ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Актин и актин-связывающие белки из "Цитоскелет Архитектура и хореография клетки" Мономер актина (G -актин, 42 кДа) — глобулярный белок, имеющий участки связывания двухвалентных катионов и нуклеотидов. В физиологических условиях эти участки заняты магнием и АТР. Полимеризация актина представляет собой многостадийный процесс, и для того, чтобы понять действие на нее актин-связывающих белков, нужно учитывать всю ее сложность [5]. Полимери-зация представлена схематически на рис. 2.1. В результате полимеризации образуются филаменты (F-актин). [c.10] Таким образом, при полимеризации актина может в принципе иметь мейто несколько разных процессов образование затравок (нуклеация), добавление мономеров к концам филаментов (элонгация), диссоциация мономеров на концах, фрагментация филаментов и их стыковка. К сожалению, когда в растворе актина идет полимеризация, большинство этих процессов протекает одновременно. Кроме того, каждый акт фрагментации филаментов приводит к образованию новых свободных концов, которые ведут себя как затравки. Поэтому для детального анализа какого-либо одного процесса необходимо тем или иным способом воздействовать на ход полимеризации, чтобы дискриминировать различные ее аспекты. [c.11] Выбор метода для оценки полимеризации также влияет на то, какая из ее сторон будет доступна изучению. Например, вязкость зависит от длины филаментов, но не от скорости обмена их субъединиц на концах. Тушение флуоресценции Нечувствительно к длине филаментов и потому может быть мерой доли актина, включившегося в состав филаментов, но оно зависит от того. [c.11] Есть пять основных мест, где может быть приложено действие актин-связывающих белков. Они могут связываться с мономером актина с зао.стренным , или медленно растущим, концом филамента с оперенным , или быстро растущим, концом с боковой поверхностью филамента и наконец, сразу с двумя филаментами, образуя поперечную сшивку между ними (рис. 2.1). В дополнение к пяти указанным типам взаимодействия актин-связывающие белки могут быть чувствительны или нечувствительны к кальцию. При таком разнообразии возможностей вряд ли покажется удивительным, что было обнаружено множество актин-связывающих белков и что некоторые из них способны к нескольким типам взаимодействия. [c.12] Четвертый тип связывания с актиновыми филаментами — это связывание с их боковой поверхностью без последующего сшивания их друг с другом. Присоединение белков к поверхности может как стабилизировать, так и дестабилизировать филаменты. Тропомиозин связывается нечувствительным к кальцию образом и стабилизирует Р-актин [5], тогда как северин и виллин, связываясь с актиновыми филаментами, разрезают их в присутствии кальция 5, 8]. [c.14] В большинстве исследованных типов клеток. Мол. масса р-субъединицы спектрина из эритроцитов — 220 кДа. В комплексе с белком с мол. массой 240 кДа, реагирующим с антителами против а-спектрина, в клетках может обнаруживаться, однако, и субъединица с мол. массой 260 кДа (найдена в терминальной сети) или, например, 235 кДа (найдена в нервных клетках и клетках других типов). Эти родственные, дающие перекрестную иммунологическую реакцию комплексы были описаны сначала как самостоятельные белки и получили название ТШ260/240 и фодрина. Таким образом, подобно многим другим цитоскелетным белкам, белки семейства спектрина являются тканеспецифичными. То, что все эти белки содержат кальмодулин-связывающий домен, было установлено лишь недавно, и что из этого следует, еще предстоит понять. [c.16] Миозин — единственный из имеющих отношение к актину белков, способный генерировать механическую силу. Производимая им за счет АТР механическая работа лежит в основе мышечного сокращения и обеспечивает, как полагают, натяжение, развиваемое фиброблас-тами и другими клетками при контакте с внеклеточным матриксом. Взаимодействие миозина с актином очень сложно — настолько, что ему была посвящена отдельная книга в этой серии. Миозин производит работу путем циклического взаимодействия с актином. Миозин-А1)Р связывается с актиновыми филаментами, происходит изменение конформации миозина, сопровождающееся освобождением АВР, и затем АТР, если он есть в растворе, замещает освободившийся из миозина АВР и индуцирует отсоединение актиновых нитей от миозина. После гидролиза АТР может начаться следующий цикл. Кальций регулирует этот процесс в нескольких точках. В некоторых мышечных клетках он взаимодействует с тропо-нином, контролируя связывание тропомиозина с актином. Про такие клетки говорят, что в них регуляция осуществляется на уровне тонких нитей. В других мышцах кальций действует на молекулу миозина — либо прямо, либо активируя ферменты, фосфорилирующие ее легкие цепи. [c.16] В некоторых немышечных клетках кальций регулирует сокращение на уровне сборки миозиновых нитей. [c.17] Взаимосвязь между разными классами актин-связывающих белков становится яснее, если рассматривать ее с точки зрения теории гелей, предложенной Р1огу. Эта теория утверждает, что при достаточно большой вероятности сшивок между полимерами формируется сшитад трехмерная сеть. Тем самым предсказывается существование точки гелеобразования , в которой должен происходить резкий переход от раствора к гелю, отчасти сходный в математическом отношении с такими фазовыми переходами, как плавление и испарение дальнейшее увеличение количества сшивок — за точкой гелеобразования — должно приводить лишь к изменению-жесткости геля. Таким образом, белки, образующие поперечные сшивки, будут переводить вязкий раствор Р-актина в состояние геля, а те белки, которые разрушают филаменты или вызывают увеличение их числа, станут растворять гель путем снижения средней длины полимеров, не сопровождающегося возрастанием количества-сшивок гель растворится, когда плотность распределения сшивок упадет ниже уровня, определяемого точкой гелеобразования. Миозин может взаимодействовать с гелем и вызывать его сокращение. Теория гелей оказывается полезной при сопоставлении свойств актин-связывающих белков разных классов и при разработке методов исследования, их функций. Следует, однако, иметь в виду, что теория гелей рассматривает лишь изотропные структуры и сама по себе не учитывает топологических особенностей конкретных систем. Как станет ясно из. дальнейшего, топология цитоскелета является чрезвычайно важной его характеристикой, которую теория гелей предсказать пока не может. [c.17] Микротрубочки, подобно микрофиламентам, являют- Ся линейными полимерами. Они построены из молекул тубулина, представляющих собой аР-димеры. Как а-, так и р-тубулин имеют мол. массу около 55 кДа и могут содержать связанный GTP или GDP. В димере только тот нуклеотид, который связан р-тубулином, может обмениваться с GTP, присутствующим в растворе. Как и у. .актина, аминокислотная последовательность тубулина зысококонсервативна. Пептиды аир разошлись на ран- них этапах эволюции эукариот, и последующие изменения уже не были столь существенными [13]. [c.18] Полимеризация тубулина имеет много общего с полимеризацией актина. Молекулы соединяются и образует затравку, от которой в обе стороны начинается рост полимера, сопровождающийся гидролизом связанного луклеозидтрифосфата [13]. Критические концентрации полимеризации иа двух разных концах микротрубочки неодинаковы, что в принципе делает возможным проток молекул тубулина вдоль мйкротрубочки (в тех случаях, когда концентрация свободного тубулина в растворе лежит в интервале между критическими концентрациями для концов) [14]. Фрагментация и соединение конец в конец могут, как и в случае актиновых филаментов, изменять численную концентрацию концов микротрубочек в препарате, не влияя на количество молекул, входящих в состав полимера. [c.18] МОЖНО наблюдать образование нескольких разных полимерных форм тубулина, причем то, какие именно формы образуются, зависит от условий проведения полимеризации [13]. Полиморфизм продуктов полимеризации тубулина направил усилия исследователей на поиск факторов, способных стимулировать ее — зачастую в весьма нефизиологических условиях. В принципе тубулин-связывающие белки можно было бы классифицировать так же, как Мы классифицировали актин-связывающие белки, т. е. по способности присоединяться к свободным молекулам тубулина, быстро растущему и медленно растущему концам микротрубочек и их боковой поверхности. Однако по причинам исторического характера большинство ассоциированных с микротрубочками белко излучалось либо с точки зрения их сополимеризации с тубулином, либо с точки зрения их способности стимулировать сборку микротрубочек. Как уже говорилось ранее по поводу микрофиламентов, то, что мы называем полимеризацией, складывается из нуклеации, элонгации фрагментации и стыковки, и на каждый из перечисленных процессов при сборке микротрубочек могут влиять тубулин-связывающие белки. К этому надо добавить что, поскольку затравки для сборки микротрубочек, больше тех, какие нужны для сборки микрофиламентов,. нуклеация при полимеризации тубулина особенно чувствительна к его концентрации. Действие всякого фактора, стабилизирующего затравки, будет проявляться главным образом в стимуляции нуклеации — независимо от того, является ли это его функцией in vivo. Имея все это в виду, перейдем к обсуждению ассоциированных с микротрубочками белков по отдельности. [c.19] Одну группу БАМ составляют белки с высокой мол. массой (от 290 до 350 кДа), их присутствие характерно для микротрубочек головного мозга [15]. В другую группу входят белки с мол. массой между 55 и 70 кДа, обозначаемые буквой т [16, 17]. БАМ высокой мол. массы, и т-БАМ первоначально были описаны как белки, стимулирующие полимеризацию. Внешний -ВИД микротрубочек, декорированных БАМ той или другой группы, И локализация этих белков в клетке говорят о том, что как БАМ высокой мол. массы, так и т-БАМ связываются с боковой поверхностью микротрубочек. Их стимулирующее влияние на полимеризацию обусловлено, по-видимому, стимуляцией нуклеации —. аналогично, надо думать, белкам, которые связываются с боковой поверхностью актиновых филаментов. На мнк-ротрубочках, декорированных БАМ высокой мол. массы, видны боковые выросты ( ручки ), из-за чего эти микротрубочки выглядят опушенными. Боковые ручки могут контактировать с секреторными гранулами АТР вызывает открепление гранул [18]. [c.20] В препаратах микротрубочек, очищенных различными методами, присутствует сАМР-зависимая протеинки-лаза. Эта киназа ассоциирована с БАМ-2 в присутствии сАМР и АТР она может фосфорилировать как БАМ-2, так и т-БАМ [20]. Фосфорилирование этих белков, возможно, усиливает их стабилизирующее действие на микротрубочки или стимулирует их связывание с микротрубочками. [c.21] БАМ высокой мол. массы — БАМ-1 ( — 350 кДа) и -БАМ-2 ( 270 кДа) — дают при электрофорезе в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия гетерогенную картину. БАМ-2 разделяется на два компонента, а БАМ-1 состоит по меньшей мере из трех жомпонентов. БАМ-1 содержит также полипептиды меньшего размера (называемые легкими цепями 1 и 2), которые имеют мол. массу приблизительно 30 и 28 кДа и присутствуют в соотношении 1 1. БАМ-1 распространен, по-видимому, более широко, чем БАМ-2 он обнаруживается как на микротрубочках интерфазных клеток, так и в митотическом веретене [21]. [c.21] В отличие от актиновых филаментов, микротрубочки не образуют в клетке геля. Действие тубулин-связываю-щих белков проявляется главным образом в стабилизации микротрубочек и в образовании поперечных сшивок, соединяющих микротрубочки друг с другом, а также с промежуточными филаментами и субклеточными органеллами, такими как секреторные гранулы. Изучение свойств этих белков, за исключением динеина и БАМ-2,, находится еще в зачаточном состоянии. [c.22] Вернуться к основной статье