Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 316
Текст из файла (страница 316)
Белок катанцн, названный в честь японского слова «меч», служит для выполнения этой за дачи (рнс. 16.39). Катании состоит из двух субъединиц: более маленькой, гидролизующей АТР и производящей расзцепление, и более 20 мкм крупной, направляющей катании в центросому. Катании высвобождает микротрубочки нз центра организации микротрубочек, что, по видимому, играет важнукт роль в быстрой нх деполимернзацнн, наблюдаемой на полюсах веретена деления во время митоза и мейоза. Возможно, катании также участвует в высвобождении и деполимеризации микротрубочек в пролиферирующих клетках в интерфазе и в постмитотических клетках, например нейронах. В отличие от расщепления микротрубочек катанином, требуюгцего ЛТР, рас щепление актиновых филамептов происходит без дополнительных источников энергии.
Большинство актин расщепляющих белков принад.лежит суперсезгейству гельзолина, представители которого активируются высокой концентрацией цито плазматического Саз". )ельзолин несет субдомены, связывающие два различных сайта на субъединице актина, один из которых располагается на поверхности филамента, а другой обычно спрятан в продольной связи между субъединицами протофиламента.
Согласно одной из моделей гельзолинового расщепления гель золин связывается с актиновым филаментом и ждет, пока тепловые флуктуации не создадут небольшую щель между соседними субъединицами протофиламента, после чего белок встраивает свой субдомен в щель, расщепляя фнламент. 16,2.7. Белки, свлэывающиесл вдоль филаалентов, ааогут ик либо стабилизировать, либо дестабилизировать После образования филамента путем нуклеации и удлинения за счет прн соединения субъединиц, набор белков, связывающихся вдоль филамента, может изменить его стабильность и механические свойства.
Различные ассоциированные с филаментами белки используют энергию связывания для увеличения или уменьшения свободной энергии полимера и, следовательно, дестабилизируют или стаби лизнруют полимер. Белки, связывающиеся вдоль микротрубочек, носят общее название ассоциированных с мнкротрубочками белков (МтсгогиЬи(е аззостагег1 Ргогетт, МАР). 153бт, Часть т)г) Внутренняя организацйя клетки Как и токсин таксол, МАР могут стабилизировать микротрубочки и препятство вать их разборке. Некоторые МАР также способны опосредовать взаимодействие микротрубочек с другими компонентами клетки.
Таких белков много в нейронах, где стабилизированные пучки микротрубочек образуют выходящую из тела клетки сердцевину аксонов и дендритов (рнс. 16АО). Эти МАР несут по крайней мере один домен, связывающий поверхнгкть микротрубочек, и один домен, выступакнций наружу. Исследования генетически модифицированных клеток, синтезирующих избыток МАР, показали, что длина выступающего домена определяет, насколько плогно упакоттывакпся покрытые МАР микротрубочки. При оверэкспрессии белка МАР2, несущего длинный вьгстуиактщий домен, оГтразукттся пучки стабильных микротруГючек, расположенных на относительно большом расстоянии друг друга. С другой стороны, при оверэкспрессии тау белка, белка МАР с более коротким выстугтающим доменом, образуются пучки блпзкорасположенных микротрубочек (рис. 16.41).
Связывающийся с микротрубочками тау белок также способен регу лировать зависимый от молекулярных моторов транспорт мембранных органелл (мы оГкудим этот вопрос позже). МАР служат мишенями для нескольких протеинкиназ, и их фосфорилирование играет клкгчевую роль в регуляции их активности и внутриклеточной локализации. Одними из наиболее важных протеинкиназ, регулирующих МАР, являкттся киназы, включающнеся и выкчкгчающиеся по мере прохождения клеткой клеточного цикла (см.
главу 17). В частности, активность МАР регулирует изменение динамики микротрубочек, происходяп)ее во время перестройки микротрубочкового цитоске лета клетки при образовании митотического веретена деления перед расхождением хромосом (см. Рис. 16.2). 1!омимо связывания по длине микротрубочек, при дгтстаточно высокой когщентра ции тау белок образует собственные спиральные филаменты. Цитоплазма нервных кле ток мозга лктдейт с болезнькт Альцт еймера содержит крупные агрегаты тау филаментов, носящие название нейрофибриллярных клубков.
Неясно, являются ли эти скопления тау белка причиной или следспшем связанной с за болеванием нейродегенерации. Актиновые филаменты также регулируются связыванием дополнительных белков. В болыпинстве клеток определенные актиновые филаменты стабилизируя>тся за счет связывания тропомиози нй, длинного белка, скрепляктщего семь соседних актнновых субъединиц протофиламента. Связывание тропомиозина вдоль актинового филамента способно Рис. 16.40. Локализация МАР в аксонах и дендритах нейрона. На данной иммунофлуоресцентной микрофотографии показано распределение тау-белка )зеленый) и МАР2 )оранжевый) в гиппокампальном нейроне в культуре. Если окрашивание таубелка обнаружено только в а ясоне )у данного нейрона длинном и разветвленном), то окраш иван не МАР2 найдено только в теле клетки и в дендритах. Использованное здесь для обнаружения тау-белкаантителосвязываеттолько нефосфорилированныйтау; фосфорили рова нный тау-белок также присутствует в дендр игах.
(С любезного разрешения 3агпез УУ. Мапдей и багу А. Вап)тес) 10 мкм 16,2, Какклетки регулируют свои цитлскелетные филамеиты )537 микротрубочка михротрубочка у-белок а) 25 нм в) г) ЗОО нм Рис. 16.41. Влияние МАР на пучки микротрубочек. о) МАР2 одним концом связывается вдоль решетки микротрубочки. На другом конце МАР2 расположен второй связывающий микротрубочки домен, отделенный от первого длинным к плечом з. 6) Тау-белок связывает микротрубочк и одновременно своими и- и С-концами, образуя короткую выступающую петлю.
е) Электронная микрофотография поперечного среза пучка микротрубочек в клетке, оверзкспрессирующей МАР2. Регулярная упаковка микротрубочек (МТ) является результатом постоянной длины выступающих «плечейз белка МАР2. г) Сходный поперечный срез пучка микротрубочек в клетке, оверзкспрессирующей тау-белок.
Здесь микротрубочки расположены ближе друг к другу, чем на (в), поскольку утку-белка выступающий участок относительно невелик. (в и а из ч. сьеп ет а1., Агогиге 360: 674-647, 1992. с любезного разрешения маспябап Рцы1з(зегз(оь) предотвратить его взаимодействие с другими белками; по этой причине регуляция свя зывания тропомиозина является важным этапом сокращения мышцы (см. Рис.
! 8.78). Другим важным белком, связывающим актиновые филаменты и присут ствуюшим во всех эукариотических клетках, является ког)тилин. Кофилин, также нжзываемый фикторол г)еполимеризгтг(гги актина, дестабилизирует филаменты и связывается с актином как в филаменте, так и в свободной форме. Связывание кофилина с филаментом приводит к более плотному закручиванию филамента (рис. (6.62). Возникающее механическое напряжение ослабляет контакты между актиновыми субьединицами и делает филамент более хрупким, в результате чего он легче разрушается под действием теплового движения. Более того, связывание кофилина облегчает диссоциацию АРР актиновой субъединицы с минус-конца филамента, что также ускоряет разборку актиновых филаментов.
В результате большинство актиновых филамеитов в живых клетках имеют меньшее время жизни, чем филаменты, образованные из чистого актина в пробирке. Связывание тропо миозина за|цищает актиновые филаменты от действия кофилина. Кофилин предпочтительнее связывается с А(7Р содержащими филаментами, чем с АТР содержащими. Поскольку гидролиз АТР обычно протекает медленнее, а) тактиновый'г(зийаешп 74 нм 57 нм Рис. 16.41. Вызванное кофилином закручивание антиповых филаментов.
о) Трехмерная реконструкция криоэлектронных микрофотографий филаментов, состоящих исключительно из актина. Показана длина двух витков актиновой спирали. б) Реконструкция покрытого кофилином актинового филамента. Кофилнн связывается с антиповыми субъединицами в филаменте в соотношении 1: 1. По сравнению с актином (43 кДа) кофилин — зто маленький белок (14 кДа), поэтому филамент кажется не намного толще.
Энергия связывания кофилина используется для деформации решетки антипового филамента и уменьшения длины витков спирали. (Из А. мсбоовь ет а(., 1 сербю/. 138: 771-781, 1997. с любезного разрешения издательства Тпе Восэе(ейег Пп!чегяту Ргеэв) чем сборка филаментов, самые новые филаменты в клетке содержат АТР и устой чивы к кофилиновой деполнмернзации. Таким образом, кофилин эффективно разрушает старые филаменты, обеспечивая быстрый круговорот актина. Как мы обсудим далее, кофилин.опосредованная разборка старых, а не новых актиновых филаментов играет ключевую роль в полярном направленном росте актиновой сети при олнонаправленном лвижении клеток. ') 6.2.8. Белки, взаимодействукззцие с концами филаментов, способны значительно влиять на их динамику Как мы только что видели, белки, связывающиеся вдоль филаментов, способ ны изменять их динамическое поведение.
Однако для достижения максимального эффекта зачастую этн белки должны полностьк> покрывать филамент, т.е. они должны солержаться в довольно высокой стехиометрии (напрнмер, около одного тропомиозина на семь актиновых субъединиц, один тау-белок на четыре тубулино вые субьединицы или по одному кофилину на каждую актиновую субъединицу). С другой стороны, белки, связывающие в основном концы филаментов, способны значительно изменять динамику филаментов, присутствуя даже в низких концен трациях. Поскольку добавление и потеря субъединиц происходят преимущественно на концах филаментов, одной молекулы такого белка на актиновый филамент (обычно одна на примерно 200 — 500 актиновых мономеров) бывает достаточно лля изменения архитектуры сети актиновых филаментов.
Как указано вьппе, актиновые филаменты, рост которых остановился и которые специфически не стабилизированы, могут быстро деполимеризоваться: они могут терять субьединицы как с минус, так и с плюс концов, если молекулы актина на конце гидролизовали свой АТР и перешли в з) форму. Однако самые быстрые изменения происходят на плюс-конце. Связывание с ним кзпируюи4сго белка ста- 16.2.
как клетки ретулиру)етсйоицктоскелетные фила)кента) 1539 билизирует и инактивирует плюс конец, что значительно снижаег скорости ргкта и деполимеризации филамента (рис. 16АЗ). В самом деле, болыпинство актиновых филаментов в клетке на плюс. конце несут кэпируклцие белки, например СирУ (названный так потому, что он содержится в мышечных У дисках, смотри ниже; также его называют кэпирующим белком). На минус конце актиновый филамент может быть кэпирован за счет сохранения связи с комплексом АКР, отвечавшим за его нуклеацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
