Кинезин 13: Механизмы деполимеризации микротрубочек и роль в митозе.

Введение

Семейство кинезинов 13 — это подсемейство моторных белков, известных как кинезины. Большинство кинезинов транспортируют материалы или груз внутри клетки, перемещаясь вдоль полимерных микротрубочек, используя энергию, высвобождающуюся при гидролизе АТФ.

Структура

Их легко идентифицировать по трем типичным структурным компонентам, включая высококонсервативный структурный домен, каталитическое ядро и участки связывания с микротрубочками. Семейство кинезинов 13, в отличие от других кинезинов, имеет моторный домен, расположенный внутри молекулы. Изначально они были названы KIF M из-за уникального расположения их каталитического ядра в середине полипептида между N-концевым глобулярным доменом и C-концевым стеблем, но они действительно особенны благодаря своей универсальности. Молекулярный механизм семейства кинезинов 13 изучен хуже, чем у других классов кинезинов, у которых моторные домены расположены на одном или другом конце молекулы. Они способны перемещаться как к минус-концу, так и к плюс-концу микротрубочек, в то время как большинство моторов однонаправленны. Таким образом, они могут каталитически деполимеризовать микротрубочку с обоих концов, что делает этот процесс очень эффективным. Точный механизм деполимеризации микротрубочек, активированной кинезином 13, остается неясным, однако недавние биохимические и структурные исследования выявили некоторые более детальные особенности, характерные для этого класса, что позволило исследователям сформулировать модель. Белок сначала контактирует с боковой стенкой микротрубочки. Это взаимодействие нестабильно, поскольку выпуклая поверхность каталитического ядра не соответствует плоской поверхности прямой протофиламента микротрубочки. Стерические препятствия между "шейкой" молекулы и соседним протофиламентом дополнительно препятствуют полному контакту между белком и микротрубочкой, способствуя лишь одномерной диффузии вдоль микротрубочки. В этот момент нуклеотидный связывающий карман белка находится в открытом состоянии, и структура не гидролизует АТФ. Как только мотор достигает конца микротрубочки, протофиламент спонтанно изгибается, позволяя мотору полностью контактировать с субъединицей тубулина. Больше молекул MCAK коллективно связываются с изогнутой областью, подтверждая теорию о том, что они не активно "отслаивают" микротрубочку, а терпеливо ждут, пока она примет эту изогнутую конформацию. Они стабилизируют изогнутую конформацию, связываясь с концом микротрубочки, а затем катализируют деполимеризацию.

They are easily identified by their three typical structural components including a highly conserved structural domain, catalytic core, and microtubule binding sites. The kinesin 13 family, unlike other kinesins, has an internally positioned motor domain. They were initially named KIF M because of the unique location of their catalytic core in the middle of the polypeptide between the N terminal globular domain and the C terminal stalk but they are truly special due to their versatile nature. The Kinesin 13 family's molecular mechanism is less understood than other classes of kinesins which have their motor domains at one end of the molecule or the other. They are capable of traveling to both the minus and plus ends of microtubules whereas most motors are unidirectional. Thus they can catalytically depolymerize a microtubule from both ends making it a very efficient process. The exact mechanism of Kinesin 13 activated microtubule depolymerization remains unclear, however, recent biochemical and structural studies revealed some more detailed class specific features enabling researchers to formulate a model.) The protein first contacts the side wall of a microtubule. This is not a stable interaction because the convex surface of the catalytic core does not fit to the flat surface of the straight microtubule protofilament. Steric hindrance between the molecule neck and adjacent protofilament further inhibits full contact between protein and the microtubule and only facilitates one dimensional diffusion along the microtubule. At this time, The protein's nucleotide binding pocket is trapped in an open state so that the structure is not hydrolyzing ATP. Once the motor reaches the end of the microtubule, the protofilament spontaneously curves itself allowing motor to make full contact with the tubulin subunit. More MCAK molecules collectively bind to the curved region supporting the theory that they do not actively peel away the microtubule but they wait patiently for it to adopt this curved conformation. They stabilize the curved conformation by binding to the end of the microtubule and then catalyze depolymerization.

Функции во время митоза

Основная функция митоза заключается в разделении реплицированных сестринских хроматид, что частично достигается во время анафазы А, когда "кинетохорные микротрубочки (или кМТ)", связывающие сестринские хроматиды с противоположными полюсами веретена деления, укорачиваются за счет деполимеризации, оказывая силы на хроматиды и тянущие их к полюсам. В Drosophila имеются данные о том, что сестринские хроматиды перемещаются к противоположным полюсам веретена деления посредством "механизма потока пакмана, зависимого от кинезина 13", в котором одна изоформа кинезина 13, KLP59c, локализованная в кинетохорах, облегчает деполимеризацию конца кМТ, обращенного к хроматиде (пакман), а вторая изоформа кинезина 13, KLP10A, локализованная на полюсах веретена деления, облегчает деполимеризацию противоположного конца кМТ, обращенного к полюсам (поток).