微小管は、直径が約25 nm、長さが200 nmから25 μmの空円筒形フィラメントで、GTP結合チューブリンサブユニットは微小管集合用のαβ-ヘテロ二量体を形成します。これらのコアビルディングブロックは縦方向に相互作用し、重合してプロトフィラメントになります。次に、プロトフィラメントは横方向の結合力を介して互いに相互作用し、安定した円筒形の微小管を形成します。これらの円筒形フィラメントは、組み立てと分解を繰り返すため、動的です。この特徴的な動的不安定性は、in vivoとin vitroの両方で見つけることができます。

動的不安定性

個々の微小管は、ある時点で反対側の端で同時に伸びたり縮んだりすることがあります。微小管が成長しているか縮小しているかは、その大災害と救助の速度によって決まります。大惨事とは、成長する微小管が急速に短くなり始めることです。レスキューとは、縮小する微小管が急速に伸びるようにシフトすることです。β-チューブリン結合-GTP加水分解の速度は、動的不安定性を決定する主要な要因です。

細胞内では、遊離チューブリンサブユニットとそのαβ-ヘテロ二量体型の両方が細胞質プールに存在します。チューブリンサブユニットの重合は、GTP結合αβ-ヘテロ二量体サブユニットが微小管重合の臨界濃度と呼ばれる閾値濃度を超えたときに開始されます。β-チューブリンには2つの形態があります。GTP結合-β-チューブリンまたはT型は、微小管の伸びと安定した線形構造に関与しています。対照的に、GDP結合βチューブリンまたはD型は微小管の分解に有利です。成長端のGTP結合βチューブリンはキャップとして機能し、プロトフィラメントの湾曲を防ぎ、伸長を促進します。GTPの加水分解により、β-チューブリンのコンフォメーションがわずかに変化し、プロトフィラメントの湾曲が生じます。この湾曲は、スタスミンやキネシン-13などの不安定性タンパク質の結合を促進し、αβ-チューブリンヘテロ二量体を除去します。

不安定性を調節する要因

微小管関連タンパク質またはMAPは、微小管の動的不安定性の重要な調節因子です。MAPは、微小管のダイナミクスにおける機能に基づいて、安定化剤と不安定剤に大別されます。スタビライザーMAPは微小管と結合して、大災害を減少させ、伸長を促進します。一方、不安定化剤は大惨事を促進するために結合します。スタビライザーMAPは、間期中、およびニューロンの軸索および樹状微小管で優勢であり、安定した組み立てを促進します。有糸分裂中は、不安定化剤MAPがより一般的です。これらのMAPは、染色体の分離と細胞分裂のための細胞骨格メッシュの分解に関与しています。