33. Микротрубочки
Состоят из 13 протофиламентов – полимеров из гетеромеров альфа- и бета-тубулина, встречающихся строго попарно. Обладают полярностью: бета-тубулин с (+) конца, там скорость полимерзации больше; альфа-тубулин с (-) конца, там скорость меньше. Тубулин способен к самостоятельной нуклеации и сборке в микротрубочки in vitro, но in vivo скорость обмена димеров выше – имеют место затравки полимеризации и регуляторные белки. Особенность : динамическая нестабильность, когда каждая микротрубочка периодически переходит от удлинения (спасения) к деполимеризации (катастрофе), в обоих случаях с (+) конца. Это происходит из-за связи полимеризации тубулина с гидролизом ГТФ: присоединяется скорее ГТФ-связанный тубулин, но следующий присоединяющийся димер катализирует гидролиз до ГДФ. Получается, ГТФ-кэп не может быть глубоким. ГДФ-тубулин образует изогнутые протофиламенты с меньшей способностью к образованию боковых связей. Таким образом, если на (+) конце в какой-то момент пропадает ГТФ-кэп, начинается быстрая деполимеризация (катастрофа). Спасение, видимо, также статистически обусловлено (в фибробластах до спасения обычно деполимеризуется 11 тыс. мономеров).
Онищенко: гетеродимеры тубулина полимеризуются при 37 град. C с гидролизом одной молекулы ГТФ. Второй ГТФ гидролизуется позднее, уже в составе микротрубочки.
Почти во всех клетках инициация сборки МТ идёт на затравке -- т.н. ЦОМТ (центре организации микротрубочек). У млеков это центросома из пары центриолей (из девяти триплетов МТ) и перицентриолярного материала, в которые входят вдобавок гамма-, дельта- и эпсилон-тубулин. Ключевым для сборки МТ является гамма-тубулиновый кольцевой комплекс (у-TuRC), входящий в перицентриолярный матрикс и немного похожий на разрезную шайбу. Очевидно, он оказывается соединён с (-) концом образуемой МТ. Иногда МТ отсоединяются, иногда остаются связаны с центросомой (тогда она чаще всего оказывается в геометрическом центре клетки). При делении центросомы рядом с каждой центриолью появляется дочерняя, и каждая новая клетка получает одну материнскую и одну дочернюю центриоль.
Другой вариант затравки в подвижных клетках млеков (напр. сперматозоидах) – базальное тело, основа жгутиков и ресничек. Оно не парное, не несёт перицентриолярных белков, микротрубочки на нём полимеризуются соосно собственным и не могут отсоединяться в нормальных условиях. У грибов эквивалент центросомы – полярное тело веретена деления в ядерной оболочке.
Время полуобновления МТ в митозе – около 20с, в интерфазе 3—20 мин.
Обычно существует две популяции микротрубочек: динамичная и стабильная, в неделящихся клетках стабильных больше, и наоборот. Стабильная МТ – связанная с ЦОМТ и зачастую с кэпированным (+) концом. В клетках может идти тредмиллинг МТ, если (-) конец свободен и скорость присоединения на (+) конце такая же – происходит круговорот мономеров. Этот процесс требует участия дополнительных белков и не идёт в растворе тубулина.
Динамичные микротрубочки позволяют реализовать механизм поиска и захвата при образовании веретена деления (в это время МТ остаются только в составе веретена), когда центросомы нуклеируют образование МТ во всех направлениях, а не обнаружившие кинетохора МТ быстро диссоциируют, освобождая мономеры для других. Достигшие цели МТ оказываются кэпированы и остаются. Аналогичным образом работает сигнализация через фокальные контакты (см картинку).
Обычно у животных (-) конец в центре, (+) конец на периферии. Подвижные клетки часто имеют радиальную систему МТ с одним центром схождения и нестабильными (-) концами. Эпителиальные клетки несут продольную систему МТ, со стабильными (-) концами обращёнными к апикальной поверхности. У нейронов (+) конец МТ обращён к дистальной части аксона.
МТ растений очень нестабильны, быстро деполимеризуются с (-) конца. Часто образуют пучки вдоль плазмалеммы.
Белки, ассоциированные с МТ: MAP2 и tau, в нейронах, прикрепляются вдоль тела МТ (вообще MAPs – латерально связанные) и защищают от деполимеризации. Группа «+TIPs» связывается только с растущими (+) концами: семейство EB (стимулируют спасение), CLIP-170 (стабилизирует МТ и способствует присоединению эндосом), CLASPs (стимулируют спасение).
Дестабилизирующие белки: катанин (режет МТ с гидролизом АТФ), MCAK (кинезин, связанный с митотической центромерой, дестабилизирует + конец).
Специфические ингибиторы МТ: колхицин (колцемид), нокодазол – деполимеризуют МТ, связываясь с растворенным тубулином, в низких дозах подавляют динамическую нестабильность. Винбластин (винкристин) – деполимеризуют МТ, связываясь с тубулином и образуя паракристаллы. Таксол (паклитаксел) – стабилизирует МТ, уменьшая константу деполимеризации.
Все ингибиторы в низких дозах останавливают клеточное деление. На уровне организма млеков деполимеризация МТ вызывает симптомы острой лучевой болезни.