Микротрубочки представляют собой полые цилиндрические нити диаметром около 25 нм и длиной от 200 нм до 25 мкм. Субъединицы тубулинов, связанные с ГТФ, образуют αβ-гетеродимеры для сборки микротрубочек. Эти основные строительные блоки взаимодействуют в продольном направлении, полимеризуясь в протофиламенты. Затем протофиламенты взаимодействуют друг с другом с помощью сил боковой связи, образуя стабильные цилиндрические микротрубочки. Эти цилиндрические нити являются динамичными, так как они подвергаются многократной сборке и разборке. Эта характерная динамическая нестабильность может встречаться как in vivo, так и in vitro.

динамическая неустойчивость

Отдельные микротрубочки могут удлиняться и сжиматься одновременно на противоположных концах в определенный момент времени. Растет или уменьшается микротрубочка, зависит от скорости ее катастрофы и спасения. Катастрофа – это когда растущая микротрубочка начинает быстро укорачиваться. Спасение – это смещение сокращающейся микротрубочки в сторону быстрого удлинения. Скорость гидролиза β-тубулина-связанного ГТФ является основным фактором, определяющим динамическую нестабильность.

В клетке присутствуют как свободные субъединицы тубулина, так и их αβ-гетеродимерные формы в цитоплазматическом пуле. Полимеризация субъединиц тубулина начинается, когда связанные с ГТФ αβ-гетеродимерные субъединицы превышают пороговую концентрацию, называемую критической концентрацией для полимеризации микротрубочек. β-тубулин существует в двух формах. ГТФ-связанный-β-тубулин или Т-форма отвечает за удлинение и стабильную линейную структуру микротрубочек. В противоположность этому, β-тубулин или D-форма, связанная с GDP, способствует разборке микротрубочек. Тубулины, связанные с β ГТФ, на растущем конце действуют как колпачок, предотвращая искривление протофиламентов и способствуя удлинению. При гидролизе ГТФ конформация β-тубулина незначительно изменяется, что приводит к искривлению протофиламента. Это изгибание способствует связыванию дестабилизирующих белков, таких как статмин и кинезин-13, для удаления гетеродимеров αβ-тубулина.

Факторы, регулирующие нестабильность

Белки, ассоциированные с микротрубочками, или MAP, являются важнейшими регуляторами динамической нестабильности микротрубочек. MAP в целом классифицируются как стабилизаторы и дестабилизаторы в зависимости от их функции в динамике микротрубочек. MAP стабилизатора связываются с микротрубочками, уменьшая вероятность катастрофы и способствуя удлинению. С другой стороны, дестабилизаторы обязывают способствовать катастрофе. MAP стабилизатора доминируют во время интерфазы и в аксональных и дендритных микротрубочках нейронов, способствуя стабильным сборкам. Во время митоза более распространены дестабилизирующие MAP. Эти MAP отвечают за сегрегацию хромосом и разборку цитоскелетной сетки для деления клеток.