Nucleação de microtúbulos - Microtubule nucleation
Em biologia celular , a nucleação de microtúbulos é o evento que inicia a formação de novo de microtúbulos (MTs). Esses filamentos do citoesqueleto normalmente se formam por meio da polimerização dos dímeros da tubulina α e β , os blocos de construção básicos do microtúbulo, que inicialmente interagem para formar a nucleação de uma semente a partir da qual o filamento se alonga.
A nucleação dos microtúbulos ocorre espontaneamente in vitro , com soluções de tubulina purificada dando origem a polímeros de comprimento total. Os dímeros de tubulina que compõem os polímeros têm uma capacidade intrínseca de se autoagregar e se montar em tubos cilíndricos, desde que haja um suprimento adequado de GTP. As barreiras cinéticas de tal processo, entretanto, significam que a taxa na qual os microtúbulos nucleados espontaneamente é relativamente baixa.
Papel da γ-tubulina e do complexo do anel γ-tubulina (γ-TuRC)
In vivo , as células contornam essa barreira cinética usando várias proteínas para auxiliar na nucleação dos microtúbulos. A via primária pela qual a nucleação dos microtúbulos é assistida requer a ação de um terceiro tipo de tubulina, a γ-tubulina , que é distinta das subunidades α e β que compõem os próprios microtúbulos. A γ-tubulina combina-se com várias outras proteínas associadas para formar uma estrutura cônica conhecida como complexo de anel γ-tubulina (γ-TuRC). Este complexo, com sua simetria de 13 vezes, atua como um andaime ou molde para dímeros de tubulina α / β durante o processo de nucleação - acelerando a montagem do anel de 13 protofilamentos que compõem o microtúbulo em crescimento. O γ-TuRC também atua como um limite da extremidade (-) enquanto o microtúbulo continua crescendo a partir de sua extremidade (+). Esta tampa fornece estabilidade e proteção à extremidade do microtúbulo (-) de enzimas que podem levar à sua despolimerização, ao mesmo tempo que inibe o crescimento da extremidade (-).
Nucleação MT de Centros Organizadores de Microtúbulos (MTOCs)
O γ-TuRC é normalmente encontrado como a unidade funcional central em um centro de organização de microtúbulos (MTOC), como o centrossoma em células animais ou os corpos polares do fuso em fungos e algas . Os γ-TuRCs no centrossoma nucleados uma matriz de microtúbulos em interfase , que estendem suas (+) - termina radialmente para fora no citoplasma em direção à periferia da célula. Entre suas outras funções, essa matriz radial é usada por proteínas motoras baseadas em microtúbulos para transportar várias cargas, como vesículas, para a membrana plasmática.
Em células animais submetidas à mitose , uma matriz radial semelhante é gerada a partir de dois MTOCs chamados pólos do fuso , que produzem o fuso mitótico bipolar. Algumas células, no entanto, como as de plantas superiores e oócitos, não possuem MTOCs distintos e os microtúbulos são nucleados por uma via não centrossomal. Outras células, como neurônios, células do músculo esquelético e células epiteliais, que têm MTOCs, possuem conjuntos de microtúbulos não associados a um centrossoma. Essas matrizes de microtúbulos não centrossomais podem assumir várias geometrias - como aquelas que levam à forma longa e delgada dos miotubos , as protrusões finas de um axônio ou os domínios fortemente polarizados de uma célula epitelial . Os pesquisadores pensam que os microtúbulos nessas matrizes são gerados primeiro pelos γ-TuRCs, depois transportados por meio de proteínas motoras ou esteira para o local desejado e, finalmente, estabilizados na configuração necessária por meio da ação de várias proteínas de ancoragem e reticulação.
Na matriz cortical das plantas, bem como nos axônios dos neurônios, os cientistas acreditam que os microtúbulos se nucleados a partir dos microtúbulos existentes por meio da ação de cortar enzimas como a catanina . Semelhante à ação da cofilina na geração de matrizes de filamentos de actina, a separação dos microtúbulos por MAPs cria novas extremidades (+) a partir das quais os microtúbulos podem crescer. Desta forma, arranjos dinâmicos de microtúbulos podem ser gerados sem o auxílio do γ-TuRC.
Nucleação MT ramificada
Estudos usando extratos de ovo de Xenopus identificaram uma nova forma de nucleação de microtúbulos que gera matrizes de ramificação em forma de leque, nas quais novos microtúbulos crescem em um ângulo em relação aos microtúbulos mais antigos. Os pesquisadores suspeitam que este processo envolve γ-TuRCs não centrossomais que se ligam às laterais dos microtúbulos existentes através do complexo de augmin . Este método de nucleação de microtúbulos dependente de microtúbulos leva à amplificação rápida no número de microtúbulos e cria microtúbulos filhos com a mesma polaridade que os microtúbulos mãe dos quais eles se ramificam. Postulou-se que tal método poderia ser importante na geração do fuso mitótico.
Papel das proteínas associadas aos microtúbulos (MAPs)
Embora o γ-TuRC seja a proteína primária para a qual as células se voltam quando confrontadas com a tarefa de nuclear microtúbulos, não é a única proteína postulada a atuar como um fator de nucleação. Vários outros MAPs auxiliam o γ-TuRC com o processo de nucleação, enquanto outros microtúbulos nucleados independentemente do γ-TuRC. Na nucleação ramificada descrita acima, a adição de TPX2 aos extratos de ovo levou a um aumento dramático nos eventos de nucleação - enquanto em outros estudos, a proteína XMAP215 , in vitro , microtúbulos nucleados asters com seu esgotamento in vivo reduzindo o potencial de nucleação dos centrossomas. A proteína de ligação aos microtúbulos duplecortina , in vitro , nuclea os microtúbulos - agindo pela ligação ao lado em vez de ao final dos microtúbulos em crescimento. Assim, uma família de proteínas atuando como fatores de nucleação pode estar presente nas células, diminuindo, por vários mecanismos, o custo energético dos microtúbulos nucleadores.
Diversas proteínas estão envolvidas na formatação do γ-TuRC e no controle temporal e espacial da nucleação dos microtúbulos. Estes incluem, por exemplo, proteínas coiled-coil com funções estruturais e proteínas reguladoras, como componentes do ciclo de Ran . O NEDD1 recruta o γ-TuRC para o centrossoma ligando-se à γ-tubulina.