Тубулиновые микротрубочки, к.ф.-м.н. Н.Б. Гудимчук

• Доклад посвящен тубулиновым микротрубочкам и их динамической нестабильности.  

• Работа выполнена двумя командами: выпускниками физфака и американскими микроскопистами.  

• Микротрубочки состоят из белка тубулина и являются одним из трех элементов внутреннего скелета клетки.  

• Микротрубочки объединяются в протофиламенты, которые формируют цилиндрическую структуру.  

• Микротрубочки динамически нестабильны и могут испытывать осцилляции длины.  

• В очищенной системе и в клетке микротрубочки активно растут и укорачиваются.  

• Модель связывает конформацию тубулина с присутствием ГТФ.  

• ГТФ-тубулины встраиваются в микротрубочки, а ГДФ-тубулины изгибаются.  

• Потеря ГТФ-шапочки приводит к релаксации тубулинов и выходу протофиламентов наружу.  

• Микротрубочки формируют биполярную структуру во время клеточного деления.  

• Они взаимодействуют с хромосомами через кинетохоры, обеспечивая их перемещение.  

• Ошибки в делении клеток редки, в основном деление происходит правильно.  

• Микротрубочки могут развивать силы без моторных белков.  

• При полимеризации микротрубочки могут отталкиваться от плазматической мембраны.  

• Деполимеризующиеся микротрубочки также могут развивать силы, перемещая хромосомы.  

• Предложено существование сопрягающего устройства на конце микротрубочки.  

• Модель направленной диффузии предполагает одномерное скольжение кольца вдоль микротрубочки.  

• Гипотеза конформационной волны предсказывает более существенные силы, развиваемые микротрубочкой.  

• Первая попытка измерить силы экспериментально была совершена давно.  

• Использовались тонкие иглы для измерения малых сил, включая силы перемещения хромосом.  

• Микротрубочки могут развивать значительные силы, порядка одного нано-ньютона.  

• Для более точного измерения сил микротрубочек был создан очищенный препарат тубулинов.  

• В 2005 году с помощью оптической ловушки измерили силу одной деполимеризующейся микротрубочки.  

• Получили сигнал порядка половины нано-ньютона, что подтвердило важность микротрубочек в клеточном делении.  

• Неравенство плеч сил в системе ловушки уменьшало измеряемую силу.  

• Открытие белка DMP1 позволило собрать силу со всех протофиламентов, что увеличило измеряемую силу в шесть раз.  

• В эксперименте с DMP1 сила одной микротрубочки достигла 30 нано-ньютонов.  

• Вопрос о том, как хромосома остается закрепленной за микротрубочку во время ее полимеризации.  

• Модели растущих микротрубочек показали, что их концы могут быть изогнутыми.  

• Эксперименты с криоэлектронной томографией подтвердили изогнутые концы микротрубочек.  

• Построена компьютерная модель микротрубочки на основе метода бромовской динамики.  

• Модель учитывает взаимодействие тубулинов и изгибные потенциалы.  

• Проведено численное решение уравнения движения для каждого тубулина, что позволило понять механизм роста микротрубочек.  

• Рассчитаны равновесные конфигурации протофиламента при давлении.  

• Максимальная сила, которую может выдержать протофиламент, линейно зависит от жесткости.  

• Жесткость протофиламента около 50 ккал/моль*рад^2 обеспечивает силы порядка 2 пН.  

• Протофиламенты соединяются потенциалами боковых связей.  

• Микротрубочка растет за счет термических флуктуаций и изогнутых протофиламентов.  

• Жесткость протофиламента не лимитирует скорость сборки, а зависит от вероятности прихода новых тубулинов.  

• Модель воспроизводит зависимость скорости сборки от концентрации тубулина.  

• Микротрубочка слишком чувствительна к энергии боковой связи.  

• Модель не может развивать существенную силу из-за дем-кольца.  

• Введение активационного барьера улучшает поведение модели.  

• Модель предсказывает одинаковую длину изогнутых протофиламентов при разных концентрациях тубулина.  

• Микротрубочка развивает силы до 3 пН при действии мембраны.  

• Дем-кольцо закрепляется на изогнутом конце микротрубочки.  

• Механизм сопряжения позволяет ускорять сборку микротрубочки под действием силы.  

• Это может объяснить синхронизацию микротрубочек при митозе.  

• Новый механизм сборки микротрубочек объясняет их силы и синхронизацию.  

• Остаются нерешенные проблемы, такие как устройство кинетохора млекопитающих.  

• Важность белков и их роль в динамике микротрубочек в клетке.  

• Тубулиновый код и его влияние на свойства микротрубочек.  

• Создание иерархической модели для предсказания свойств микротрубочек.  

• Влияние точечных мутаций и низкомолекулярных ингибиторов на динамику микротрубочек.