Тубулин

Тубулин — натсемејство на глобуларни белковини или еден од членовите на ова натсемејство. Алфа- (α-) и бета- (β-) тубулините полимеризираат во микротубули, кои се главна компонента на еукариотскиот цитоскелет. Микротубулите учествуваат во мноштво на важни клеточни процеси, вклучувајќи го процесот на митоза.
Кај еукариотите постојат шест членови на тубулинското натсемејство, иако не сите се присутни во сите еукариотски видови. 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.
1 Карактеризација
Тубулинот е карактеристичен по еволутивно сочуваниот GTPаза белковински домен, Tubulin/FtsZ.
Овој GTPaза белковински домен се наоѓа во составот на сите еукариотски тубулини, како и во бактериската белковина TubZ, во aрхејската белковина CetZ и во белковинската фамилија FtsZ која е распространета кај бактериите и археите.
2 Функција
2.1 Микротубули
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. Секоја од подединиците има молекуларна маса од околу 50 kDa.
За да изградат микротубули, димерите на α- и β-тубулинот врзуваат GTP и се прикачуваат за (+) крајот на микротубулите. 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. 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.
2.1.1 Бактериски микротубули
Хомолози на α- и β-тубулинот биле идентификувани во родот на бактерии ''Prosthecobacter''. 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. Иако структурно се многу слични на еукариотските тубулини, тие поседуваат неколку специфични одлики, како што се склопувањето без помош на шаперони и слабата димеризација. 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. Последователните ''in vitro'' истражувања покажале дека BtubA/B градат четириверижни „мини-микротубули“.
2.2 Клеточна делба кај прокариотите
Белковината 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 белковини 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.
Белковината TubZ учествува во сегрегацијата на мал број на копии на плазмиди за време на бактериската клеточна делба. Оваа белковина формира структура која е необична за тубулински хомолог; две спирални филаменти кои се завиени еден околу друг. Ваквата структура можеби е оптимална за извршување на функцијата, бидејќи несродната белковина ParM, кој исто така учествува во сегрегација на плазмидите, има слична структура.
2.3 Клеточна форма
Кај плеоморфните халобактерии, белковината 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.
3 Типови
3.1 Еукариотски тубулини
Тубулинското натсемејство содржи шест фамилии: алфа-(α), бета-(β), гама-(γ), делта-(δ), епсилон-(ε) и зета-(ζ) тубулини.
3.1.1 α-Тубулин
Поттипови на човечки α-тубулин се:
* TUBA1A
* TUBA1B
* TUBA1C
* TUBA3C
* TUBA3D
* TUBA3E
* TUBA4A
* TUBA8
3.1.2 β-Tубулин
Сите лекови за кои е познато дека се врзуваат за човечки тубулин се врзуваат за β-тубулинот. Тука спаѓаат паклитакселот, колхицинот и винка алкалоидите, од кои секој има различно сврзно место за β-тубулинот.
Класа III β-тубулинот е елемент на микротубулите, со експресија исклучиво во невроните, и се користи како специфичен идентификатор за неврони во нервно ткиво. Тој многу побавно се врзува за колхицинот од други изотипови на β-тубулинот.
β1-тубулинот, понекогаш наречен класа VI β-тубулин, е најдивергентниот тубулин на ниво на аминокиселинска низа. Неговата експресија кај луѓето се јавува исклучиво во мегакариоцитите и тромбоцитите, а веројатно игра важна улога во формирањето на тромбоцитите.
Катанинот е белковински комплекс кој ги „сече“ микротубулите на местото на β-тубулинските подединици, а е неопходен за брзиот транспорт на микротубулите во невроните и кај растенијата.
Поттипови на човечки β-тубулин се:
* TUBB
* TUBB1
* TUBB2A
* TUBB2B
* TUBB2C
* TUBB3
* TUBB4
* TUBB4Q
* TUBB6
* TUBB8
3.1.3 γ-Тубулин
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 белковински 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:
* TUBG1
* TUBG2
Членови на γ-тубулинскиот прстенест комплекс се:
* TUBGCP2
* TUBGCP3
* TUBGCP4
* TUBGCP5
* TUBGCP6
3.1.4 δ и ε-Тубулин
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:
* δ-тубулин
** TUBD1
* ε-тубулин
** TUBE1
3.1.5 ζ-Тубулин
Зета-тубулинот е присутен во многу еукариоти, но го нема кај плаценталните цицачи.
3.2 Прокариотски тубулини
3.2.1 BtubA/B
Белковините BtubA/B се среќаваат во некои Verrucomicrobia бактериски видови од родот ''Prosthecobacter''. 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.
3.2.2 FtsZ
Речиси сите бактериски и архејски клетки ја користат белковината FtsZ во процесот на клеточна делба. Тој бил првиот идентификуван прокариотски цитоскелетна белковина.
3.2.3 TubZ
Белковината TubZ била идентификувана во видот ''Bacillus''''thuringiensis'', каде игра улога во одржување на плазмидите.
3.2.4 CetZ
CetZ се наоѓа во археите ''Methanomicrobia'' и ''Halobacteria'', каде игра улога во менувањето на клеточната форма.
4 Фармакологија
Тубулините се цел на антиканцерозните лекови, како што се ''винка'' алкалоидите винбластин и винкристин, и паклитакселот. 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.
5 Посттранслациони модификации
Кога станува инкорпориран во микротубулите, тубулинот акумулира голем број на посттранслациони модификации, од кои многу се уникатни за овие белковини. Овие модификации вклучуваат детиронизација, ацетилација, полиглутамилација, полиглицилација, фосфорилација, убиквитинација, сумолација и палмитолација. Тубулинот е исто така склон на оксидативна модификација и агрегација за време на акутна клеточна повреда.
6 Поврзано
* Микротубула
* Цитоскелет
* Кинезин
* Динеин
* FtsZ