Тринадцать протофиламентов тубулина, состоящие из гетеродимеров αβ-тубулина, взаимодействуют латерально, образуя микротрубочки. Микротрубочки проявляют поразительное свойство динамической нестабильности, проявляющееся в их прерывистом росте и сжатии на обоих концах. Способность микротрубочки к самосборке из димеров тубулина в присутствии гуанозинтрифосфата (ГТФ) и спонтанной разборке, когда молекулы ГТФ в тубулиновых карманах гидролизуются, является важной и существенной особенностью этих элементов цитоскелета.
Такое поведение является ключевым для многих клеточных процессов, таких как клеточное деление, миграция, поддержание клеточной формы и т. д. Механизм, связывающий ассоциированный нуклеотид с конформационными изменениями тубулинов, остается неясным. В большинстве исследований ранее предполагалось, что нуклеотид должен влиять либо на равновесную форму димеров тубулина, либо на силу латеральных связей между ними. Но существующим экспериментальным методам не хватало пространственно-временного разрешения, чтобы проверить это. Теоретические исследования до недавнего времени страдали от отсутствия структур микротрубочек с высоким разрешением с различными нуклеотидами, на которые можно было бы опираться, и от отсутствия вычислительной эффективности для изучения больших сборок тубулина.
В работе коллектива авторов по руководством с.н.с. Н.Б. Гудимчука изучаются механические свойства фрагмента микротрубочки методом полно-атомной молекулярной динамики. Авторы обнаружили, что изначально прямые тубулиновые протофиламенты релаксируют до аналогичных нерадиально изогнутых и слегка скрученных конформаций. Обнаруженно, что нуклеотид, в первую очередь, влияет на интерфейс между двумя димерами тубулина, делая его более гибким в состоянии ГТФ. Это облегчает встраивание протофиламента тубулина, связанного с GTP, в решетку микротрубочек, обеспечивая простой механизм динамической нестабильности микротрубочек.
Оригинальная статья:
Fedorov VA, Orekhov PS, Kholina EG, Zhmurov AA, Ataullakhanov FI, Kovalenko IB, et al. (2019) Mechanical properties of tubulin intra- and inter-dimer interfaces and their implications for microtubule dynamic instability. PLoS Comput Biol 15(8): e1007327. [URL] [DOI] [PDF]