В клеточной биологии белки , ассоциированные с микротрубочками ( MAP ), представляют собой белки, которые взаимодействуют с микротрубочками клеточного цитоскелета . MAP являются неотъемлемой частью стабильности клетки и ее внутренних структур, а также транспорта компонентов внутри клетки.
MAP связываются с субъединицами тубулина , которые составляют микротрубочки, и регулируют их стабильность. Большое разнообразие MAP было идентифицировано во многих различных типах клеток , и было обнаружено, что они выполняют широкий спектр функций. К ним относятся как стабилизация, так и дестабилизация микротрубочек, направление микротрубочек к определенным местам в клетке, сшивание микротрубочек и обеспечение взаимодействий микротрубочек с другими белками в клетке. [1]
Внутри клетки MAP связываются непосредственно с димерами тубулина микротрубочек. Это связывание может происходить как с полимеризованным , так и с деполимеризованным тубулином и в большинстве случаев приводит к стабилизации структуры микротрубочек, дополнительно стимулируя полимеризацию. Обычно с тубулином взаимодействует С-концевой домен MAP, тогда как N-концевой домен может связываться с клеточными везикулами, промежуточными филаментами или другими микротрубочками. Связывание MAP с микротрубочками регулируется посредством фосфорилирования MAP . Это достигается за счет функции белка киназы, регулирующей сродство к микротрубочкам (MARK) . Фосфорилирование MAP с помощью MARK приводит к отсоединению MAP от любых связанных микротрубочек. [2] Это отслоение обычно связано с дестабилизацией микротрубочки, вызывающей ее разрушение. Таким образом, стабилизация микротрубочек с помощью MAP регулируется внутри клетки посредством фосфорилирования.
MAP были разделены на несколько различных категорий и подкатегорий. Существуют «структурные» MAP, которые связываются вдоль микротрубочек, и «+TIP» MAP, которые связываются с растущим концом микротрубочек. Структурные MAP были разделены на семейства MAP1, MAP2, MAP4 и Tau. +СОВЕТ MAP — это моторные белки, такие как кинезин , динеин и другие MAP.
MAP1a ( MAP1A ) и MAP1b ( MAP1B ) являются двумя основными членами семейства MAP1. Эти два белка имеют высокую молекулярную массу. Они связываются с микротрубочками посредством взаимодействия зарядов, механизм которого отличается от многих других MAP. В то время как C-концы этих MAP связываются с микротрубочками, N-концы связываются с другими частями цитоскелета или плазматической мембраны , контролируя расстояние между микротрубочками внутри клетки. Члены семейства MAP1 обнаруживаются в аксонах и дендритах нервных клеток .
Другим членом этого семейства является MAP1S , имеющий низкую молекулярную массу. Было обнаружено, что MAP1S регулирует деление клеток и их гибель [1].
Семейство MAP2 участвует в развитии нейронов, в основном присутствует на ранних стадиях формирования аксонов, а затем исчезает. Однако они существуют и в зрелых дендритах. Различные формы MAP2 образуются в результате разных посттрансляционных модификаций мРНК.
Ранее считалось, что MAP4 не существует в нейрональной ткани, однако MAP-SP был обнаружен в некоторых тканях мозга млекопитающих. MAP4 не ограничивается только нервными клетками, его можно обнаружить практически во всех типах клеток.
В основном связано с отклонениями, которые приводят к нейродегенеративным заболеваниям . Тау-белки стабилизируют микротрубочки и, таким образом, смещают кинетику реакции в пользу добавления новых субъединиц, ускоряя рост микротрубочек. Тау имеет дополнительную функцию облегчения объединения микротрубочек внутри нервной клетки. Функция тау связана с неврологическим состоянием болезни Альцгеймера. В нервной ткани пациентов с болезнью Альцгеймера тау образует аномальные агрегаты. Этот агрегированный тау часто сильно модифицируется, чаще всего за счет гиперфосфорилирования. Как описано выше, фосфорилирование MAP приводит к их отделению от микротрубочек. Таким образом, гиперфосфорилирование тау приводит к массивному отслоению, что, в свою очередь, значительно снижает стабильность микротрубочек в нервных клетках.[9] Это увеличение нестабильности микротрубочек может быть одной из основных причин симптомов болезни Альцгеймера.
MAP типа II обнаруживаются исключительно в нервных клетках млекопитающих. Это наиболее изученные MAP — MAP2 и тау ( MAPT ) — которые участвуют в определении структуры различных частей нервных клеток, при этом MAP2 обнаруживается преимущественно в дендритах, а тау — в аксоне. Эти белки имеют консервативный С-концевой домен , связывающий микротрубочки, и вариабельные N-концевые домены, выступающие наружу, вероятно, взаимодействующие с другими белками. MAP2 и тау стабилизируют микротрубочки и, таким образом, смещают кинетику реакции в пользу добавления новых субъединиц, ускоряя рост микротрубочек. Было показано, что и MAP2, и тау стабилизируют микротрубочки путем связывания с внешней поверхностью протофиламентов микротрубочек. [3] Единственное исследование показало, что MAP2 и тау связываются на внутренней поверхности микротрубочек в том же месте в мономерах тубулина, что и препарат Таксол , который используется при лечении рака, [4] , но это исследование не было подтверждено. MAP2 связывается кооперативным образом, при этом многие белки MAP2 связываются с одной микротрубочкой, способствуя стабилизации. Тау имеет дополнительную функцию облегчения объединения микротрубочек внутри нервной клетки. [5]
Функция тау связана с неврологическим состоянием болезни Альцгеймера . В нервной ткани пациентов с болезнью Альцгеймера тау образует аномальные агрегаты. Этот агрегированный тау часто сильно модифицируется, чаще всего за счет гиперфосфорилирования. Как описано выше, фосфорилирование MAP приводит к их отделению от микротрубочек. Таким образом, гиперфосфорилирование тау приводит к массивному отслоению, что, в свою очередь, значительно снижает стабильность микротрубочек в нервных клетках. [6] Это увеличение нестабильности микротрубочек может быть одной из основных причин симптомов болезни Альцгеймера.
В отличие от MAP, описанных выше, MAP4 ( MAP4 ) не ограничивается только нервными клетками, а может быть обнаружен практически во всех типах клеток. Подобно MAP2 и тау, MAP4 отвечает за стабилизацию микротрубочек. [7] MAP4 также связан с процессом деления клеток. [8]
Помимо классических групп MAP, были идентифицированы новые MAP, которые связывают длину микротрубочек. К ним относятся STOP (также известный как MAP6) и энконсин (также известный как MAP7).
Кроме того, были идентифицированы белки, отслеживающие плюс-концы, которые связываются с самым кончиком растущих микротрубочек. К ним относятся EB1 , EB2 , EB3 , p150Glued , Dynamitin , Lis1 , CLIP170 , CLIP115 , CLASP1 и CLASP2 .
Другой MAP, функция которого была исследована во время деления клеток, известен как XMAP215 («X» означает Xenopus ). XMAP215 обычно связан со стабилизацией микротрубочек. Во время митоза динамическая нестабильность микротрубочек возрастает примерно в десять раз. Частично это связано с фосфорилированием XMAP215, что делает катастрофы (быструю деполимеризацию микротрубочек) более вероятными. Таким образом, фосфорилирование MAP играет роль в митозе.
Существует множество других белков, влияющих на поведение микротрубочек, таких как катастрофин , который дестабилизирует микротрубочки, катанин , который их разрывает, и ряд моторных белков, транспортирующих по ним пузырьки. Некоторые моторные белки первоначально обозначались как MAP, прежде чем было обнаружено, что они используют гидролиз АТФ для транспортировки грузов. В общем, все эти белки не считаются «MAP», поскольку они не связываются напрямую с мономерами тубулина, что является определяющей характеристикой MAP. MAP связываются непосредственно с микротрубочками, стабилизируя или дестабилизируя их, и связывая их с различными клеточными компонентами, включая другие микротрубочки.