Тубулин

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето
Тубулин
PDB 1ia0 EBI.jpg
Структура на тубулинот
Назнаки
СимболТубулин
PfamPF00091
Pfam-кланCL0442
InterProIPR003008
PROSITEPDOC00201
SCOP1tub
SUPERFAMILY1tub

Тубулинсуперфамилија на глобуларни белковини (протеини) или еден од членовите на оваа суперфамилија. Алфа- (α-) и бета- (β-) тубулините полимеризираат во микротубули, кои се главна компонента на еукариотскиот цитоскелет.[1] Микротубулите учествуваат во мноштво на важни клеточни процеси, вклучувајќи го процесот на митоза.

Кај еукариотите постојат шест членови на тубулинската суперфамилија, иако не сите се присутни во сите еукариотски видови.[2][3] И α- и β-тубулините имаат маса од околу 50 kDa, која е приближна на масата на актинот (~42 kDa). Меѓутоа, тубулинските полимери (микротубулите) се многу поголеми од актинските филаменти, што се должи на нивната цилиндрична форма.

Долго време се мислело дека тубулинот е специфичен за еукариотските организми и дека го нема кај прокариотите. Сепак, во поскоро време, докажано е дека некои прокариотски белковини се хомологни (сродни) на тубулинот.[4][5][6][7]

Карактеризација[уреди | уреди извор]

Тубулинот е карактеристичен по еволутивно сочуваниот GTPаза белковински домен, Tubulin/FtsZ.

Овој GTPaза белковински домен се наоѓа во составот на сите еукариотски тубулини,[8] како и во бактерискиот протеин TubZ,[7] во aрхејскиот протеин CetZ[9] и во белковинската фамилија FtsZ која е распространета кај бактериите и археите.[4][10]

Функција[уреди | уреди извор]

Споредба на архитектурите на 5-протофиламентна бактериска микротубула (лево; BtubA, темносина; BtubB, светлосина боја) и 13-протофиламентна еукариотска микротубула (десно; α-тубулин, бела; β-тубулин, црна боја). Шевовите и старт-хеликсите се прикажани во зелена и црвена боја, соодветно.[11]

Микротубули[уреди | уреди извор]

α- и β-тубулинот полимеризираат во динамични микротубули. Кај еукариотите, микротубулите се една од главните компоненти на цитоскелетот, кој учествува во многу важни клеточни процеси, како што се структурна поддршка на клетката, внатрешноклеточен транспорт и сегрегација на хромозомите.

Микротубулите се формираат од димери на α- и β-тубулинот. Овие подединици имаат изоелектрична точка помеѓу 5,2 и 5,8, и се со слабо кисел карактер.[12] Секоја од подединиците има молекуларна маса од околу 50 kDa.[13]

За да изградат микротубули, димерите на α- и β-тубулинот врзуваат GTP и се прикачуваат за (+) крајот на микротубулите.[14] β-тубулинската подединица е изложена на плус крајот на микротубулата, додека α-тубулинската подединица е изложена на минус крајот на микротубулата. По инкорпорација на димерот во микротубулата, молекулата на GTP, врзана за β-тубулинската подединица, хидролизира во GDP по пат на интердимерни контакти во микротубулниот протофиламент.[15] GTP молекулата врзана за α-тубулинската подединица не хидролизира во текот на целиот процес. Стабилноста на димерот во состав на микротубулата зависи од тоа дали β-тубулинската подединица е врзана за GTP или GDP. Димерите кои имаат врзано GTP имаат тенденција да се врзуваат за микротубулите, додека димерите кои имаат врзано GDP имаат тенденција да се одделуваат од микротубулите; затоа GTP циклусот е од суштинско значење за динамичната нестабилност на микротубулите.

Бактериски микротубули[уреди | уреди извор]

Хомолози на α- и β-тубулинот биле идентификувани во родот на бактерии Prosthecobacter.[5] Тие се означуваат како BtubA и BtubB, за да се истакне дека станува збор за бактериски тубулини. Тие покажуваат хомологија и со α- и со β-тубулинот.[16] Иако структурно се многу слични на еукариотските тубулини, тие поседуваат неколку специфични карактеристики, како што се склопувањето без помош на шаперони и слабата димеризација.[17] Испитувањата со криогена електронска микроскопија покажале дека BtubA/B формира микротубули in vivo и дека овие микротубули се состојат од само пет протофиламенти, за разлика од еукариотските микротубули, кои обично содржат тринаесет.[11] Последователните in vitro истражувања покажале дека BtubA/B градат четириверижни „мини-микротубули“.[18]

Клеточна делба кај прокариотите[уреди | уреди извор]

Протеинот FtsZ се наоѓа во речиси сите бактерии и археи, каде што учествува во клеточната делба. Тој гради прстен во средината на клетката која се дели и учествува во регрутирањето на други компоненти на дивизомот, групата на протеини кои заедно вршат констрикција на клеточниот ѕид за да се добијат две клетки-ќерки. In vitro, FtsZ може да полимеризира во цевки, плоснати формации и прстени, а in vivo тој формира динамични филаменти.

Протеинот TubZ учествува во сегрегацијата на мал број на копии на плазмиди за време на бактериската клеточна делба. Овој протеин формира структура која е необична за тубулински хомолог; две спирални филаменти кои се завиени еден околу друг.[19] Ваквата структура можеби е оптимална за извршување на функцијата, бидејќи несродниот протеин ParM, кој исто така учествува во сегрегација на плазмидите, има слична структура.[20]

Клеточна форма[уреди | уреди извор]

Кај плеоморфните Haloarchaea, протеинот CetZ учествува во промената на клеточната форма. Кај видот Haloferax volcanii, CetZ гради динамични цитоскелетни структури кои се потребни за преобразување на клетката од плочеста форма во стапчеста форма со пливачки мотилитет.[9]

Типови[уреди | уреди извор]

Еукариотски тубулини[уреди | уреди извор]

Тубулинската суперфамилија содржи шест фамилии: алфа-(α), бета-(β), гама-(γ), делта-(δ), епсилон-(ε) и зета-(ζ) тубулини.[21]

α-Тубулин[уреди | уреди извор]

Поттипови на човечки α-тубулин се:

β-Tубулин[уреди | уреди извор]

β-тубулин во Tetrahymena sp.

Сите лекови за кои е познато дека се врзуваат за човечки тубулин се врзуваат за β-тубулинот.[22] Тука спаѓаат паклитакселот, колхицинот и винка алкалоидите, од кои секој има различно сврзно место за β-тубулинот.[22]

Класа III β-тубулинот е елемент на микротубулите, со експресија исклучиво во невроните,[23] и се користи како специфичен идентификатор за неврони во нервно ткиво. Тој многу побавно се врзува за колхицинот од други изотипови на β-тубулинот.[24]

β1-тубулинот, понекогаш наречен класа VI β-тубулин,[25] е најдивергентниот тубулин на ниво на аминокиселинска секвенца.[26] Неговата експресија кај луѓето се јавува исклучиво во мегакариоцитите и тромбоцитите, а веројатно игра важна улога во формирањето на тромбоцитите.[26][27]

Катанинот е протеински комплекс кој ги „сече“ микротубулите на местото на β-тубулинските подединици, а е неопходен за брзиот транспорт на микротубулите во невроните и кај растенијата.[28]

Поттипови на човечки β-тубулин се:

γ-Тубулин[уреди | уреди извор]

γ-Тубулинот е неопходен за нуклеацијата и поларната ориентација на микротубулите. Тој главно се среќава во центрозомите и во телцето на половите на делбеното вретено, бидејќи тоа се местата каде е најинтензивна нуклеацијата на микротубулите. Во овие органели се наоѓаат неколку γ-тубулини и други протеински молекули, во комплекси познати како γ-тубулински прстенести комплекси (γ-TuRCs), кои хемиски го имитираат (+) крајот на микротубулите и на овој начин овозможуваат врзување на микротубулите. γ-Тубулинот, исто така, бил изолиран и како димер, а и како дел на γ-тубулински мал комплекс (γTuSC), кој по големина е помеѓу димерот и γTuRC. γ-Тубулинот е најдобро проучениот механизам за нуклеација на микротубули, но некои истражувања покажале дека одредени клетки се способни да се прилагодат на неговото отсуство.

Поттипови на човечки γ-тубулин се:

Членови на γ-тубулинскиот прстенест комплекс се:

δ и ε-Тубулин[уреди | уреди извор]

Делта (δ) и епсилон (ε) тубулинот се наоѓаат во центриолите, а може да играат улога во структурата и функцијата на центриолите. Тие не се толку добро проучени како α- и β-тубулините.

Човечки гени за δ- и ε-тубулин се:

ζ-Тубулин[уреди | уреди извор]

Зета-тубулинот е присутен во многу еукариоти, но го нема кај плаценталните цицачи.[3]

Прокариотски тубулини[уреди | уреди извор]

BtubA/B[уреди | уреди извор]

Протеините BtubA/B се среќаваат во некои Verrucomicrobia бактериски видови од родот Prosthecobacter.[5] Нивниот еволутивен однос кон еукариотските микротубули е нејасен, иако тие можеби биле пренесени од еукариотски во прокариотски домаќин по пат на хоризонтален пренос на гени.[17][16]

FtsZ[уреди | уреди извор]

Речиси сите бактериски и архејски клетки го користат протеинот FtsZ во процесот на клеточна делба.[29] Тој бил првиот идентификуван прокариотски цитоскелетен протеин.

TubZ[уреди | уреди извор]

Протеинот TubZ бил идентификуван во видот Bacillus thuringiensis, каде игра улога во одржување на плазмидите.[7]

CetZ[уреди | уреди извор]

CetZ се наоѓа во археите Methanomicrobia и Halobacteria, каде игра улога во менувањето на клеточната форма.[9]

Фармакологија[уреди | уреди извор]

Тубулините се цел на антиканцерозните лекови, како што се винка алкалоидите[30][31][32] винбластин и винкристин,[33][34] и паклитакселот.[35] Анти-гихт лекот колхицин се врзува за тубулинот и го инхибира формирањето на микротубулите, со што се спречува подвижноста на неутрофилите и се намалува воспалението.

Посттранслациони модификации[уреди | уреди извор]

Кога станува инкорпориран во микротубулите, тубулинот акумулира голем број на посттранслациони модификации, од кои многу се уникатни за овие протеини. Овие модификации вклучуваат детиронизација,[36] ацетилација, полиглутамилација, полиглицилација, фосфорилација, убиквитинација, сумолација и палмитолација. Тубулинот е исто така склон на оксидативна модификација и агрегација за време на акутна клеточна повреда.[37]

Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. The evolution of compositionally and functionally distinct actin filaments. „Journal of Cell Science“ том  128 (11): 2009–19. јуни 2015 г. doi:10.1242/jcs.165563. PMID 25788699. 
  2. Findeisen P, Mühlhausen S, Dempewolf S, Hertzog J, Zietlow A, Carlomagno T, Kollmar M "Six subgroups and extensive recent duplications characterize the evolution of the eukaryotic tubulin protein family" Genome Biol Evol (2014) 6:2274-2288.
  3. 3,0 3,1 Turk E, Wills AA, Kwon T, Sedzinski J, Wallingford JB, Stearns T "Zeta-Tubulin Is a Member of a Conserved Tubulin Module and Is a Component of the Centriolar Basal Foot in Multiciliated Cells" Current Biology (2015) 25:2177-2183.
  4. 4,0 4,1 Tubulin and FtsZ form a distinct family of GTPases. „Nature Structural Biology“ том  5 (6): 451–8. јуни 1998 г. doi:10.1038/nsb0698-451. PMID 9628483. 
  5. 5,0 5,1 5,2 Genes for the cytoskeletal protein tubulin in the bacterial genus Prosthecobacter. „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ том  99 (26): 17049–54. декември 2002 г. doi:10.1073/pnas.012516899. PMID 12486237. Bibcode2002PNAS...9917049J. 
  6. Archaeal origin of tubulin. „Biology Direct“ том  7: 10. март 2012 г. doi:10.1186/1745-6150-7-10. PMID 22458654. 
  7. 7,0 7,1 7,2 Treadmilling of a prokaryotic tubulin-like protein, TubZ, required for plasmid stability in Bacillus thuringiensis. „Genes & Development“ том  21 (11): 1340–52. јуни 2007 г. doi:10.1101/gad.1546107. PMID 17510284. 
  8. Structure of the alpha beta tubulin dimer by electron crystallography. „Nature“ том  391 (6663): 199–203. јануари 1998 г. doi:10.1038/34465. PMID 9428769. Bibcode1998Natur.391..199N. 
  9. 9,0 9,1 9,2 CetZ tubulin-like proteins control archaeal cell shape. „Nature“ том  519 (7543): 362–5. март 2015 г. doi:10.1038/nature13983. PMID 25533961. Bibcode2015Natur.519..362D. 
  10. Crystal structure of the bacterial cell-division protein FtsZ. „Nature“ том  391 (6663): 203–6. јануари 1998 г. doi:10.1038/34472. PMID 9428770. Bibcode1998Natur.391..203L. 
  11. 11,0 11,1 Microtubules in bacteria: Ancient tubulins build a five-protofilament homolog of the eukaryotic cytoskeleton. „PLoS Biology“ том  9 (12): e1001213. декември 2011 г. doi:10.1371/journal.pbio.1001213. PMID 22162949. 
  12. Separation of tubulin isoforms by isoelectric focusing in immobilized pH gradient gels. „Analytical Biochemistry“ том  275 (2): 265–7. ноември 1999 г. doi:10.1006/abio.1999.4326. PMID 10552916. 
  13. „tubulin in Protein sequences“. EMBL-EBI. 
  14. Microtubule dynamics. „Journal of Cell Science“ том  115 (Pt 1): 3–4. јануари 2002 г. PMID 11801717. 
  15. Dynamics and mechanics of the microtubule plus end. „Nature“ том  422 (6933): 753–8. април 2003 г. doi:10.1038/nature01600. PMID 12700769. Bibcode2003Natur.422..753H. 
  16. 16,0 16,1 Bacterial tubulin distinct loop sequences and primitive assembly properties support its origin from a eukaryotic tubulin ancestor. „The Journal of Biological Chemistry“ том  286 (22): 19789–803. јуни 2011 г. doi:10.1074/jbc.M111.230094. PMID 21467045. 
  17. 17,0 17,1 Structure of bacterial tubulin BtubA/B: evidence for horizontal gene transfer. „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ том  102 (26): 9170–5. јуни 2005 г. doi:10.1073/pnas.0502859102. PMID 15967998. Bibcode2005PNAS..102.9170S. 
  18. Deng, Xian; Fink, Gero; Bharat, Tanmay A. M.; He, Shaoda; Kureisaite-Ciziene, Danguole; Löwe, Jan (18 јули 2017 г). Four-stranded mini microtubules formed by Prosthecobacter BtubAB show dynamic instability (на en). „Proceedings of the National Academy of Sciences“ том  114 (29): E5950–E5958. doi:10.1073/pnas.1705062114. ISSN 0027-8424. PMID 28673988. 
  19. Filament structure of bacterial tubulin homologue TubZ. „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ том  107 (46): 19766–71. ноември 2010 г. doi:10.1073/pnas.1010176107. PMID 20974911. Bibcode2010PNAS..10719766A. 
  20. Structures of actin-like ParM filaments show architecture of plasmid-segregating spindles. „Nature“ том  523 (7558): 106–10. јули 2015 г. doi:10.1038/nature14356. PMID 25915019. Bibcode2015Natur.523..106B. 
  21. NCBI CCD cd2186
  22. 22,0 22,1 Targeting microtubules for cancer chemotherapy. „Current Medicinal Chemistry. Anti-cancer Agents“ том  5 (1): 65–71. јануари 2005 г. doi:10.2174/1568011053352569. PMID 15720262. 
  23. βIII-Tubulin: biomarker of taxane resistance or drug target?. „Expert Opinion on Therapeutic Targets“ том  17 (4): 461–72. април 2013 г. doi:10.1517/14728222.2013.766170. PMID 23379899. 
  24. Are tubulin isotypes functionally significant. „Molecular Biology of the Cell“ том  4 (5): 445–57. мај 1993 г. doi:10.1091/mbc.4.5.445. PMID 8334301. 
  25. „TUBB1 tubulin, beta 1 class VI [Homo sapiens (human)]“. Gene - NCBI. 
  26. 26,0 26,1 Hematopoietic-specific beta 1 tubulin participates in a pathway of platelet biogenesis dependent on the transcription factor NF-E2. „Blood“ том  96 (4): 1366–73. август 2000 г. PMID 10942379. http://bloodjournal.hematologylibrary.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10942379. 
  27. Yang, Hailing; Ganguly, Anutosh; Yin, Shanghua; Cabral, Fernando (2011 г). Megakaryocyte lineage-specific class VI β-tubulin suppresses microtubule dynamics, fragments microtubules, and blocks cell division. „Cytoskeleton“ том  68 (3): 175–187. doi:10.1002/cm.20503. PMID 21309084. 
  28. Identification of katanin, an ATPase that severs and disassembles stable microtubules. „Cell“ том  75 (3): 419–29. ноември 1993 г. doi:10.1016/0092-8674(93)90377-3. PMID 8221885. 
  29. Margolin, William (1 ноември 2005 г). FtsZ and the division of prokaryotic cells and organelles (на en). „Nature Reviews Molecular Cell Biology“ том  6 (11): 862–871. doi:10.1038/nrm1745. ISSN 1471-0072. PMID 16227976. 
  30. van der Heijden, Robert; Jacobs, Denise I.; Snoeijer, Wim; Hallard, Didier; Verpoorte, Robert. The Catharanthus alkaloids: Pharmacognosy and biotechnology. „Current Medicinal Chemistry“ том  11 (5): 607–628. doi:10.2174/0929867043455846. PMID 15032608. 
  31. Raviña, Enrique (2011). „Vinca alkaloids“. The evolution of drug discovery: From traditional medicines to modern drugs. John Wiley & Sons. стр. 157–159. ISBN 9783527326693. 
  32. Cooper, Raymond; Deakin, Jeffrey John (2016). „Africa's gift to the world“. Botanical Miracles: Chemistry of Plants That Changed the World. CRC Press. стр. 46–51. ISBN 9781498704304. 
  33. Keglevich, Péter; Hazai, Laszlo; Kalaus, György; Szántay, Csaba. Modifications on the basic skeletons of vinblastine and vincristine. „Molecules“ том  17 (5): 5893–5914. doi:10.3390/molecules17055893. PMID 22609781. 
  34. Ngo, Quoc Anh; Roussi, Fanny; Cormier, Anthony; Thoret, Sylviane; Knossow, Marcel; Guénard, Daniel; Guéritte, Françoise. Synthesis and biological evaluation of Vinca alkaloids and phomopsin hybrids. „Journal of Medicinal Chemistry“ том  52 (1): 134–142. doi:10.1021/jm801064y. PMID 19072542. 
  35. Altmann, Karl-Heinz (2009). „Preclinical Pharmacology and Structure-Activity Studies of Epothilones“. Mulzer, Johann H.. The Epothilones: An Outstanding Family of Anti-Tumor Agents: From Soil to the Clinic. Springer Science & Business Media. стр. 157–220. ISBN 9783211782071. 
  36. Nieuwenhuis, Joppe; Adamopoulos, Athanassios; Bleijerveld, Onno B.; Mazouzi, Abdelghani; Stickel, Elmer; Celie, Patrick; Altelaar, Maarten; Knipscheer, Puck; и др. (16 ноември 2017 г). Vasohibins encode tubulin detyrosinating activity (на en). „Science“ том  358 (6369): 1453–1456. doi:10.1126/science.aao5676. ISSN 0036-8075. PMID 29146869. Bibcode2017Sci...358.1453N. 
  37. Nucleocytoplasmic coagulation: an injury-induced aggregation event that disulfide crosslinks proteins and facilitates their removal by plasmin. „Cell Reports“ том  2 (4): 889–901. октомври 2012 г. doi:10.1016/j.celrep.2012.08.026. PMID 23041318. 

Надворешни врски[уреди | уреди извор]

  • Тубулин Национална библиотека за медицина на САД (US National Library of Medicine), Medical Subject Headings (MeSH) (англиски)