• Синтез новых молекул тубулина регулируется концентрацией димеров в цитоплазме
• Для правильного скручивания и сборки в гетеродимер, а- и b-тубулинам необходимы цитозольные шаперонины и дополнительные кофакторы
• Тубулины подвергаются различным посттрансляционным модификациям
• Некоторые модификации могут происходить только на полимерных молекулах. Они связаны со стабильной субпопуляцией микротрубочек
• У некоторых организмов присутствие в микротрубочке модифицированных тубулинов ускоряет связывание белковых моторов и представляет собой дополнительный механизм регуляции внутриклеточного транспорта везикул
Синтез а- и b-тубулинов регулируется по механизму обратной связи, который зависит от количества доступного в клетке тубулина. В момент трансляции полипептидная цепь тубулина, сходящая с рибосомы, может связываться димером тубулина, который активирует специальную РНКазу, разрушающую иРНК.
Таким образом, в клетке с повышенным содержанием тубулиновых димеров соответствующая иРНК оказывается менее устойчивой и образуется меньше новых молекул тубулина. Соответственно, если в клетке концентрация тубулина становится ниже уровня нормы, образуется больше молекул стабильной тубулиновой иРНК и синтезируется больше тубулина.
Контролируя устойчивость тубулиновой иРНК с помощью тубулина, клетка способна поддерживать пул димеров тубулина в пределах концентраций, позволяющих микротрубочкам нормально функционировать.
Самостоятельно а- и b-тубулин не могут приобрести правильной структуры высшего порядка. Для этого необходимы несколько дополнительных белков, часть которых специфична для тубулина. После трансляции мономеры тубулина приобретают надлежащую структуру, присоединяя белок ССТ, шаперонин, который содержится в цитозоле. Этот процесс происходит с участием АТФ.
Затем в сборке субъединиц в гетеродимеры участвуют другие белки, образующие большой комплекс (кофакторы А-Е). На некоторых этапах процесса сборки каждая субъединица связывается с молекулой ГТФ. Для высвобождения готового димера из комплекса с кофактором необходимо, чтобы b-субъединица оказалась способной гидролизовать присоединенный к ней ГТФ, однако нуклеотид, связанный с а-субъединицей, при этом остается негидролизованным. Когда готовый димер тубулина высвободился, b-субъединица быстро обменивает ГТФ на ГДФ, и димер может собираться в микротрубочки.
Субъединицы тубулина служат мишенями для различных посттрансляционных ковалентных модификаций, таких как фосфорилирование обеих форм тубулина, удаление терминального тирозинового остатка и ацетилирование специфических остатков лизина в а-тубулине, а также добавление остатков глутамата и глицина к обеим субъединицам. Давно было показано, что некоторые модификации, например ацетилирование и удаление тирозина, всегда происходят на более стабильных микротрубочках.
Повышенные количества модифицированных тубулинов обнаружены в головном мозгу и в аксонемах микротрубочек ресничек и жгутиков. Другие типы клеток содержат разные количества модифицированных тубулинов. В большинстве случаев, пока остается неясным, каким образом модификации определяют функции микротрубочек.
Модифицированные субъединицы тубулина представляют собой удобные маркеры стабильности микротрубочек, однако сами по себе поспрансляционные модификации не делают их более стабильными. В настоящее время неизвестно, каким образом определенная часть микротрубочек становится более стабильной, однако вероятно, что это происходит за счет связывания специфических MAP с их концами или стенками.
Когда микротрубочка стабилизировалась, происходят описанные выше модификации составляющих ее субъединиц тубулина. В некоторых клетках стабильные микротрубочки преимущественно связаны белковыми моторами, которые ускоряют движение по ним везикул.
Взаимодействие между тубулиновым димером и короткой последовательностью на конце тубулинового полипептида ведет к деградации тубулиновой иРНК и к снижению его синтеза.
Этот механизм отрицательной обратной связи поддерживает концентрацию тубулина в цитоплазме в очень узких пределах.
На этом рисунке показаны только тубулин и нуклеаза, однако в процессе также могут участвовать и другие компоненты.
Необходимые этапы сборки гетеродимера тубулина.
Две тубулиновые субъединицы скручиваются отдельно, а затем вступают в контакт при участии кофакторов, некоторые из которых специфичны для тубулина.
Могут потребоваться кофакторы А, В, D и Е, поскольку скрученная конформация субъединиц тубулина нестабильна до тех пор,
пока они не являются частью тубулиновых димеров.
Наоборот, может возникнуть необходимость немного изменить структуру субъединиц а и b с тем, чтобы они лучше подходили друг к другу.
Для диссоциации кофакторов, после завершения процесса сборки,
необходим кофактор С и источник энергии, в виде ГТФ, который гидролизуется под действием b-тубулина.