Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В клеточной биологии , нуклеации микротрубочек это событие , которое инициирует De Novo образование микротрубочек (МЦ). Эти филаменты цитоскелета обычно образуются в результате полимеризации димеров α- и β- тубулина , основных строительных блоков микротрубочек, которые первоначально взаимодействуют с образованием зародыша, из которого удлиняется филамент. [1]

Зарождение микротрубочек происходит спонтанно in vitro , при этом растворы очищенного тубулина приводят к образованию полноразмерных полимеров. Димеры тубулина, из которых состоят полимеры, обладают внутренней способностью к самоагрегированию и сборке в цилиндрические трубки при условии наличия достаточного количества GTP. Кинетические барьеры такого процесса, однако, означают, что скорость, с которой микротрубочки спонтанно зарождаются, относительно невысока. [2]

Роль γ-тубулина и кольцевого комплекса γ-тубулина (γ-TuRC) [ править ]

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, образуя коническую структуру, известную как кольцевой комплекс γ-тубулина (γ-TuRC). Этот комплекс с его 13-кратной симметрией действует как каркас или матрица для димеров α / β тубулина во время процесса зародышеобразования, ускоряя сборку кольца из 13 протофиламентов , составляющих растущую микротрубочку. [3]Γ-TuRC также действует как крышка (-) конца, 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.

Зарождение MT из центров организации микротрубочек (MTOC) [ править ]

Γ-TuRC обычно обнаруживается как основная функциональная единица в центре организации микротрубочек (MTOC), таком как центросома в клетках животных или тела полюса веретена у грибов и водорослей . Γ-TuRCs в центросоме образуют ядро ​​множества микротрубочек в интерфазе , которые расширяют свои (+) - концы радиально наружу в цитоплазму к периферии клетки. Помимо других функций, этот радиальный массив используется моторными белками на основе микротрубочек для транспортировки различных грузов, таких как везикулы, к плазматической мембране.

В клетках животных, подвергающихся митозу , подобный радиальный массив образуется из двух MTOC, называемых полюсами веретена , которые производят биполярное митотическое веретено. Однако в некоторых клетках, таких как клетки высших растений и ооциты, отсутствуют отдельные MTOC, и микротрубочки зарождаются нецентросомным путем. Другие клетки, такие как нейроны, клетки скелетных мышц и эпителиальные клетки, которые действительно имеют MTOC, обладают множеством микротрубочек, не связанных с центросомой. [4] Эти нецентросомные массивы микротрубочек могут принимать различную геометрию, например, приводящую к длинной и тонкой форме мышечных трубок , тонким выступам аксона или сильно поляризованным доменамэпителиальная 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 закрепляющих и перекрестно связывающих белков.

Ученые считают, что в корковом массиве растений, а также в аксонах нейронов микротрубочки зарождаются из существующих микротрубочек под действием разделяющих ферментов, таких как катанин . [5] Подобно действию кофилина в создании массивов актиновых филаментов, разделение микротрубочек MAPs создает новые (+) концы, из которых могут расти микротрубочки. Таким образом, динамические массивы микротрубочек могут быть созданы без помощи γ-TuRC.

Разветвленное зарождение МТ [ править ]

Исследования с использованием экстрактов яиц Xenopus выявили новую форму зародышеобразования микротрубочек, которая генерирует веерообразные ветвящиеся решетки, в которых новые микротрубочки растут под углом к ​​более старым микротрубочкам. [6] Исследователи подозревают, что в этом процессе участвуют нецентросомные γ-TuRCs, которые связываются со сторонами существующих микротрубочек через комплекс augmin . 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 быть важен для генерации митотического веретена. [7]

Роль белков, связанных с микротрубочками (MAP) [ править ]

Хотя γ-TuRC является основным белком, к которому клетки обращаются, когда сталкиваются с задачей зарождения микротрубочек, это не единственный белок, который, как предполагается, действует как фактор зародышеобразования. Некоторые другие MAP помогают γ-TuRC в процессе зародышеобразования, в то время как другие зародышеобразуют микротрубочки независимо от γ-TuRC. При ветвящемся зародышеобразовании, 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 ядра звездочек микротрубочек с его истощением in vivo, снижая потенциал нуклеации центросом. [8] Белок, связывающий микротрубочки , дублькортин , in vitro., образует ядро ​​микротрубочек, действуя путем связывания со стороной, а не с концом растущих микротрубочек. [9] 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 и во временном и пространственном контроле зарождения микротрубочек. К ним относятся, например, спиральные белки со структурными функциями и регуляторные белки, такие как компоненты цикла Ran . NEDD1 привлекает γ-TuRC к центросоме путем связывания с γ-тубулином. [10] [11]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Работа, D; О. Валирон; Б. Окли (2003). «Зарождение микротрубочек». Curr Opin Cell Biol . 15 : 111–117.
  2. ^ Десаи, А; Т.Дж. Митчисон (1998). «Динамика полимеризации микротрубочек». Анну. Rev. Cell Dev. Биол . 13 : 83–117. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.13.1.83 . PMID 9442869 . 
  3. ^ Коллман, JM; Полька JK; Zelter A; Дэвис TN; Агард Д.А. (2010). «Зарождение микротрубочек гамма-TuSC собирает структуры с 13-кратной симметрией, подобной микротрубочкам» . Природа . 466 : 879–882. DOI : 10,1038 / природа09207 . PMC 2921000 . PMID 20631709 .  
  4. ^ Бартолини, F; Г.Г. Гундерсен (2006). «Генерация нецентросомных массивов микротрубочек» . J. Cell Sci . 119 : 4155–4163. DOI : 10,1242 / jcs.03227 . PMID 17038542 . 
  5. ^ Lindeboom, JJ; Накамура, М .; Hibbel, A .; Шундяк, К .; Gutierrez, R .; Кетелаар, Т .; Emons, AMC; Малдер, BM; Кирик, В .; Эрхардт, DW (2013). «Механизм переориентации массивов кортикальных микротрубочек, управляемый разделением микротрубочек». Наука . 342 : 1245533. дои : 10.1126 / science.1245533 . PMID 24200811 . 
  6. ^ Петри, S .; AC Groen; К. Исихара; TJ Mitchison; RD Vale (2012). «Зарождение разветвленных микротрубочек в экстрактах яиц xenopus, опосредованное augmin и tpx2» . Cell . 152 : 769–777. DOI : 10.1016 / j.cell.2012.12.044 . PMC 3680348 . PMID 23415226 .  
  7. ^ Петри, S .; AC Groen; К. Исихара; TJ Mitchison; RD Vale (2012). «Зарождение разветвленных микротрубочек в экстрактах яиц xenopus, опосредованное augmin и tpx2» . Cell . 152 : 769–777. DOI : 10.1016 / j.cell.2012.12.044 . PMC 3680348 . PMID 23415226 .  
  8. ^ Попов, А.В.; Ф. Северин; Э. Карсенти (2002). «Xmap215 необходим для зародышеобразования микротрубочек центросом». Curr. Биол . 12 : 1326–1330. DOI : 10.1016 / s0960-9822 (02) 01033-3 .
  9. ^ Bechstedt, S .; Дж. Дж. Броухард (2012). ". Doublecortin распознает микротрубочки из 13 протофиламентов кооперативно и отслеживает концы микротрубочек" . Dev. Cell . 23 : 181–192. DOI : 10.1016 / j.devcel.2012.05.006 . PMC 3951992 . PMID 22727374 .  
  10. ^ Харен, L; Реми, MH; Базин, я; Каллебаут, я; Райт, М; Merdes, A (13 февраля 2006 г.). «NEDD1-зависимое рекрутирование комплекса гамма-тубулина кольца в центросому необходимо для дупликации центриолей и сборки веретена» . Журнал клеточной биологии . 172 (4): 505–15. DOI : 10,1083 / jcb.200510028 . PMC 2063671 . PMID 16461362 .  
  11. ^ Manning, JA; Шалини, S; Риск, JM; День, CL; Кумар, С. (10 марта 2010 г.). «Прямое взаимодействие с NEDD1 регулирует привлечение гамма-тубулина к центросоме» . PLoS ONE . 5 (3): e9618. DOI : 10.1371 / journal.pone.0009618 . PMC 2835750 . PMID 20224777 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • MBInfo: микротрубочка
  • MBInfo: Комплексная сборка тубулина