Тубулин — белок микротрубочек цитоскелета¶

Тубулин — глобулярный белок, основной структурный компонент микротрубочек — одного из трёх главных типов элементов цитоскелета эукариотических клеток. Молекула тубулина представляет собой гетеродимер, состоящий из двух близкородственных, но различающихся полипептидных цепей — α-тубулина и β-тубулина, каждая массой около 50 кДа. Из димеров путём полимеризации формируются полые цилиндрические структуры диаметром около 25 нм, которые участвуют в поддержании формы клетки, внутриклеточном транспорте, делении клетки и движении жгутиков и ресничек.

¶Строение и свойства

α- и β-тубулины кодируются разными генами и имеют сходную пространственную укладку, включающую три функциональных домена. В составе димера каждая субъединица связывает молекулу гуанозинтрифосфата (ГТФ). ГТФ, связанный с α-тубулином, обычно не гидролизуется и остаётся частью структуры, тогда как β-тубулин способен гидролизовать ГТФ до гуанозиндифосфата (ГДФ). Эта разница лежит в основе динамической нестабильности микротрубочек — способности полимера попеременно расти и резко укорачиваться.

Димеры укладываются в микротрубочку в виде 13 продольных протофиламентов, образующих стенку полой трубки. Микротрубочка полярна: её «минус»-конец, как правило, закреплён в центре организации микротрубочек (у животных — в центросоме), а «плюс»-конец свободно растёт и укорачивается.

¶Динамическая нестабильность

Ключевое свойство микротрубочек — динамическая нестабильность, открытая в 1984 году Тимом Митчисоном и Марком Киршнером. Пока на «плюс»-конце сохраняется ГТФ-содержащий «колпачок» из β-тубулина, трубочка растёт. После гидролиза ГТФ структура дестабилизируется, и происходит быстрый разбор (катастрофа). Затем может наступить фаза спасения и нового роста. Такая динамика позволяет клетке быстро перестраивать цитоскелет.

¶Изотипы и посттрансляционные модификации

У разных организмов существуют множественные изотипы тубулина, кодируемые отдельными генами. У человека известно около восьми генов α-тубулина и девяти генов β-тубулина. Изотипы различаются по тканевой экспрессии и функциональным свойствам. Кроме того, тубулин подвергается посттрансляционным модификациям — ацетилированию, детирозинированию, полиглутамилированию, фосфорилированию, — которые влияют на стабильность микротрубочек и их взаимодействие с белками.

¶Белки, взаимодействующие с тубулином

С микротрубочками связывается большое число регуляторных белков (MAP — microtubule-associated proteins). К ним относятся:

• Тау-белок — стабилизирует микротрубочки в аксонах нейронов; его агрегация связана с болезнью Альцгеймера.
• Моторные белки — кинезин и динеин, перемещающиеся вдоль микротрубочек и переносящие грузы.
• Плюс-концевые белки — регулируют доступ к растущему концу.
• Белки-деполимеризаторы — например, статмин, разрушающий микротрубочки.

¶Функции

Микротрубочки на основе тубулина выполняют в клетке ряд задач:

• поддержание формы и механической устойчивости клетки;
• формирование веретена деления и расхождение хромосом при митозе и мейозе;
• внутриклеточный транспорт везикул и органелл;
• построение аксонемы жгутиков и ресничек;
• участие в подвижности клеток и перестройке их формы.

¶Значение в медицине

Тубулин — мишень ряда лекарственных препаратов. Так, колхицин, винкристин и винбластин подавляют полимеризацию микротрубочек, а таксол (паклитаксел) их стабилизирует, блокируя деление клеток. Эти вещества применяются в противоопухолевой терапии, поскольку активно делящиеся раковые клетки особенно чувствительны к нарушению работы веретена деления. Нарушения функций тубулина и связанных белков ассоциированы с нейродегенеративными и наследственными заболеваниями.