МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Перспективы изучения микротрубочек

Динамическая нестабильность микротрубочек при их сборке и разборке была впервые описана в 1984 г., т. е. в том же году, когда был обнаружен первый кинезин. Два этих открытия совершили переворот в нашем понимании процессов сборки цитоскелета и генерации движения белковыми моторами. Быстрый рост наших знаний в этом направлении продолжается, и несколько последних открытий позволили расширить наши знания о том, как функционируют микротрубочки в различных организмах и в реализации различных клеточных функций.

В результате экспериментальных исследований, выполненных за последние десять лет, было идентифицировано большое количество белков, связанных с микротрубочками, регулирующими их сборку, а также участвующих в генерации усилий и в связывании микротрубочек с другими компонентами клетки. Несмотря на то что уже известно очень много белков, способных взаимодействовать с микротрубочками, их реальное количество может быть еще больше. Недавно для идентификации всех белков центросом и кинетохора клеток дрожжей были использованы методы протеомики.

Многие из обнаруженных белков способны взаимодействовать с микротрубочками цитоскелета. Следующий логический шаг заключается в установлении их функций. Когда мы установим, каким образом индивидуальные белки взаимодействуют с микротрубочками, будет чрезвычайно важно выяснить, каким образом эти белки участвуют в «совместной работе» по обеспечению различных клеточных функций. В особенности знание взаимоотношений между МАР и моторами поможет понять, каким образом клетка делит хромосомы при митозе, доставляет везикулы в места назначения или изменяет свою форму.

Многие МАР и, вероятно, некоторые моторы, по-видимому, функционируют только в пределах специфических компартментах. Проявляют ли они активность в определенном месте только потому, что они там локализованы? Если так, то каким образом они туда попадают? Или же МАР и моторы отрегулированы таким образом, что включаются и выключаются в определенных частях клетки? Где находится сигнал к включению и выключению и где устанавливается граница, которая удерживает внутренний сигнал в пределах небольшого определенного участка клетки?

Белки цитоскелета были идентифицированы в клетках эукариот, и считалось что они уникальны для этих клеток. Сейчас мы знаем, что у прокариот также есть свои полимерные компоненты цитоскелета: FtsZ (гомолог тубулина) и MreB (гомолог актина). Субъединицы FtsZ напоминают мономеры тубулина: а- или b-тубулин. Эти мономеры собраны в филаменты, которые похожи на протофиламенты микротрубочек, они даже способны связывать и гидролизовать ГТФ, а также постоянно собираются и разбираются в клетках бактерий. Полимеры FtsZ связаны с бактериальной мембраной, за счет сжатия которой в центре делящейся клетки, они помогают сформировать дочернюю клетку.

Пока остается открытым вопрос, каким образом функционирует FtsZ (и как делится бактерия). Сравнительные иссследования FtsZ и тубулинов позволят понять, каким образом функционирует каждый белок и что вызывает полимеризацию тубулина в микротрубочку, a FtsZ в филамент, напоминающий протофиламент. Подобные сравнительные исследования также могут помочь понять, когда впервые в клетке-предшественнике возник цитоскелет и каким образом он сформировался в клетках про- и эукариот.

Микротрубочки
Микротрубочки в фибробласте. Для визуализации микротрубочек клетки обрабатывали красителем, флуоресцирующим зеленым цветом.
Микротрубочки организованы вокруг центральной точки (помеченной красным цветом) и распространяются в цитоплазму.
Большинство микротрубочек обладает достаточной длиной для того, чтобы проникнуть из одной части клетки в другую.

Еще один недостаточно исследованный вопрос заключается в том, каким образом физические усилия влияют на динамику сборки микротрубочек. Физические усилия могут возникать при продвижении моторов по микротрубочкам или при наличии препятствий на пути полимеризации, таких как, например, плазматическая мембрана. Когда микротрубочка достигает плазматической мембраны, она часто изгибается и принимает ее контуры. Иногда микротрубочка не изгибается, а сжимается, и даже может разорваться.

Мембраны и другие физические препятствия также могут ингибировать процесс добавления субъединиц тубулина, блокируя сборку и приводя к катастрофе. Что же определяет поведение микротрубочки, когда она встречает физический барьер, например плазматическую мембрану? Микротрубочка может изогнуться, сжаться, разорваться или начать укорачиваться. Меняется ли динамика микротрубочки, когда по ней перемещается мотор? Каким образом совместно действуют. МАР и физические усилия, регулируя сборку и организацию микротрубочек?

Многое еще остается выяснить в отношении совместного функционировании в клетке микротрубочек и актина. Взаимодействие между этими двумя компонентами цитоскелета играет важную роль в подвижности клеток и их поляризации. Микротрубочки и актин способны взаимодействовать, связываясь между собой с помощью дополнительных белков. Они также взаимодействуют непрямым образом, посылая сигналы при активации киназ или посредством других сигнальных молекул, а, возможно, также за счет физических усилий.

Непрямое взаимодействие между актиновыми филаментами и микротрубочками может генерировать положительную обратную связь, при которой полимеризация одного филамента служит сигналом для полимеризации другого. В настоящий момент исследуется, каким образом генерируется этот механизм и как он функционирует в таких процессах, как направленное перемещение клеток.

В настоящее время мы выясняем, какие мутации в генах, кодирующих белки моторов, связанных с микротрубочками и МАР, отвечают за нарушения нейроморфогенеза и контроля клеточного роста. Например, мутация в одном из белков семейства динактинового комплекса связана с редким семейным дефектом двигательных нейронов. Одним из важнейших остается вопрос механизма нарушения процессов внутриклеточного транспорта и организации цитоскелета под влиянием мутантных форм МАР и моторов. В ближайшие годы, вероятно, будет идентифицировано много болезней человека, связанных с мутациями в белках микротрубочного цитоскелета. Это во многом будет способствовать нашему пониманию того, как изменения в этих компонентах цитоскелета влияют на физиологию клеток и общее состояние здоровья.

Наряду с ролью, которую играют микротрубочки в патогенезе болезней, эти элементы цитоскелета могут представлять собой мишени для новых лекарственных препаратов. В поисках низкомолекулярных соединений, способных вмешиваться в митоз, был обнаружен монастрол, соединение, блокирующее двигательную активность специфического кинезина, функции которого ограничиваются митотическим веретеном. Такие вещества, блокирующие митоз, могут оказаться полезными в лечении рака. Монастрол и близкие к нему соединения, связывающие белки, отличные от тубулина, могут обладать меньшей токсичностью и проявлять меньше побочных эффектов по сравнению с веществами, которые связываются с тубулином, и используются в настоящее время.

Разрабатывавются также другие препараты, которые могут связываться с тубулинами только из ограниченного числа организмов. Хотя для тубулинов эукариот характерна достаточно консервативная структура, оказалось возможным выделить небольшие молекулы, обладающие специфическим сродством к тубулинам грибков или патогенных паразитов, например таких, как переносчики малярии.

Микротрубочки представляют собой динамичные поляризованные полимеры, участвующие в клеточной организации, а также обеспечивающие их подвижность и полярность. Центросомы — центры организации микротрубочек в клетках животных — нуклеируют микротрубочки и заякоревают их минус-концы. Таким образом, положение центросомы определяет характер конструкции, которая создается в клетке с участием микротрубочек. Обычно плюс-концы микротрубочек локализованы ближе к плазматической мембране, а минус-концы — ближе к клеточному центру. Быстро протекающие процессы сборки и разборки микротрубочек за счет динамической нестабильности позволяют им адаптироваться к новым требованиям и быстро перестраиваться с образованием новой конструкции.

Основная функция микротрубочек состоит в том, что они служат поляризованными транспортными путями для молекулярных моторов, кинезина и динеина. Эти моторы присоединяются к карго, которое может включать мембранные везикулы, органеллы и хромосомы, и транспортируют его в направлении плюс- или минус-концов микротрубочек. Необходимая транспортная информация для перемещения в клетке карго в нужном направлении обеспечивается за счет полярности микротрубочек.

В специализированных клетках микротрубочки используются в качестве основных структурных белков ресничек и жгутиков. Основу аксонемы образуют девять дуплетов и две центральные микротрубочки Дуплеты и центральные микротрубочки связываются между собой с помощью дополнительных белков. Аксонемные динеины обеспечивают подвижность ресничек и жгутиков за счет скольжения внешних дуплетов микротрубочек по отношению друг к другу. При скольжении сшитой конструкции аксонемы возникают усилия, вызывающие ее изгиб. Быстрое включение и выключение динеинов аксонемы позволяют изгибу распространяться к вершине реснички или жгутика.

Микротрубочки и тип клеток
Различная форма двух типов клеток требует разной организации их микротрубочек.
В фибробласте человека видны отдельные микротрубочки, которые начинаются в точке, расположенной поблизости от ядра, и проходят через цитоплазму.
В нейроне микротрубочки упакованы вместе в длинные тонкие образования, которые выходят из тела клетки.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Значение гидролиза ГТФ тубулином микротрубочек"

Оглавление темы "Микротрубочки клетки":
  1. Механизм ассиметрии клетки через динамику микротрубочек и моторов
  2. Взаимодействие микротрубочек и актиновых филаментов клетки
  3. Строение ресничек и жгутиков клетки
  4. Перспективы изучения микротрубочек
  5. Значение гидролиза ГТФ тубулином микротрубочек
  6. Метод восстановления флуоресценции после обесцвечивания - FRAP
  7. Механизм синтеза и модификации тубулина
  8. Методы изучения подвижности моторных белков микротрубочек
  9. Актиновые филаменты и актиновый цитоскелет клетки
  10. Актин в составе цитоскелета клетки
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.