Тубулин - Tubulin
Тубулин | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||
Условное обозначение | Тубулин | ||||||||
Pfam | PF00091 | ||||||||
Клан пфам | CL0442 | ||||||||
ИнтерПро | IPR003008 | ||||||||
ПРОФИЛЬ | PDOC00201 | ||||||||
SCOP2 | 1 ванна / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
|
Тубулин в молекулярной биологии может относиться либо к тубулину белке надсемейства из глобулярных белков , или один из белков - членов , которые суперсемейство. α- и β-тубулины полимеризуются в микротрубочки , основной компонент эукариотического цитоскелета . Микротрубочки участвуют во многих жизненно важных клеточных процессах, включая митоз . Тубулин-связывающие препараты убивают раковые клетки, подавляя динамику микротрубочек, которые необходимы для сегрегации ДНК и, следовательно, деления клеток .
У эукариот шесть членов надсемейства тубулинов, хотя не все они присутствуют у всех видов (см. Ниже ). И α, и β тубулины имеют массу около 50 кДа и, таким образом, находятся в том же диапазоне, что и актин (с массой около 42 кДа). Напротив, полимеры тубулина (микротрубочки) имеют тенденцию быть намного больше актиновых филаментов из-за их цилиндрической природы.
Долгое время считалось, что тубулин специфичен для эукариот . Однако совсем недавно было показано , что некоторые прокариотические белки связаны с тубулином.
Характеристика
Тубулин характеризуется эволюционно консервативным семейством тубулина / FtsZ, доменом белка GTPase .
Этот домен GTPase белок содержится во всех эукариотических тубулина цепей, а также бактериального белка Tubz, в архей белка CetZ и FtsZ белок семейства широко распространены в бактерий и архей .
Функция
Микротрубочки
α- и β-тубулины полимеризуются в динамические микротрубочки . У эукариот микротрубочки являются одним из основных компонентов цитоскелета и функционируют во многих процессах, включая структурную поддержку, внутриклеточный транспорт и сегрегацию ДНК.
Микротрубочки собраны из димеров α- и β-тубулина. Эти субъединицы имеют слабокислый характер с изоэлектрической точкой между 5,2 и 5,8. Каждый из них имеет молекулярную массу примерно 50 кДа.
Для образования микротрубочек димеры α- и β-тубулина связываются с GTP и собираются на (+) концах микротрубочек, находясь в GTP-связанном состоянии. Субъединица β-тубулина экспонируется на плюсовом конце микротрубочки, а субъединица α-тубулина экспонируется на минус-конце. После того, как димер встраивается в микротрубочку, молекула GTP, связанная с субъединицей β-тубулина, в конечном итоге гидролизуется до GDP посредством междимерных контактов вдоль протофиламента микротрубочек . Молекула GTP, связанная с субъединицей α-тубулина, не гидролизуется в течение всего процесса. Связан ли член β-тубулина димера тубулина с GTP или GDP, влияет на стабильность димера в микротрубочке. Димеры, связанные с GTP, имеют тенденцию собираться в микротрубочки, тогда как димеры, связанные с GDP, имеют тенденцию распадаться; таким образом, этот цикл GTP необходим для динамической нестабильности микротрубочек.
Бактериальные микротрубочки
Гомологи α- и β-тубулина были идентифицированы у бактерий рода Prosthecobacter . Они обозначаются BtubA и BtubB, чтобы идентифицировать их как бактериальные тубулины. Оба проявляют гомологию как с α-, так и с β-тубулином. Хотя структурно они очень похожи на эукариотические тубулины, они обладают несколькими уникальными особенностями, включая сворачивание без шаперонов и слабую димеризацию. Криогенная электронная микроскопия показала, что BtubA / B образует микротрубочки in vivo , и предположила, что эти микротрубочки содержат только пять протофиламентов, в отличие от эукариотических микротрубочек, которые обычно содержат 13. Последующие исследования in vitro показали, что BtubA / B образует четырехцепочечные «мини». -микротрубочки ».
Прокариотическое деление
FtsZ обнаружен почти у всех бактерий и архей , где он участвует в делении клеток , локализуясь в кольце в середине делящейся клетки и рекрутируя другие компоненты дивисомы, группы белков, которые вместе сжимают клеточную оболочку, чтобы отщипнуть ячейка, давая две дочерние клетки. FtsZ может полимеризоваться в трубки, листы и кольца in vitro и образовывать динамические нити in vivo .
TubZ выполняет функцию разделения плазмид с низким числом копий во время деления бактериальных клеток . Белок образует структуру, необычную для гомолога тубулина; две спиральные нити наматываются друг на друга. Это может отражать оптимальную структуру для этой роли, поскольку неродственный белок, разделяющий плазмиду ParM, имеет аналогичную структуру.
Форма ячейки
CetZ участвует в изменении формы клеток плеоморфных галоархий . У Haloferax volcanii CetZ формирует динамические цитоскелетные структуры, необходимые для дифференцировки из пластинчатой формы клеток в палочковидную форму, которая демонстрирует плавательную подвижность.
Типы
Эукариотический
Суперсемейство тубулинов включает шесть семейств (альфа- (α), бета- (β), гамма- (γ), дельта- (δ), эпсилон- (ε) и дзета- (ζ) тубулины).
α-тубулин
Подтипы человеческого α-тубулина включают:
β-тубулин
Все препараты, которые, как известно, связываются с тубулином человека, связываются с β-тубулином. К ним относятся паклитаксел , колхицин и алкалоиды барвинка , каждый из которых имеет отдельный сайт связывания с β-тубулином.
Кроме того, некоторые противоглистные препараты преимущественно нацелены на колхициновый сайт β-тубулина у червя, а не у высших эукариот. В то время как мебендазол все еще сохраняет некоторую аффинность связывания с β-тубулином человека и Drosophilia , альбендазол почти исключительно связывается с β-тубулином червей и других низших эукариот.
Β-тубулин класса III представляет собой элемент микротрубочек, экспрессируемый исключительно в нейронах , и является популярным идентификатором, специфичным для нейронов нервной ткани. Он связывает колхицин намного медленнее, чем другие изотипы β-тубулина.
β1-тубулин , иногда называемый β-тубулином класса VI, является наиболее дивергентным на уровне аминокислотной последовательности. У человека он экспрессируется исключительно в мегакариоцитах и тромбоцитах и, по-видимому, играет важную роль в образовании тромбоцитов. Когда β-тубулин класса VI экспрессируется в клетках млекопитающих, они вызывают нарушение сети микротрубочек, образование фрагментов микротрубочек и могут в конечном итоге вызывать структуры, подобные маргинальным полосам, присутствующие в мегакариоцитах и тромбоцитах.
Катанин представляет собой белковый комплекс, который разделяет микротрубочки на субъединицы β-тубулина и необходим для быстрого транспорта микротрубочек в нейронах и у высших растений.
Подтипы человеческих β-тубулинов включают:
γ-тубулин
γ-Тубулин, другой член семейства тубулинов, играет важную роль в зародышеобразовании и полярной ориентации микротрубочек. Он обнаруживается в основном в центросомах и телах полюсов веретена , так как это области наиболее частого зарождения микротрубочек. В этих органеллах несколько γ-тубулина и других белковых молекул находятся в комплексах, известных как кольцевые комплексы γ-тубулина (γ-TuRC), которые химически имитируют (+) конец микротрубочек и, таким образом, позволяют микротрубочкам связываться. γ-тубулин также был выделен в виде димера и как часть малого комплекса γ-тубулина (γTuSC), промежуточного по размеру между димером и γTuRC. γ-тубулин является наиболее понятным механизмом зарождения микротрубочек, но некоторые исследования показали, что определенные клетки могут адаптироваться к его отсутствию, на что указывают исследования мутаций и РНКи , которые ингибировали его правильную экспрессию. Помимо образования γ-TuRC для зарождения и организации микротрубочек, γ-тубулин может полимеризоваться в филаменты, которые собираются в пучки и сети.
Подтипы человеческого γ-тубулина включают:
Члены кольцевого комплекса γ-тубулина:
δ и ε-тубулин
Было обнаружено, что дельта (δ) и эпсилон (ε) тубулин локализуются в центриолях и могут играть роль в структуре и функции центриолей , хотя ни одна из них не изучена так хорошо, как α- и β-формы.
Гены δ- и ε-тубулина человека включают:
ζ-тубулин
Зета-тубулин ( IPR004058 ) присутствует во многих эукариотах, но отсутствует у других, включая плацентарных млекопитающих. Было показано, что он связан со структурой базальной стопы центриолей в многокомпонентных эпителиальных клетках.
Прокариотический
BtubA / B
BtubA ( Q8GCC5 ) и BtubB ( Q8GCC1 ) обнаружены у некоторых видов бактерий веррукомикробного рода Prosthecobacter . Их эволюционное родство с эукариотическими тубулинами неясно, хотя они, возможно, произошли от эукариотической линии путем латерального переноса генов . По сравнению с другими бактериальными гомологами они намного больше похожи на эукариотические тубулины. В собранной структуре BtubB действует как α-тубулин, а BtubA действует как β-тубулин.
FtsZ
Многие бактериальные и эвриархеотные клетки используют FtsZ для деления посредством бинарного деления . Все хлоропласты и некоторые митохрондрии , обе органеллы, полученные в результате эндосимбиоза бактерий, также используют FtsZ. Это был первый идентифицированный прокариотический цитоскелетный белок.
TubZ
TubZ ( Q8KNP3 ; pBt156) был идентифицирован в Bacillus thuringiensis как необходимый для поддержания плазмиды . Он связывается с ДНК-связывающим белком, называемым TubR ( Q8KNP2 ; pBt157), и перемещает плазмиду.
CetZ
CetZ ( D4GVD7 ) обнаружен в эвриархеальных кладах Methanomicrobia и Halobacteria , где он участвует в дифференцировке формы клеток.
Фаговые тубулины
Фаги рода Phikzlikevirus , а также фаг Serratia PCH45 используют белок оболочки ( Q8SDA8 ) для создания подобной ядру структуры, называемой ядром фага. Эта структура включает в себя ДНК, а также механизмы репликации и транскрипции. Он защищает ДНК фага от таких защит хозяина, как рестрикционные ферменты и системы CRISPR -Cas типа I. Шпинделя образующую тубулина, по- разному названы PhuZ ( B3FK34 ) и gp187 , центры ядро в клетке.
Фармакология
Тубулины являются мишенью для противоопухолевых препаратов, таких как алкалоиды барвинка винбластин и винкристин , а также паклитаксел . Препараты анти-червь мебендазол и альбендазол , а также анти - подагра агент колхицин связывается с образованием микротрубочек тубулина и блокировки. В то время как первые в конечном итоге приводят к гибели клеток у червей, последние останавливают подвижность нейтрофилов и уменьшают воспаление у людей. Противогрибковый препарат гризеофульвин нацелен на образование микротрубочек и находит применение в лечении рака.
Посттрансляционные модификации
При включении в микротрубочки тубулин накапливает ряд посттрансляционных модификаций , многие из которых уникальны для этих белков. Эти модификации включают детирозинирование , ацетилирование , полиглутамилирование , полиглицилирование , фосфорилирование , убиквитинирование , сумоилирование и пальмитоилирование . Тубулин также склонен к окислительной модификации и агрегации, например, во время острого клеточного повреждения.
В настоящее время проводится множество научных исследований ацетилирования некоторых микротрубочек, в частности, ацетилирования α-тубулин-N-ацетилтрансферазой (ATAT1), которое, как было показано, играет важную роль во многих биологических и молекулярных функциях и, следовательно, оно также связано с со многими заболеваниями человека, особенно неврологическими .
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки
- Тубулина в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- EC 3.6.5.6
- Протоколы экспериментов с тубулином
- Инфографика тубулина с высоким разрешением