клетки, которые действительно имеют MTOC, обладают множеством микротрубочек, не связанных с центросомой. Эти нецентросомные массивы микротрубочек могут принимать различную геометрию - например, форму, приводящую к длинной и тонкой форме мышечных трубок, тонким выступам аксона или сильно поляризованным доменам эпителиальная клетка. Исследователи полагают, что микротрубочки в этих массивах сначала генерируются γ-TuRC, затем транспортируются с помощью моторных белков или беговой дорожки в желаемое место и, наконец, стабилизируются в необходимой конфигурации за счет действия различных якорей и перекрестных связей. -связывающие белки.
В корковом массиве растений, а также в аксонах нейронов, ученые полагают, что микротрубочки образуются из существующих микротрубочек под действием разделяющих ферментов, таких как катанин. Подобно действию кофилина на формирование массивов актиновых филаментов, разделение микротрубочек MAP создает новые (+) концы, из которых могут расти микротрубочки. Таким образом, динамические массивы микротрубочек могут быть созданы без помощи γ-TuRC.
Исследования с использованием экстрактов яиц Xenopus идентифицировали новую форму зародышеобразования микротрубочек, которая генерирует веерообразные системы ветвления, в которых новые микротрубочки растут под углом к более старым микротрубочкам. Исследователи подозревают, что в этом процессе задействованы нецентросомные γ-TuRC, которые связываются со сторонами существующих микротрубочек через комплекс авгмина. 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 иметь важное значение для создания митотического веретена.
Хотя γ-TuRC является первичным белком клетки Обратимся к тому, что, столкнувшись с задачей зарождения микротрубочек, это не единственный белок, который, как предполагается, действует как фактор зародышеобразования. Несколько других MAP помогают γ-TuRC в процессе зародышеобразования, в то время как другие зародышируют микротрубочки независимо от γ-TuRC. При ветвлении зародышеобразования, описанном выше, добавление TPX2 к экстрактам яиц привело к резкому увеличению числа случаев нуклеации, в то время как в других исследованиях белок XMAP215 in vitro образовывал зародышевые микротрубочки. астры с его истощением in vivo, снижающим потенциал нуклеации центросом. Белок, связывающий микротрубочки даблкортин, in vitro образует ядро микротрубочек, действуя путем связывания со стороной, а не с концом растущих микротрубочек. 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, белки спиральной спирали со структурными функциями и регуляторные белки, такие как компоненты цикла Ran. NEDD1 рекрутирует γ-TuRC в центросому путем связывания с γ-тубулином.
