Множество жизненно важных процессов в клетке выполняются особыми белковыми структурами – тубулиновыми микротрубочками. Среди них внутриклеточный транспорт, поддержание формы клетки, внутренняя организация органелл, клеточное деление, миграция, поляризация, движение жгутиков и ресничек и другие.  Микротрубочки обладают важной, но до конца не разгаданной способностью удлиняться и укорачиваться, благодаря чему могут динамически подстраивать внутриклеточный скелет под текущие задачи клетки. Кроме того, их динамика позволяет развивать толкающие и тянущие силы, которые играют ключевую роль при разделении хромосом в процессе деления клеток. Процессы сборки и разборки микротрубочек тонко регулируются десятками различных белков, точные механизмы работы большинства из которых также остаются неизвестны.  Из-за важной роли динамики микротрубочек во время клеточного деления, она являются ключевой мишенью для многих современных препаратов химиотерапии рака.

   Руководитель направления: д.ф.-м.н. Гудимчук Никита Борисович 

Иллюстрация методов и подходов, используемых группой при изучении микротрубочек

Микротрубочки - полые цилиндрические полимеры белка тубулина, которые попеременно находятся в фазах роста или укорочения во всех известных эукариотических клетках. Функции микротрубочек включают внутриклеточный транспорт, организацию внутриклеточного пространства, распределение генетического материала по дочерним клеткам во время деления и множество других. Мы используем вычислительные, биохимические, биофизические подходы для изучения механизмов, лежащих в основе динамического поведения тубулиновых микротрубочек и их участия в различных клеточных процессах в норме и при патологиях.
 
В нашей группе ведутся теоретические и экспериментальные исследования микротрубочек по следующим тематикам:

1) Фундаментальные механизмы динамической нестабильности микротрубочки
2) Механизмы работы микротрубочки как молекулярного мотора – древнейшего генератора силы внутри клетки
3) Механизмы регуляции динамики микротрубочек ассоциированными белками
4) Расшифровка молекулярных основ работы ингибиторов динамики микротрубочек и разработка лекарств на новых принципах работы.

Основная литература по теме:

1. McIntosh, J.R., O’Toole, E., Morgan, G., Austin, J., Ulyanov, E., Ataullakhanov, F., and Gudimchuk, N. (2018). Microtubules grow by the addition of bent guanosine triphosphate tubulin to the tips of curved protofilaments // J. Cell Biol. 217 (8): 2691–2708
   
   
2. V. Mustyatsa, A. V. Kostarev, A. V. Tvorogova, F. I. Ataullakhanov, N. B. Gudimchuk, and I. A. Vorobjev. Fine structure and dynamics of EB3 binding zones on microtubules in fibroblast cells. // Molecular Biology of the Cell 2019 30:17, 2105-2114
   
   
3. Fedorov Vladimir A., Orekhov Philipp S., Kholina Ekaterina G., Zhmurov Artem A., Ataullakhanov Fazoil I., Kovalenko Ilya B., Gudimchuk Nikita B. Mechanical properties of tubulin intra- and inter-dimer interfaces and their implications for microtubule dynamic instability. //  PLoS Computational Biology (2019) v. 15 (8), e1007327

См. также:

• Mechanical properties of tubulin intra- and inter-dimer interfaces and their implications for microtubule dynamic instability
• Mechanisms of microtubule dynamics and force generation examined with computational modeling and electron cryotomography

Статьи:

1. Alexandrova V.V., Anisimov M.N., Zaitsev A.V., Mustyatsa V.V., Popov V.V., Ataullakhanov F.I., Gudimchuk N.B. A theory of tip structure-dependent microtubule catastrophes and damage-induced microtubule rescues. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. (2022). DOI Gudimchuk, N.B., McIntosh, J.R. Regulation of microtubule dynamics, mechanics and function through the growing tip. Nat Rev Mol Cell Biol. (2021). DOI Gudimchuk, N. B., Ulyanov, E. V., O'Toole, E., Page, C. L., Vinogradov, D. S., Morgan, G., Gabriella, L., Moore, J. K., Szczesna, E., Roll-Mecak, A., Ataullakhanov, F. I., and McIntosh, R. J. Mechanisms of microtubule dynamics and force generation examined with computational modeling and electron cryotomography. Nature communications 11, 1 (2020), 3765

Сотрудничает с: ЦТП ФХФ РАН, Кафедра биофизики биологического факультета МГУ, Назарбаев Университет (Казахстан), EPFL (Швейцария), Университет Колорадо, Боулдер (США)