Dinámica y mecanismo del microtúbulo extremo más

Una función importante de los microtúbulos es la de mover las estructuras celulares tales como cromosomas , husos mitóticos y otros orgánulos en el interior de las células. Esto se logra conectando los extremos de los microtúbulos a estructuras celulares; como los microtúbulos crecen y se encogen , las estructuras son empujadas o tiradas alrededor de la célula .

¿De qué manera los extremos de los microtúbulos se acoplan a estructuras celulares , y de qué manera este acoplamiento regula la estabilidad y la distribución de los microtúbulos ?

Ahora está claro que hay por lo menos tres propiedades de un extremo de microtúbulo:

a) Tiene estructuras alternativas;

b) Tiene una transición bioquímica definida por la hidrólisis de GTP;

c) y que forma un objetivo distinto para la unión de proteínas específicas.

Estas diferentes propiedades pueden ser unificados pensando en los microtúbulos como una máquina molecular, que cambia entre el crecimiento y la reducción de los modos. Cada modo se asocia con una estructura extremo específica en el que las proteínas de unión de extremo pueden ensamblarse para modular la dinámica y acoplar las propiedades dinámicas de los microtúbulos para el movimiento de las estructuras celulares .

Objetivo

Describir la dinámica y mecanismo del micrótubulo β-tubulina (extremo +)

Fig 1.- Los microtúbulos son polímeros dinámicos. a. Una célula de interfase teñida con un anticuerpo a las tubulinas. Los microtúbulos se extienden desde el centrosoma a lo largo de la célula. b. Diagrama esquemático de la célula. Los centriolos se muestran en el centrosoma (amarillo). Los puntos rojos denotan vesículas en movimiento al exterior de la célula. los puntos verdes denotan vesículas en movimiento hacia el centrosoma.

Los microtúbulos actúan como vigas que proporcionan soporte mecánica para dar forma a la célula, y como pistas a lo largo de la cual los motores moleculares mueven orgánulos de una parte de la célula a otra.

Fig 2.- Estructura y dinámica de los microtúbulos. a. Un enrejado de microtúbulos. La β-tubulina está en el extremo más. b. Inestabilidad dinámica de los microtúbulos. Los microtúbulos creciendo hacia afuera desde un centrosoma; cambia entre fases de crecimiento y contracción. La figura muestra hipotético aster en dos diferentes momentos. La diferencia de colores representa diferentes microtúbulos. los microtúbulos rojo y amarillo se están encogiendo en ambos tiempos. El microtúbulo azul está creciendo en ambos tiempos. El microtúbulo verde crece al principio, y luego ha sido de una catástrofe por segunda vez. El microtúbulo marrón, se encoge en primer lugar, seguido de un rescate (rescue) por segunda vez.

Fig 3.- Interacción de los extremos microtubulares con estructuras celulares. a. durante la metafase de la mitosis, movimiento del cromosoma (a la derecha) es asociado con la polimerzación de los microtúbulos en un lado (izquierda) y depolimerización en el otro lado (derecha). b. de dos células de Caenorhabditis elegans, etapa embrionaria. Un huso (en la derecha) está rotando con respecto al otro, quizás a través de interacciones entre microtúbulos y un sitio de cortical situado entre las dos células. c. Movimiento del polo huso en la yema de Saccharomyces cerevisiae. Los microtúbulos de uno de los cuerpos de polo huso se adjuntan a la corteza brote.

Fig 4.- Modelo de cómo el ciclo de la hidrólisis de GTP está acoplado a los cambios estructurales en los microtúbulos. a. Estructura atómica de un dímero de tubulina como se ve en la pared del protofilamento. b. Acoplamiento de la α-β tubulina hasta el final de los microtúbulos. Residuos de la entrante α-subunidad gatillo de la hidrólisis de GTP unida a la red adjunta de β-subunidad. c, d. Los microtúbulos en los extremos crecientes contienen hojas de protofilamentos mientras microtúbulos en contracción terminan en enrollamiento. d. Se cree que que el dímero GTP tiene una conformación lineal que encaja muy bien en la pared recta de los microtúbulos. La hidrólisis de GTP induce una curva en la subunidad, pero esta curva está limitada dentro de la red. Esta limitación pone en tensión a la red, la cual es liberada durante la despolimerización, permitiendo a los profilamentos adoptar una conformación enrollada.

Fig 5.- Proteínas que reconocen los extremos microtubulares. a. GFP-MCAK unidos a extremos microtubulares, in vitro. b. Modelo de MCAK (green) que se une a la red. c. GFP-CLIP-170 unidos a los extremos de los crecientes microtúbulos en las células. El segmento amarillo representa al GFP-CLIP-170 en los extremos microtubulares, y el rojo son los microtúbulos. d. Modelo para CLIP-170 unido a extremos microtubulares.

Perspectiva

Está claro que los estudios sobre la relación entre la bioquímica de proteínas de unión a los extremos microtubulares y la fisiología de estos son algo nuevos. ¿Las proteínas modulan la estructura de los extremos microtubulares?

¿Cambian la velocidad de hidrólisis de GTP? ¿Catalizan el intercambio de nucleótidos? ¿Inducen transiciones estructurales como sugiere el trabajo con MCAKs?

Todos estos mecanismos son posibles y serán cruciales para reconstituir la actividad de estas proteínas con los microtúbulos dinámicos, como se ha hecho para las proteínas que regulan la dinámica del citoesqueleto de actina.

La reciente reconstitución de la dinámica de microtúbulos utilizando un sistema de tres componentes de la tubulina, MCAK y XMAP215 es un paso en esta dirección