Mikrotubuli-Instabilität

In eukaryotischen Zellen bilden Mikrotubuli während der Zellteilung die Hauptbestandteile der mitotischen Spindel und werden für die Chromosomensegregation benötigt.

Mikrotubuli sind extrem dynamisch. Einzelne Mikrotubuli wachsen, schrumpfen und wechseln schnell zwischen der Wachstums- und der Verkürzungsphase. Mikrotubuli weisen eine dynamische Instabilität auf, den unvorhersehbaren Wechsel zwischen Wachstum und Schrumpfung.

Die Verschiebung von Wachstum zu Schrumpfung wird als Katastrophe bezeichnet, und die Verschiebung von Schrumpfung zu Wachstum wird als Rettung bezeichnet. Zu jedem Zeitpunkt setzt sich eine Gruppe von Mikrotubuli aktiv zusammen, während andere sich schnell zerlegen.

Mikrotubuli keimieren und wachsen durch die End-to-End-Polymerisation von GTP-gebundenen Tubulin-Heterodimeren. Das Tubulin-Heterodimer besteht aus einer Alpha- und einer Beta-Untereinheit.

Die Beta-Tubulin-Untereinheit ist an eine hydrolysierbare Form von GTP gebunden. Die Hydrolyse von GTP zu GDP destabilisiert das Mikrotubuli-Gerüst. Die Struktur spreizt sich an der Spitze und der Effekt breitet sich nach unten aus, wodurch die Mikrotubuli depolymerisiert wird.

Eine Vielzahl von regulatorischen Proteinen steuert die Dynamik der Mikrotubuli. Mehrere Mikrotubuli-assoziierte Proteine (MAPs) fördern die Stabilität der Mikrotubuli, während mehrere andere Proteine, die Katastrophenfaktoren, die Mikrotubuli destabilisieren. Zellen verändern die Aktivität regulatorischer Proteine, um die Dynamik der Mikrotubuli in Abhängigkeit von der Phase des Zellzyklus zu verändern.

Zum Beispiel enthalten die meisten tierischen Zellen während der Interphase ein zytoplasmatisches Array aus langen Mikrotubuli, die von einem einzigen Zentrosom ausgehen. Wenn die Zellen in die mitotische Phase übergehen und sich duplizierte Zentrosomen in Richtung der entgegengesetzten Pole bewegen, nimmt die Instabilität der Mikrotubuli zu.

Die Instabilität der Mikrotubuli erleichtert die Bildung einer dichten, dynamischen Anordnung mitotischer Mikrotubuli, die zur Spindelbildung beiträgt.