Кіріспе
Молекулалық биологияда тубулин – микротубульдерді құрайтын шар тәрізді ақуыздардың суперотбасы немесе осы суперотбасының мүшелерінің бірі. α және β тубулиндер еукариот цитоскелетінің маңызды құрамы – микротубульдерге полимерленеді. Микротубульдер митозды қоса алғанда, көптеген маңызды жасушалық процестерде қатысады. Тубулинмен байланысатын дәрілер ДНК-ны бөлуге қажетті микротубульдердің динамикасын тежеу арқылы қатерлі жасушаларды жояды, бұл жасуша бөлінуіне кедергі келтіреді. Эукариоттарда тубулин суперотбасының алты мүшесі бар, бірақ олардың барлығы әр түрде кездеспейді. α және β тубулиндердің массасы шамамен 50 кДа, ал актиннің массасы (шамамен 42 кДа) одан ұқсас. Алайда, тубулин полимерлері (микротубульдер) цилиндрлі құрылысының арқасында актин талшықтарынан әлдеқайда ірі болады. Бұрын тубулин тек эукариоттарға тән деп есептелген. Бірақ, соңғы зерттеулерде бірнеше прокариоттық ақуыздардың тубулинмен байланысты екені анықталды.
Tubulin in molecular biology can refer either to the tubulin protein superfamily of globular proteins, or one of the member proteins of that superfamily. α and β tubulins polymerize into microtubules, a major component of the eukaryotic cytoskeleton. Microtubules function in many essential cellular processes, including mitosis. Tubulin binding drugs kill cancerous cells by inhibiting microtubule dynamics, which are required for DNA segregation and therefore cell division. In eukaryotes, there are six members of the tubulin superfamily, although not all are present in all species. Both α and β tubulins have a mass of around 50 kDa and are thus in a similar range compared to actin (with a mass of ~42 kDa). In contrast, tubulin polymers (microtubules) tend to be much bigger than actin filaments due to their cylindrical nature. Tubulin was long thought to be specific to eukaryotes. More recently, however, several prokaryotic proteins have been shown to be related to tubulin.
Микротубульдер
α және β тубулиндер динамикалық микротубульдерге полимерленеді. Эукариоттарда микротубульдер цитоскелеттің негізгі компоненттерінің бірі болып табылады және құрылымдық қолдау, жасушаішілік тасымалдау және ДНК сегрегациясы сияқты көптеген процестерде қатысады. Микротубульдер α және β тубулиннің димерлерінен құралады. Бұл субъединицалар сәл қышқыл, изоэлектрлік нүктесі 5,2-ден 5,8-ге дейін. Әрқайсысының молекулалық салмағы шамамен 50 кДа. Микротубульдерді құру үшін α және β тубулиннің димерлері GTP-ге байланысып, GTP байланысқан күйде микротубульдердің (+) ұштарына жиналады. β тубулин субъединицасы микротубульдің плюс жағында, ал α тубулин субъединицасы минус жағында көрінеді. Димер микротубульге енгеннен кейін, β тубулин субъединицасына байланысқан GTP молекуласы микротубуль протофиламенті бойындағы димерлік байланыстар арқылы GDP-ге гидролизденеді. α тубулин субъединицасына байланысқан GTP молекуласы бүкіл процесс кезеңінде гидролизденбейді. Тубулин димерінің β тубулин бөлігінің GTP немесе GDP-ге байланысуы микротубульдегі димердің тұрақтылығына әсер етеді. GTP байланысқан димерлер микротубульдерге жиналады, ал GDP байланысқан димерлер ыдырайды; осылайша, бұл GTP циклі микротубульдің динамикалық тұрақсыздығы үшін маңызды.
Бактериялық микротүтіктер
А және β тубулинінің гомологтары Prosthecobacter бактериясының туысында анықталды. Құрылымдық тұрғыдан эукариоттық тубулиндерге өте ұқсас болғанымен, олардың бірнеше ерекше қасиеттері бар, соның ішінде шаперонсыз дұрыс бүктелу және нашар димеризация. Криогендік электронды микроскопия BtubA/B in vivo микротубулалар құрайтынын көрсетті және бұл микротубулалар эукариоттық микротубулалардан өзгеше, тек бес протофиламенттен тұрады деген жорамалды ұсынды, ал эукариоттық микротубулалар әдетте 13 протофиламенттен тұрады.
Прокариоттар бөлінісі
FtsZ барлық бактериялар мен археяларда кездеседі, онда ол жасушаның бөлінуіне қатысады, бөлініп жатқан жасушаның ортасындағы сақинаға орналасып, дивизоманың басқа компоненттерін – жасуша қабығын қысып, екі жаңа жасушаны бөліп шығаруға қатысатын ақуыз тобын тартады. FtsZ in vitro жағдайларында түтікшелерге, қабаттарға және сақиналарға полимерленеді, ал in vivo динамикалық жіпшелер құрайды. TubZ бактериялық жасушалар бөліну кезінде аз көшірмелі плазмидаларды бөлуге қатысады. Бұл ақуыз тубулинге ұқсас емес, ерекше құрылымға ие; екі спиральды жіпше бір-біріне оралады. Бұл құрылым осы қызмет үшін ең тиімді болуы мүмкін, себебі плазмидаларды бөлуге қатысатын ParM ақуызы да ұқсас құрылымға ие.
Ұяшықтың пішіні
CetZ плеоморфты галоархеяларда клетка пішінінің өзгеруіне қатысады. Haloferax volcanii-де CetZ жүзуге қабілетті таяқша тәрізді пішінге айналу үшін қажетті динамикалық цитоскелеттік құрылымдарды құрайды, бұл пластина тәрізді жасуша пішінінен дифференциациялану арқылы жүзеге асырылады.
Эукариоттық
Тубулин суперотбасы алты туыс топты қамтиды (альфа (α), бета (β), гамма (γ), дельта (δ), эпсилон (ε) және зета (ζ) тубулиндері).
ζ-тубулин
Зета-тубулин көптеген эукариоттарда кездеседі, бірақ кейбіреулерінде, оның ішінде плаценталық сүтқоректілерде жоқ. Көп кірпікшелі эпителий жасушаларындағы центриольдердің базальды табанының құрылымымен байланысты екені көрсетілген.
FtsZ
Көптеген бактериялық және эвриархеотальды жасушалар бинарлық бөліну арқылы бөліну үшін FtsZ-ді пайдаланады. Барлық хлоропластар және кейбір митохондриялар, екеуі де бактериялардың эндосимбиозынан пайда болған органеллалар, сондай-ақ FtsZ-ді қолданады. Бұл алғашқы анықталған прокариоттық цитоскелеттік ақуыз болды.
TubZ
TubZ (; pBt156) Bacillus thuringiensis-те плазмиданы ұстау үшін қажетті екені анықталды.
CetZ
CetZ метаномикробиялар мен галобактериялардың эуриархеялық тармақтарында табылады, онда ол жасуша пішінінің дифференциациясына қатысады.
Одинархеота тубулин
Гидротермиялық ортада тіршілік ететін Odinarchaeota (OdinTubulin) Asgard археяларының тубулині нағыз тубулин екені анықталды. OdinTubulin еукариоттық микротубульдерге ең ұқсас протомерлер мен протофиламенттерді құрайды, бірақ FtsZ-ге ұқсас сақина тәрізді жүйелерге жиналады, бұл OdinTubulin FtsZ және микротубуль құрастыратын тубулиндер арасындағы эволюциялық кезең болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Фармакология
Тубулиндер винбластин, винкристин және паклитаксел сияқты қатерлі ісікке қарсы препараттардың нысанасы болып табылады. Мекендей құрттарға қарсы мебендазол және альбендазол препараттары, сондай-ақ подаграға қарсы колхицин препараты тубулинге байланысып, микротүтіктердің қалыптасуын тежейді. Бұл препараттардың біріншісі құрттарда жасушалардың өліміне алып келсе, екіншісі нейтрофилдердің қозғалуын тоқтатады және адамдардағы қабынуды азайтады. Құрышқа қарсы гризеофулвин препараты микротүтіктердің қалыптасуына бағытталған және оны қатерлі ісікке қарсы емдеуде қолдануға болады.
Аудармадан кейінгі өзгерістер
Микротубулаларға енген кезде тубулин көптеген посттрансляциялық модификацияларды жинақтайды, олардың көпшілігі осы ақуыздарға ғана тән. Бұл модификацияларға детирозиндау, ацетилдену, полиглутамилдену, полиглицилдену, фосфорилдену, убиквитиндеу, сумоилдену және пальмитоилдену жатады. Тубулин сондай-ақ, мысалы, жедел жасуша зақымдану кезінде, тотығу модификациясына және агрегацияға бейім. Бүгінде кейбір микротубулалардағы ацетилдену, әсіресе α-тубулин N-ацетилтрансфераза (ATAT1) арқылы жүзеге асырылатын ацетилденуге қатысты көптеген ғылыми зерттеулер жүргізілуде, ол көптеген биологиялық және молекулалық функцияларда маңызды рөл атқарады және де, сондықтан ол көптеген адам ауруларымен, әсіресе неврологиялық аурулармен байланысты.