Катани
Катанин — микротрубочки разрезающий белок ААА, . Он назван в честь японского меча катаны . Катанин — гетеродимерный белок, впервые обнаруженный у морских ежей . Он содержит 60 кДа АТФазы массой субъединицу , кодируемую KATNA1 , которая разрывает микротрубочки. Для активации этой субъединицы требуется АТФ и наличие микротрубочек. Вторая субъединица массой 80 кДа, кодируемая KATNB1 , регулирует активность АТФазы и локализует белок в центросомах . [1] Электронная микроскопия показывает, что катанин в активном олигомеризованном состоянии образует кольца размером 14–16 нм на стенках микротрубочек (но не вокруг микротрубочек).
Механизм и регуляция длины микротрубочек
[ редактировать ]Структурный анализ с помощью электронной микроскопии показал, что протофиламенты микротрубочек изменяются с прямой на изогнутую конформацию при ГТФ- гидролизе β- тубулина . Однако когда эти протофиламенты являются частью полимеризованной микротрубочки, стабилизирующие взаимодействия, создаваемые окружающей решеткой, фиксируют субъединицы в прямую конформацию даже после гидролиза GTP . [2] Чтобы нарушить эти стабильные взаимодействия, катанин, однажды связанный с АТФ, олигомеризуется в кольцевую структуру на стенке микротрубочек - в некоторых случаях олигомеризация увеличивает сродство катанина к микротрубочкам и стимулирует его АТФазную активность. Как только эта структура сформирована, катанин гидролизует АТФ и, вероятно, претерпевает конформационные изменения, которые создают механическую нагрузку на субъединицы тубулина, что дестабилизирует их взаимодействия внутри решетки микротрубочек. Предсказанное конформационное изменение также, вероятно, снижает сродство катанина к тубулину, а также к другим белкам катанина, что приводит к разборке кольцевой структуры катанина и рециркуляции отдельных инактивированных белков. [3]
Разрыв микротрубочек катанином регулируется защитными белками, ассоциированными с микротрубочками (MAP), и субъединицей p80 (p60 гораздо лучше разрезает микротрубочки в присутствии p80). Эти механизмы имеют разные последствия в зависимости от того, в каком месте клетки они активируются или нарушаются. Например, катанин-опосредованное разделение центросомы освобождает микротрубочки для свободного движения. против катаниновых В одном эксперименте в клетку были инъецированы антитела , что вызвало большое скопление микротрубочек вокруг центросомы и ингибирование роста микротрубочек. [4] Следовательно, катанин-опосредованное разделение может служить для поддержания организации в цитоплазме, способствуя разборке микротрубочек и эффективному движению. Во время деления клеток разрез на полюсе веретена приводит к образованию свободных концов микротрубочек и обеспечивает поток тубулина к полюсам и ретракцию микротрубочек. Разрыв микротрубочек в цитоплазме облегчает беговую дорожку и подвижность, что важно во время развития.
Роль в делении клеток
[ редактировать ]Катанин-опосредованное разрывание микротрубочек является важным этапом митоза и мейоза . Было показано, что катанин отвечает за разрыв микротрубочек во время М-фазы у Xenopus laevis . [5] Разборка микротрубочек от их интерфазных структур необходима для подготовки клетки и митотического веретена к клеточному делению. Эта регуляция является косвенной: белки MAP, которые защищают микротрубочки от разрыва во время интерфазы, диссоциируют и позволяют катанину действовать. [6] Кроме того, катанин отвечает за разрыв микротрубочек на митотических веретенах, когда разборка необходима для разделения сестринских хроматид во время анафазы . [5] Аналогичные результаты были получены в отношении активности катанина во время мейоза у C. elegans . [7] Сообщалось, что Mei-1 и Mei-2 кодируют белки, аналогичные субъединицам p60 и p80 катанинa. С помощью антител было обнаружено, что эти два белка локализуются на концах микротрубочек в мейотическом веретене, и при экспрессии в клетках HeLa эти белки инициируют разрыв микротрубочек. Эти данные показывают, что катанин служит сходной цели как в митозе, так и в мейозе, сегрегируя хроматиды по направлению к полюсам веретена.
Роль в развитии
[ редактировать ]Катанин важен для развития многих организмов. Как элиминация, так и сверхэкспрессия катанина вредна для роста аксонов , и, таким образом, катанин должен тщательно регулироваться для правильного развития нейронов. [8] В частности, разрыв микротрубочек в определенных клеточных пространствах позволяет фрагментам тестировать различные пути роста. Катанин оказался необходимым в этой задаче. Эксперимент с использованием покадровой цифровой визуализации флуоресцентно меченного тубулина продемонстрировал, что конусы роста аксонов приостанавливаются, а микротрубочки фрагментируются в местах ветвления во время развития нейронов. [9]
В аналогичном эксперименте с использованием флуоресцентно меченного тубулина наблюдалась локальная фрагментация микротрубочек в легких тритона во клеток ламеллиподиях время миграции в процессе развития, при которой фрагменты проходят перпендикулярно продвигающейся клеточной мембране, чтобы облегчить исследование. [10] Локальная природа обоих событий фрагментации, вероятно, указывает на регуляцию с помощью катанина, поскольку он может концентрироваться в определенных клеточных регионах. Это подтверждается исследованием, которое продемонстрировало, что мутация Fra2, которая влияет на ортолог катанин у Arabidopsis thaliana , приводит к аберрантному расположению целлюлозных микрофибрилл вдоль развивающейся клеточной стенки у этих растений. [11] Эта мутация привела к фенотипу со сниженным удлинением клеток, что предполагает значение катанина в развитии широкого круга организмов.
Функция в нейронах
[ редактировать ]Известно, что катанин содержится в большом количестве в нервной системе , и даже умеренные его уровни могут вызвать значительное истощение микротрубочек. Но микротрубочки необходимо разорвать в других отделах нейрона, чтобы достаточное количество микротрубочек могло подвергнуться быстрой транспортировке.
В нервной системе соотношение двух субъединиц резко отличается от других органов тела. Поэтому важно иметь возможность регулировать соотношение, чтобы контролировать разрыв микротрубочек. Мономер р80 обнаружен во всех отделах нейрона, а это означает, что его функция не может заключаться исключительно в воздействии на катанин. Катанин p80 имеет несколько доменов с разными функциями. Один домен нацелен на центросому, другой усиливает разрыв микротрубочек катанином p60, а последний подавляет разрыв микротрубочек. [12] Обилие катанин в нейронах показывает, что они могут перемещаться по аксону. Происходит разрыв микротрубочек в местах ветвления аксонов и в конусах роста нейронов. Распределение катанина в нейроне помогает понять феномен регуляции длины и количества микротрубочек, а также высвобождения микротрубочек из центросомы.
Считается, что катанин регулируется фосфорилированием других белков. Изгиб расширяет доступ катанина к решетке, облегчая разрезание. [6]
Функция у растений
[ редактировать ]Обнаружено, что катанин выполняет аналогичные функции у высших растений. Форма и строение растительной клетки определяются жесткой клеточной стенкой , содержащей высокоорганизованную целлюлозу, на ориентацию которой влияют микротрубочки, служащие для направления отложения образующихся волокон. Ориентация микрофибрилл целлюлозы внутри клеточной стенки определяется микротрубочками, которые ориентированы перпендикулярно главной оси клеточного расширения. [13] Поскольку в растительных клетках отсутствуют традиционные центросомы, катанин накапливается в ядерной оболочке во время пре-профазы и профазы , где формируются микротрубочки веретена.
Во время удлинения клеток микротрубочки должны постоянно корректировать свою ориентацию, чтобы не отставать от увеличения длины клетки. Было предложено, чтобы это постоянное изменение в организации микротрубочек осуществлялось за счет быстрой разборки, сборки и транслокации микротрубочек. [14] Недавно было показано, что мутации в растительном гомологе катанина изменяют переходы в организации микротрубочек, что, в свою очередь, вызывает нарушения правильного отложения целлюлозы и гемицеллюлозы . Предполагается, что это вызвано отсутствием способности растительной клетки регулировать длину микротрубочек.
Гомолога регуляторной субъединицы катанин p80 не существует. Поэтому был создан At-p60, меченный His, для описания его функций в растениях. His-At-p60 может разрывать микротрубочки in vitro в присутствии АТФ. Он напрямую взаимодействует с микротрубочками в анализах совместного осаждения. Активность АТФазы стимулировали негиперболическим путем. [15] Гидролиз АТФ стимулируется при низком соотношении тубулин/At-p60 и ингибируется при более высоких соотношениях. Низкие отношения благоприятствуют взаимодействиям субъединиц катанин, тогда как высокие отношения указывают на ухудшение. At-p60 может олигомеризоваться, как у животных. At-p60 напрямую взаимодействует с микротрубочками, тогда как p60 животных связывается через их N-концы . N-концевая часть р60 недостаточно консервативна в растительном и животном царствах. [16]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «МакНелли Ф. и Вейл Р. (1993) Идентификация катанин, АТФазы, которая разрезает и разбирает стабильные микротрубочки » (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 3 сентября 2006 г. Проверено 18 февраля 2006 г.
- ^ Даунинг, К. и Ногалес, Э. (1998). Тубулин и структура микротрубочек. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Хартман Дж. и Вейл Р. (1999) Разборка микротрубочек путем АТФ-зависимой олигомеризации фермента ААА катанин
- ^ Ахмад Ф., Ю В., МакНелли Ф. и Баас П. Существенная роль катанина в разрыве микротрубочек в нейроне
- ^ Jump up to: а б МакНелли, Ф. и Томас, С. (1998) Катанин отвечает за активность разрыва микротрубочек М-фазы в яйцах Xenopus.
- ^ Jump up to: а б «Куармби, Л. (2000) Клеточные самураи: катанин и разрыв микротрубочек » (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 января 2005 г. Проверено 18 февраля 2006 г.
- ^ Срайко М., Бастер В., Базирган О., МакНелли и Ф., Мейнс П. (2000) MEI-1/MEI-2 Катанин-подобная активность по разрыву микротрубочек необходима для мейоза Caenorhabditis elegans.
- ^ Карабай А., Ю В., Соловска Дж., Бэрд Д. и Баас П. Рост аксонов чувствителен к уровням катанина, белка, который разрывает микротрубочки.
- ^ Дент, Э., Каллауэй, Дж., Дьёрдьи, С., Баас, П. и Калил, К. (1999) Реорганизация и движение микротрубочек в конусах роста аксонов и развитие интерстициальных ветвей.
- ^ Уотерман-Сторер, К. и Салмон, Э. (1997). Ретроградный поток микротрубочек на основе актомиозина в пластинке мигрирующих эпителиальных клеток влияет на динамическую нестабильность и оборот микротрубочек и связан с разрывом микротрубочек и третмиллингом.
- ^ Берк, Д. и Йе, З. (2002) Изменение ориентированного отложения целлюлозных микрофибрилл путем мутации катанин-подобного белка, разрывающего микротрубочки.
- ^ Ю, В.; Соловска, Дж.; Цян, Л.; Карабай А.; Бэрд, Д.; Басс, П. (2005). «Регуляция разрыва микротрубочек катаниновыми субъединицами во время развития нейронов» . Журнал неврологии . 25 (23): 5573–5583. doi : 10.1523/JNEUROSCI.0834-05.2005 . ПМК 1201504 . ПМИД 15944385 .
- ^ «Баас, П.В., Карабай, А. и Цян, Л. (2005). Микротрубочки разрезают и запускают » (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 сентября 2006 г. Проверено 26 мая 2007 г.
- ^ Сир, Р.Дж. и Палевиц, Б.А. (1995) Организация кортикальных микротрубочек в растительных клетках .
- ^ Меллет, В.; Гайяр, Дж.; Вантард, М. (2003). «Растительный катанин, белок, разрезающий микротрубочки». Международная клеточная биология . 27 (3): 279. doi : 10.1016/s1065-6995(02)00324-4 . ПМИД 12681335 . S2CID 36263251 .
- ^ Меллет, В.; Гайяр, Дж.; Вантард, М. (2002). «Функциональные доказательства разрыва микротрубочек in vitro гомологом катанина растений» . Биохимический журнал . 365 (Часть 2): 337–342. дои : 10.1042/bj20020689 . ПМЦ 1222700 . ПМИД 12020351 .