Тубулин — белок микротрубочек клетки¶

Тубулин — это глобулярный белок, являющийся основным структурным компонентом микротрубочек — ключевых элементов цитоскелета эукариотических клеток. Молекулы тубулина существуют в виде гетеродимеров, состоящих из двух близкородственных, но различающихся по структуре и функции субъединиц: α-тубулина и β-тубулина. Полимеризуясь, эти димеры образуют полые цилиндрические структуры — микротрубочки, которые выполняют функции опорного каркаса, внутриклеточного транспорта и обеспечения движения клеток и их органелл.

¶Структура и свойства

Каждый димер тубулина имеет молекулярную массу около 110 кДа (примерно по 50–55 кДа на каждую субъединицу). α- и β-тубулины кодируются разными генами, но обладают сходной пространственной укладкой и высокой степенью гомологии аминокислотных последовательностей. Каждая субъединица содержит сайт связывания гуанозинового нуклеотида (ГТФ или ГДФ).

Ключевая особенность β-тубулина — способность гидролизовать ГТФ до ГДФ после включения димера в состав микротрубочки. α-тубулин связывает ГТФ, который практически не гидролизуется и, как считается, выполняет структурную роль. Гидролиз ГТФ на β-субъединице лежит в основе динамической нестабильности микротрубочек — их способности попеременно то расти, то быстро укорачиваться.

В клетках также присутствует γ-тубулин, который не входит в состав стенки микротрубочки, а локализуется в центрах организации микротрубочек и участвует в инициации их сборки.

¶Полимеризация и динамическая нестабильность

Сборка микротрубочки начинается с образования «затравки» — короткого олигомера, после чего к ней присоединяются новые димеры. Рост происходит преимущественно на одном конце (плюс-конце), тогда как на другом (минус-конце) преобладает разборка. Димеры, недавно включившиеся в микротрубочку, несут ГТФ; его гидролиз через некоторое время меняет свойства решётки и повышает вероятность деполимеризации.

Это создаёт состояние динамической нестабильности: отдельная микротрубочка может расти, затем внезапно переходить к быстрому сокращению («катастрофа») и вновь начинать рост («спасение»). Такое поведение позволяет клетке быстро перестраивать цитоскелет, что критично при делении, миграции и изменении формы.

¶Функции

Микротрубочки, построенные из тубулина, участвуют в ряде важнейших процессов:

• Поддержание формы клетки и механическая опора.
• Внутриклеточный транспорт — по микротрубочкам перемещаются везикулы и органеллы с помощью моторных белков кинезина и динеина.
• Деление клетки — формирование веретена деления, обеспечивающего расхождение хромосом.
• Движение — жгутики и реснички эукариот построены на основе аксонемы, содержащей микротрубочки.
• Позиционирование органелл и организация внутриклеточного пространства.

¶Регуляция и взаимодействие с белками

На свойства микротрубочек влияют многочисленные белки, ассоциированные с микротрубочками (MAP). Они могут стабилизировать или дестабилизировать полимер, связывать отдельные микротрубочки в пучки или влиять на скорость сборки. Важную роль играют также посттрансляционные модификации тубулина — ацетилирование, детирозинирование, полиглутамилирование, — которые меняют свойства микротрубочек и их взаимодействие с партнёрами.

¶Изотипы и значение в медицине

У человека α- и β-тубулины представлены несколькими изотипами, кодируемыми разными генами; их набор различается в разных тканях и на разных стадиях развития. Мутации в генах тубулинов связаны с рядом наследственных заболеваний, затрагивающих нервную систему и развитие.

Тубулин — мишень важных лекарственных препаратов. Так, колхицин, винкаалкалоиды (винкристин, винбластин) и таксаны (паклитаксел) нарушают динамику микротрубочек: одни подавляют полимеризацию, другие чрезмерно её стабилизируют. Это делает их эффективными противоопухолевыми средствами, поскольку делящиеся клетки особенно чувствительны к нарушению работы веретена деления.