18.7: Niestabilność mikrotubul

Mikrotubule to puste w środku cylindryczne włókna o średnicy około 25 nm i długości wahającej się od 200 nm do 25 μm. Podjednostki tubuliny związane z GTP tworzą αβ-heterodimery do składania mikrotubul. Te bloki budulcowe rdzenia oddziałują wzdłużnie, polimeryzując w protofilamenty. Protofilamenty następnie oddziałują ze sobą poprzez boczne siły wiązania, tworząc stabilne cylindryczne mikrotubule. Te cylindryczne włókna są dynamiczne, ponieważ są poddawane wielokrotnemu montażowi i demontażowi. Tę charakterystyczną niestabilność dynamiczną można stwierdzić zarówno in vivo, jak i in vitro.

Niestabilność dynamiczna

Poszczególne mikrotubule mogą w danym momencie wydłużać się i kurczyć jednocześnie na przeciwległych końcach. To, czy mikrotubula rośnie, czy się kurczy, zależy od jej wskaźników katastrofy i ratunku. Katastrofa ma miejsce, gdy rosnąca mikrotubula zaczyna się szybko skracać. Ratunek polega na przesunięciu kurczącej się mikrotubuli w celu szybkiego wydłużenia. Szybkość hydrolizy GTP związanej z β-tubuliną jest głównym czynnikiem decydującym o niestabilności dynamicznej.

W komórce w puli cytoplazmatycznej obecne są zarówno wolne podjednostki tubuliny, jak i ich formy αβ-heterodimeryczne. Polimeryzacja podjednostek tubuliny rozpoczyna się, gdy podjednostki αβ-heterodimeryczne związane z GTP przekraczają stężenie progowe, określane jako stężenie krytyczne dla polimeryzacji mikrotubul. β-tubulina występuje w dwóch formach. Tubulina związana β z GTP lub forma T związana z GTP jest odpowiedzialna za wydłużenie i stabilną strukturę liniową mikrotubul. W przeciwieństwie do tego, tubulina β związana z GDP lub forma D sprzyja demontażowi mikrotubul. Tubuliny związane z GTP β na rosnącym końcu działają jak czapeczka, zapobiegając krzywiźnie protofilamentu i sprzyjając wydłużeniu. Po hydrolizie GTP konformacja β-tubuliny ulega nieznacznej zmianie, co powoduje zakrzywienie protofilamentu. To zakrzywienie ułatwia wiązanie destabilizujących białek, takich jak statymina i kinezyna-13, w celu usunięcia heterodimerów αβ-tubuliny.

Czynniki regulujące niestabilność

Białka związane z mikrotubulami lub MAP są krytycznymi regulatorami dynamicznej niestabilności mikrotubul. MAP są szeroko klasyfikowane jako stabilizatory i destabilizatory w oparciu o ich funkcję w dynamice mikrotubul. Stabilizatory MAP wiążą się z mikrotubulami, aby zmniejszyć zdarzenie katastroficzne i promować wydłużenie. Z drugiej strony, destabilizatory wiążą się, aby promować katastrofę. Stabilizatory MAP są dominujące podczas interfazy oraz w aksonalnych i dendrytycznych mikrotubulach neuronów, promując stabilne złożenia. Podczas mitozy bardziej powszechne są destabilizujące MAP. Te MAP są odpowiedzialne za segregację chromosomów i demontaż siatki cytoszkieletu w celu podziału komórki.