Ген, кодирующий структуру этого белка, локализован в x-хромосоме, и так как миодистрофия дюшена является рецессивным заболеванием, она встречается почти исключительно у мальчиков.

Дистрофии - полипептид, включающий 3685 аминокислотных остатков и формирую­щий 4 домена. Один из доменов имеет структуру, сходную с известным сшивающим АСБ α-актинином. Главной функцией дистрофина является прикрепление актиновых МФ к белкам плазмалеммы. В мышечных клетках этот белок необходим для фиксации миофибрилл (сократительных мышечных фибрилл) к плазмалемме мышечного волокна (сарколем­ме). Дефекты структуры дистрофина вызывают нарушение сократительной функции мышечных клеток, что и приводит к развитию симптомов миодистрофии.

 

Актиновые МФ в клетке являются не только элементами цитоскелета, но и компонентами одной из универсальных двигательных внутриклеточ­ных систем - актомиозиновой системы_ (АМС). В состав АМС входит также двигательный белок миозин. В настоящее время известны 3 вариан­та этого белка: миозин I («одноголовый» миозин), миозин II («двухголо­вый» миозин) и миозин V.

Миозин II (М II) представляет собой гетерогексамер, молекулярная масса которого достигает 500 кДа. В молекуле имеется 3 разных цепи (полипептида): тяжелая цепь (ТЦ), легкая структурную цепь (ЛСЦ) и лег­кая регуляторная цепь (ЛРЦ). Таким образом, в молекуле М II присутст­вуют по две одинаковых ТЦ, ЛСЦ и ЛРЦ.

ТЦ (1200 аминокислотных остатков) имеет 2 домена: глобулярный (головку), вклю­чающий чуть больше 800 аминокислотных остатков, и фибриллярный (стержень), длина которого составляет 150 нм, а толщина - 2 нм. Глобулярная ЛСЦ взаимодействует с ТЦ в проксимальной области головки, а ЛРЦ - на границе головки и стержня. Молекулярная масса каждой из ЛЦ составляет около 20 кДа.

При образовании МII три разных полипептида формируют гетеротример с крупной головкой и длинным стержнем. Фибриллярный стер­жень такого тримера является α-спиральным, благодаря чему стержневые участки двух одинаковых тримеров взаимодействуют друг с другом. В результате этого формируется молекула МII, состоящая из двух головок и общего двухспирального стержня.

В жестком стержне МII имеются 2 гибких (шарнирных) участка в середине стержня и на его границе с головкой. Они обеспечивают изме­нение положения головки по отношению к стержню, а также сгибание стержня в его центральном участке.

Главная функция стержня - формирование миозиновых филаментов. В немышечных клетках и клетках гладких мышц образуются тонкие миозиновые филаменты путем взаимодействия двух молекул МII своими дистальными участками стержня по принципу «хвост к хвосту». В ре­зультате этого формируется тонкий миозиновый филамент, на обоих кон­цах которого находятся двойные головки.

 

В клетках исчерченных мышц (скелетных и сердечной) обнаруживаются более длин­ные толстые миозиновые филаменты. Они состоят из большого количества молекул МII, взаимодействующих друг с другом двумя способами. Первый из них - антипараллельный, характерный для образования и тонких миозиновых филаментов.

При втором способе молекулы МII объединяются параллельно друг другу различными районами дистальной части стержня. В результате таких взаимодействий формируется биполярный толстый миозиновый филамент. В центре филамента расположена зона, не имеющая головок, а на концах - две зоны, на поверхности которых спирально расположены многочисленные (около 500) двойные миозиновые головки.

 

Функции миозиновых головок обусловлены наличием в каждой из них АТ Фазного центра и нескольких актинсвязывающих центров. В АТФазном центре осуществляется присоединение и гидролиз АТФ (ATфазная реакция, которая является Мg²⁺-зависимой). В ходе АТФазной реакции происходит изменение конформации головки, в результате чего изменяется ее сродство к F-актину и положение по отношению к стержню.

Находясь в комплексе с АТФ, головка миозина не обладает сродством к F-актину. Гидролиз АТФ приводит к тому, что в АТФазном центре ока­зывается комплекс АДФ-Фн (неорганический фосфат), вызывающий из­менение конформации головки. Новое конформационное состояние головки характеризуется активацией ее актинсвязывающих центров, в результате чего головка взаимодействует с F-актином.

Связывание головки с F-актином, в свою очередь, приводит к даль­нейшему изменению ее конформации и выводу Фн из АТФазного центра. Следствием этого является формирование сильных связей между голов­кой миозина и F-актином, изменяющее положение головки по отношению к стержню миозина (осуществление рабочего хода головки). Таким образом, рабочий ход головки обеспечивает движение молекулы миозина по F-актину.

Новый цикл работы АМС начинается с замены АДФ в головке миозина на молекулу АТФ. Это событие приводит к изменению конформации головки, потере ее связи с F-актином и возвращению в исходное положение по отношению к стержню. В результате головка миозина после гидролиза АТФ получает возможность взаимодействовать с другим участком F-актина и делать очередной шаг по МФ в направлении от ее минус-конца к плюс-концу.

Реально в состав АМС входят не отдельные молекулы МП, а миози-новые филаменты (тонкие или толстые) с головками на обоих концах - бипо:1ярн_ые_миозиновые филаменты. С одной стороны, это дает возмож­ность взаимодействия с двумя (или более) параллельно расположенными МФ. Однако, с другой стороны, головки таких миозиновых филаментов должны «шагать» по МФ в разных направлениях.

В результате этого происходит движение не миозиновых филаментов по МФ, а МФ по отношению к миозиновому филаменту, причем разные МФ перемещаются в противоположных направлениях. Таким образом, мирзиновые филаменты в АМС обеспечивает взаимное скольжение МФ, связанных с головками разных концов миозинового филамента.

Если концы МФ прикреплены к белкам плазмалеммы, работа АМС приводит к их сближению в билипидном слое, что имеет функциональное значение для определенных мембранных белков. Когда мембранные бел­ки или белковые комплексы зафиксированы в плазмалемме достаточно жестко, действие АМС приводит к сокращению клетки, что является важ­нейшей функцией мышечных клеток.

В клетках исчерченной мускулатуры функциональной единицей АМС, обеспечивающей процесс сокращения, является саркомер. Его границы формируются поперечно расположенными белковыми Z-дисками. От каждого из этих дисков навстречу друг другу отходят многочисленные МФ, которые в скелетной мускулатуре прикрепляются к дискам молеку­лами фибриллярного белка небулина, расположенными вдоль МФ.

В клетках сердечной мышцы небулин отсутствует. МФ прикреплены и к сложному гликопротеину плазмалеммы с помощью белка дистрофина. Толстые миозиновые филаменты расположены между МФ и прикреп­ляются одновременно к обоим дискам специальным белком коннексином (титином).

Наследственные дефекты дистрофика приводят развитию миодистрофий - болезней, характеризующихся нарушением сократи­тельной активности скелетных и сердечной мышц. Примером такого заболевания является миодистрофия Дюшена (см. выше). Наследст­венные дефекты небулина также вызывают миодистрофию, но в этом случае нарушаются функции только скелетной мускулатуры.

 

Пучки актиновых МФ в комплексе с миозиновыми филаментами имеются не только в мышечных клетках. Например, подобный вариант АМС характерен для одного из видов контактов между эпителиальными клетками. Аналогичная АМС необходима для заверше­ния процесса деления клеток у животных - цитотомии (деления цитоплазмы).

 

Работа АМС в клетке регулируется с помощью ионов Са++, т.е. явля­ется Са-зависимой. В немышечных клетках центральный момент регу­ляции - фосфорилирование и дефосфортирование одной из легких цепей миозина, ЛРЦ.

При низких концентрациях Са++ в гиалоплазме ЛРЦ подавляет активность АТФазного и актинсвязывающих центров головки миозина. Повышение концентрации Са++ (после определенного сигнала, получаемого клеткой) вызывает связывание ионов регулягорным белком кальмодулином, который после этого активирует фермент киназу легкой цепи миози­на. Данная киназа фосфорилирует РЛЦ, вызывая ее инактивацию и снимая ее ингибирующее влияние на активные центры головки миозина. Таким образом, фосфорилирование ЛРЦ индуцирует pa6oiy АМС.

При снижении концентрации Са²⁺ в гиалоплазме механизм фосфорилирования ЛРЦ выключается и начинает работать механизм дефосфорилирования ЛРЦ. Он обусловлен активностью фермента протеинфосфатазы, которая катализирует удаление фосфатных групп, присоединенных к ЛРЦ с помощью киназы легкой цепи миозина.

В результате дефосфорилирования ЛРЦ возвращается к исходной конформации и по­давляет действие активных центров головок миозина - ингибируст работу АМС. Так как данный механизм регуляции обусловлен изменением конформации компонентов миозина, он получил название регуляции миозинового типа.

 

В клетках исчерченных мышц (скелетных и сердечной) регуляция действия АМС также является Са²⁺зависимой, но осуществляется другим способом.

 

В состав актиновых МФ саркомеров входят АСБ тропонины (Тн): ТнС (кальцийсвязывающий), ТнI (ингибиторный) и ТнТ (тропомиозинсвязывающий), образующие структурно единые комплексы (по молекуле каждого Тн в комплексе). Тронониновые комплексы с помощью ТнТ взаимодействуют с тропомиозином и располагаются вдоль актиновой МФ через определенные промежутки.

ТнС является Са-связывающим белком (имеет 4 центра, связывающих по иону Са²⁺). Взаимодействуя с ионами сальция, он изменяет свою конформацию и вызывает конформационные изменения ТнI. ТнI связан со всеми компонентами МФ: ТнС, ТнI, тропомиозином и F-актином. Он является ингибитором активности головок миозина, т.е. подавляет работу АМС.

При низкой концентрации ионов Са²⁺ в гиалоплазме реализуется ингибиторная актив­ность ТнI, блокирующая функцию АМС. Повышение концентрации Са²⁺ приводит к связы­ванию этих ионов ТнС, изменению его конформации и, соответственно, конформации ТнI. Конформационное изменение ТнI устраняет его ингибирующее действие на головки миози­на, в результате чего индуцируются их АТФазная и актинсвязывающая функции - происхо­дит активация АМС.

При снижении концентрации Са²⁺ начинается диссоциация ионов кальция и ТнС, вы­зывающая цепь конформаиионных переходов и восстановление ингибирующей активности TнI. Таким образом, этот тип регуляции работы АМС определяется изменениями конфор­мации АСБ, а не головок миозина. Исходя из этого, его обозначают как регуляцию актинового типа.

 

В клетках гладких мышц Са²⁺-зависимая регуляция функций АМС осуществляется с участием двух дополнительных регуляторных АСБ: кальдесмона и кальпонина.

 

При низких концентрациях Са в гиалоплазме оба белка связаны с F-актином МФ, блокируя взаимодействие миозиновых головок с МФ и их АТФазную активность. При повышении концентрации Са²⁺ ионы связываются белком кальмодулином, который активи­рует 2 разных фермента с функциями протеинкиназ. Одна из протеинкиназ катализирует фосфорилирование и кальдесмона, и кальпонина, вызывая инактивацию этих регуляторных белков и снимая блок взаимодействия миозиновых головок с МФ.

Другая протеинкиназа (киназа легкой цепи миозина) обеспечивает фосфорилирование ЛРЦ, активируя АТФазную и актинсвязывающую функции головок миозина (что происхо­ди! и в немышечных клетках). В результате Са-зависимая инактивация АСБ (кальдесмона и кальпонина) и активация головок миозина приводит к индукции функционирования АМС в гладкомышечных клетках. Данный способ регуляции можно обозначить как регуляцию актин-миозинового типа.

Миозин I (MI) обнаружен сравнительно недавно, и его функции в клетке изучены недостаточно. С помощью молекул MI осуществляется прикрепление пучка актиновых МФ к плазмалемме в микроворсинках клеток эпителия тонкой кишки. Не исключено, что молекулы MI, прояв­ляя АТФазную активность, могут изменять высоту микроворсинок - пе­ремещать пучок МФ в вертикальном направлении.

MI принимает участие в "распластывании" внутриклеточных мем­бранных структур. В частности, являясь мембранным компонентом цис­терн комплекса Гольджи, молекулы одноголового миозина взаимодействуют с МФ. Так как эти МФ расположены между цистернами, такое взамодействие делает их улучщенными и объединяет соседние цис­терны в единый мембранный комплекс.

Очевидно, MI способен встраиваться в мембраны цитоплазматических пузырьков. В таком случае АТФазная активность головки позволяет обеспечивать движение мембранных пузырьков вдоль актиновых МФ.

 

MI является белком, состоящим из разных полипептидов - одной тяжелой цепи (ТЦ) и одной-трех легких кальмодулиновых цепей. ТЦ формирует 2 домена: глобулярный (голов­ку) и короткий фибриллярный (стержень). В головке MI, как и МII, имеются АТФазный центр и актинсвязывающие центры, благодаря чему MI может связываться с актиновыми МФ и двигаться по ним.

Стержень MI является намного более коротким, чем стержень МII, поэтому молекулы миозина I не взаимодействуют друг с другом и не формируют двухголовых молекул, как МII. Однако стержень MI имеет участок связывания с определенными компонентами мем­бран, в том числе и плазмалеммы. С этой точки зрения, MI можно называть мембранным миозином.

Активность MI, как и МII, регулируется клеткой. Одним из известных механизмов ре­гуляции является фосфорилирование-дефосфорилирование головки, т.е. регуляция миози­нового типа. Однако в этом случае функционирует особая протеинкиназа - киназа ТЦ M I, которая неактивна в отношении ТЦ МII. Наличие в структуре MI легких кальмодулиновых цепей указывает на возможное участие в регуляции ионов Са²⁺.

 

Миозин V (MV) представляет собой разновидность двухголового миозина, неспособного формировать миозиновые филаменты (ни тонкие, ни толстые). Концом своего стержня он прикрепляется к внутриклеточ­ным мембранным пузырькам и, благодаря АТФазной активности головок, обеспечивает движение пузырьков вдоль актиновых фибрилл. В частно­сти, таким способом происходит транспорт мембранных пузырьков с нейромедиаторами к пресинаптической мембране окончаний аксонов нейронов (по самому аксону пузырьки двигаются другим способом).

 

Молекула MV состоит из двух идентичных тяжелых цепей, каждая из которых форми­рует головку с АТФазным центром и стержень. Первичная структура стержней такова, что они взаимодействуют друг с другом только районами, прилегающими к головке. В резуль­тате дистальный конец молекулы оказывается раздвоенным, V-образным, что и отражено в названии этого варианта двухголового миозина. В состав MV входят и несколько легких кальмодулиновых цепей, что указывает на Са²⁺-зависимую регуляцию активности данного вида миозина.

 

Скелетные фибриллы (СФ), или промежуточные филаменты, яв­ляются универсальным элементом COCA эукариотических клеток и пред­ставляют собой белковые нити диаметром около 10 нм. СФ характеризуются высокой устойчивостью к действию физических и хими­ческих факторов, благодаря чему они играют важнейшую роль в цитоскелета (исходно термин "цитоскелета" использовался только для системы СФ).

Особенно много СФ встречается там, где необходимо поддерживать определенную форму клетки (эпителиальные клетки, аксоны нейронов) или противодействовать механическим нагрузкам (в зонах механических контактов между клетками). СФ в клетке являются компонентами не только ПА, но также цитоплазмы и ядра, формируя единую систему ци­тоскелета.

Структурную основу СФ составляют фибриллярные белки, называе­мые белками СФ. Эти белки способны к полимеризации, в результате которого и образуются СФ. В различных типах клеток обнаруживаются разные белки СФ, которые в настоящее время подразделяют на 4 типа.

 

Тип__1_белков_СФ представлен разнообразными кератинами (основными, нейтраль­ными и кислыми). Кератины являются полиморфной группой, характерной для клеток эпителиев и их производных. В частности, в клетках эпителиев человека уже обнаружено 19 различных форм кератинов, а еще 8 - в волосах и ногтях.

Тип II белков СФ включает 3 вида белков: десмин, виментин и глиальный фибрилярный кислый белок. Десмин характерен для всех мышечных клеток. Виментин широко представлен в разных клетках, имеющих мезенхимное происхождение, например, лейкоци­тах, гепатоцитах (клетках печени), фибробластах (клетках соединительной ткани) и эндотелиоцитах (клетках эпителия кровеносных сосудов). Глиальный фибриллярный кислый белок обнаруживается в особых клетках нервной ткани - астроцитах и шванновских клет­ках.

Тип III белков_СФ представлен группой белков, характерных для нейронов, в кото­рых они образуют нейрофибриллы, или нейрофиламенты. Нейрофибриллы являются важ­нейшим компонентом цитоскелета в нервных отростках (аксонах и дендритах) и включают 3 вида белков СФ: NF-1, NF-2 и NF-3.

Тип IV белков СФ включает ядерные белки ламины, формирующие кариоскелет (ске­лет ядра), определяющий форму ядра у человека и других млекопитающих обнаружены 3 вида ламинов: ламин А, ламин В и ламии С.

 

Белки СФ всех типов представляют собой гомотетрамеры, т.е. со­стоят из четырех идентичных полипептидов (протомеров). Исключение составляют ламины, являющиеся гомодимерами. Разные белки СФ имеют очень сходную третичную и четвертичную структуру.

 

Протомеры белков СФ содержат до 700 аминокислотных остатков и различаются по своей первичной структуре (последовательности аминокислот). Тем не менее, вторичная и третичная структуры протомеров белков СФ всех типов очень сходны - протомеры форми­руют 3 домена. Центральный домен представлен двумя длинными альфа-спиральными участка­ми, разделенными коротким, не имеющим альфа-спиральной структуры.

Этот домен включает около 310 аминокислотных остатков, имеет размеры порядка 44 нм и является гомологичным для протомеров всех типов СФ. По обеим сторонам централь­ного домена расположены концевые домены, имеющие глобулярную форму и размеры 1-3 нм. Концевые домены одного протомера отличаются друг от друга по своей структуре, как и аналогичные концевые домены протомеров разных белков СФ

Формирование белка СФ из протомеров начинается с образования гомодимеров путем параллельного взаимодействия альфа-спиральных участков их центральных доменов. После этого происходит антипараллельное объединение двух гомодимеров, в результате чего формируется белок СФ, имеющий длину около 50 нм и толщину порядка 3 нм.

 

Собственно СФ образуется путем полимеризации соответствующих тетрамерных белков СФ, которые имеют центры взаимодействия друг с другом. Тетрамеры могут полимеризоваться двумя вариантами, так как каждый белок СФ способен взаимодействовать своим глобулярным кон­цевым доменом как с глобулярным доменом другой молекулы (по типу «голова к хвосту»), так и с центром фибриллярного домена другого тетрамера. В результате этих взаимодействий формируется СФ диаметром около 10 нм, состоящая из 8 длинных протофиламентов, объединенных друг с другом по принципу «кирпичной кладки».

 

Такой характер сборки СФ определяет их высокую устойчивость к физическим воздей­ствиям. Если в клетке синтезируются разные белки СФ, они принимают участие в образо­вании гибридной СФ. Например, в эпителиальных клетках одна и та же СФ может содержать различные виды кератинов (белков СФ типа I).

Условия полимеризации белков СФ изучены недостаточно: не исключено, что в клетке происходит самопроизвольная сборка этих элементов цитоскелета. Они могут фосфорили-роваться специальной протеинкиназой, что вызывает деполимеризацию СФ. Если сущест­вуют протеинкиназы, способные фосфорилировать отдельные белки СФ, это может быть механизмом контроля и процесса полимеризации. В таком случае дефосфорилирование белков служило бы условием (пусковым сигналом) их полимеризации.

 

СФ способны взаимодействовать с определенными белками. Форми­ровании механических контактов между клетками сопровождается ассо­циацией СФ с плакоглобином и десмоплакинами. Белок филаггрин может связываться со СФ, в результате чего образуются пучки СФ. В ядре СФ могут взаимодействовать с рецептором ламина В.

Учитывая свойства и роль СФ, важным параметром нормальной жизнедеятельности клетки является их количество. Например, уве­личение числа СФ должно приводить к нарушениям клеточных функций, что подтверждается существованием наследственных бо­лезней, обусловленных подобными изменениями.

Такие аномалии выявлены в клетках миокарда (сердечной мышцы), что является причиной кардиомиопатий (нарушений работы клеток сердечной мышцы), в аксонах двигательных нейронов, что вызывает миодистрофии (слабость скелетных мышц), в нейронах головного мозга, что вызывает определенные формы старческого слабоумия.

Наследственный дефект кератина14 (отсутствие концевых доме­нов этого белка) приводит к внутриутробной гибели плода. В данном случае измененный кератин14 взаимодействует с нормальным кера­тином4, что блокирует сборку определенных СФ и вызывает от­слоение эпидермиса (эпителия кожи) от дермы (соединительнотканного компонента кожи).

Увеличение числа СФ в клетке могут вызывать и некоторые хи­мические вещества, в частности, этанол при неумеренном и дли­тельном употреблении. В результате у хронических алкоголиков обнаруживается избыток СФ в эпителиальных клетках и, особенно, клетках печени.

Исходя из этого, число СФ в гепатоцитах используют для под­тверждения диагноза хронического алкоголизма. Очевидно, анало­гичные последствия этанол вызывает и в нейронах головного мозга, что может быть одной из причин психической деградации хрониче­ских алкоголиков.

Тот факт, что в клетках разных типов синтезируются различные белки СФ, нашел применение в диагностике метастазов (вторичных опухолей). Если в клетках опухоли тип СФ соответствует таковому клеток ткани, в которой она выявлена, это свилетельствует о том, что данная опухоль первичная (образовалась из клеток этой ткани).

Если такого соответствия не наблюдается, есть все основания считать опухоль вторичной, т.е. метастазом. В этой ситуации необ­ходимо проводить поиск метастазирующей опухоли, в чем помогает знание качественного состава СФ других тканей - СФ метастаза должны соответствовать СФ ткани (органа), где локализована пер­вичная опухоль.

Таким образом, СФ являются важнейшим и универсальным элемен­том цитоскелета, хотя в некоторых специализированных клетках они отсутствуют (определенные клетки нейроглии). СФ способны взаимодействовать друг с другом, МФ и микротрубочками, формируя сложные структуры. Кроме того, СФ связываются со специфическими белками плазмалеммы, т.е. входят в единую систему ПА клетки.

Микротрубочки (МТ) - еще один из элементов COCA, представлен­ный практически во всех эукариотических клетках. МТ, в отличие от СФ и МФ, являются полыми белковыми структурами диаметром 22-25 нм и толщиной стенки около 6 нм. Сборка МТ происходит путем полимеризации и белков тубулинов, в результате чего длина МТ может достигать не­скольких десятков мкм. В клетках МТ выполняют 2 важных функции: входят в состав ц итоскелета (опорная функция) и одной из двигательных систем клетки- тубулин-транслокационной системы.

Структурную основу МТ составляют белки тубулины. Кроме того, в МТ обнаруживаются и другие белки, объединяемые термином «ассоции­рованные с микротрубочками белки», или MAPs (от англ, microtubule-associated proteins). Их доля в составе МТ может достигать 20% всех бел­ковых компонентов.

Тубулины - это мономерные глобулярные белки, содержащие около 450 аминокислот­ных остатков. Их размеры составляют около 6 нм. Известны 3 вида тубулинов: α-тубулин, β-тубулин и γ-тубулин, причем для α- и β-тубулинов существуют структурные варианты (изоформы). Виды тубулинов кодируются отдельными генами, число которых может дости­гать 20 для каждого.

Основная масса клеточных тубулинов (99%) представлена α- и (β-тубулинами в эквимолярном соотношении. Именно эти тубулины являют­ся компонентами МТ. Минорная фракция тубулинов (1%), γ-тубулин, в МТ не обнаруживается; практически весь он локализован в клеточном центре, или центросоме. Считается, что γ-тубулин необходим для ини­циации сборки_МТ.

Тубулины являются гуанилатсвязывающими белками, т.е. имеют центр взаимодействия с молекулой ГТФ и Mg²⁺. Комплекс ГТФ-Mg²⁺ необходим для активации этих белков - приобретения ими способности к полимеризации. В этом отношении тубулины проявляют сходство с G-актинами. После активации α- и β-тубулины образуют стабильные гетеродимеры, состоящие из одной молекулы а-тубулина и одной молекулы р-тубулина, каждая из которых связана с комплексом ГТФ-Mg²⁺. Форми­рование гетеродимера сопровождается гидролизом ГТФ, который осуще­ствляется β-тубулином (α-тубулин не обладает ГТФазной активностью.

Процесс сборки МТ начинается в определенных цитоплазматических структурах, которые получили название центры организации МТ (ЦОМТ). Универсальным ЦОМТ является центросома, содержащая у-тубулин. Вероятно, γ-тубулин играет роль своеобразной затравки, необ­ходимой для начала полимеризации гетеродимеров тубулина. В инициа­ции полимеризации МТ участвует еще один белок - перицентрии.

Особенности сборки МТ определяются тем, что α- и β-тубулины ди­меров способны к гетерофильным взаимодействиям, т.е. α-тубулин од­ного димера имеет центры связывания с β-тубулинами трех других димеров и, наоборот, β-тубулин одного димера способен связываться с α-тубулинами грех других димеров. Центры гетерофильного взаимодейст­вия расположены в тубулинах таким образом, что полимеризация димеров идет в двух направлениях.

 

Во-первых, димеры связываются друг с другом тандемно, в результате чего образуются тубулиновые протофиламенты - нити, состоящие из последовательно расположенных гетеродимеров. Такая полимеризация обеспечивает рост МТ в длину. Во-вторых, как α-, так и β-тубулины разных димеров взаимодействуют друг с другом латерально (боковыми цен­трами), благодаря чему происходит рост будущей МТ в ширину. При этом латеральная полимеризация происходит таким образом, что завершается формированием кольцевидной структуры, по окружности которой расположены 13 связанных друг с другом гетеродиме­ров.

 

Полимеризация гетеродимеров приводит к формированию короткой МТ, состоящей из 13 тубулиновых протофиламентов. Она удлиняется путем присоединения новых гетеродимеров к концам. Такой характер полимеризации выражается в том, что α- и β-тубулины МТ оказываются расположенными в «шахматном» порядке, а каждый вид тубулинов - по спирали.

Удлинение МТ при достаточном количестве свободных гетеродиме­ров осуществляется на обоих концах, как и в случае актиновых МФ. На одном из них полимеризация идет с большей скоростью, чем на другом, поэтому разные концы МТ обозначают как плюс-конец (быстро растущий) и минус-конец (медленно растущий). При дефиците свободных активиро­ванных димеров на минус-конце наблюдается деполимеризация (укороче­ние) МТ.

 

Деполимеризация может происходить и на плюс-конце МТ. Это обусловлено спонтан­ным гидролизом молекул ГТФ в α-тубулине димера. Димеры с ГТФ характеризуются боль­шей скоростью ассоциации, чем диссоциации, тогда как димеры с ГДФ, напротив, более склонны к диссоциации, чем к ассоциации. Благодаря этому, если на плюс-конце происхо­дит спонтанный гидролиз ГТФ, МТ начинает деполимеризоваться и на этом конце. Когда процесс сборки МТ не регулируется клеткой, МТ быстро деполимеризуется.

 

Регуляция формирования МТ осуществляется несколькими способа­ми. Процесс сборки МТ в клетке происходит таким образом, что их ми­нус-концы зафиксированы в ЦОМТ. Благодаря этому деполимеризация на минус-конце фактически заблокирована и изменение длины МТ является результатом процессов, происходящих на плюс-конце.

 

Вероятный механизм регуляции сборки МТ - химическая модификация α-тубулина, катализируемая специальными ферментами. В частности, тубулин-ацетилтрансфераза обеспечивает ацетилирование α-тубулина по лизиновому остатку после того, как димер включился в МТ. Такая модификация снижает вероятность деполимеризации, т.е. способст­вует росту МТ на плюс-конце. Ацетилированные димеры, вышедшие из состава МТ, дезацетилируются с помощью тубулиндезацетияазы.

Тубулиндетирозилаза катализирует удаление концевого остатка тирозина в α-тубулине после включения димера в МТ. Эта модификация также препятствует деполимеризации. Детирозилированные свободные молекулы тубулина вновь тирозилируются под контролем фермента тубулин-тирозинлигазы.

В комплексе с МТ обнаруживается нуклеозиддифосфаткиназа, с помощью которой фосфорилирустся ГДФ - образуется ГТФ. Не исключено, что этот фермент используется клеткой как противовес спонтанному гидролизу ГТФ в МТ, т.е. для предотвращения депо­лимеризации МТ.

 

Деполимеризация МТ в клетке может усиливаться при повышении концентрации Са в гиалоплазме. Ионы Са-связываются белком кальмодулином, который активируется ими и стимулирует процесс деполиме­ризации МТ. Очевидно, повышение концентрации Са⁺² является основным клеточным механизмом индуцируемой разборки МТ.

В МТ обнаруживаются и нетубулиновые, высокомолекулярные и низ­комолекулярные, ассоциированные с МТ белки (АМБ): MAP1 (А и В), МАР2 (А, В и С), MAPU, МАРτ (тау-белок), STOP, синапсин 1 и др. Для ряда АМБ известно, что их взаимодействие с МТ регулируется путем фосфорилирования протеинкиназами - чем больше степень фосфорилирования АМБ, тем прочнее их ассоциация с МТ. Взаимодействуя с МТ, АМБ могут выполнять регуляторные и структурные функции.

Регуляторные функции АМБ проявляются в стимуляции роста МТ, что достигается подавлением ими процесса деполимеризации. С этой точки зрения, регуляторными АМБ можно считать и ферменты, регули­рующие полимеризацию: тубулин-ацетилтрансферазу, тубулин-детирозиназу и нуклеозиддифосфаткиназу.

Среди АМБ обнаружены кэп-белки, взаимодействующие с концами МТ, в результате чего происходит стабилизация длины МТ. С помощью кэп-белков МТ способны взаимодействовать с мембранными белками, включая и белки плазмалеммы. Некоторые АМБ (например, STOP) сни­жают чувствительность МТ к деполимеризующему действию физических (пониженная температура) и химических (ионы Са²⁺ и др.) факторов. Структурные функции АМБ проявляются в том, что они участвуют в формировании пучков МТ или комплексов МТ с другими элементами ПА клетки: СФ, МФ и мембранными белками.

 

Особые АМБ обеспечивают образование специализированных структур, состоящих из МТ. К ним относятся дублеты и триплеты МТ. В состав дублета входит одна «полная» МТ, включающая 13 тубулиновых протофиламентов (МТ-А), и одна «неполная», содержа­щая 10 тубулиновых протофиламентов (МТ-В). С помощью определенных АМБ МТ-В присоединяется к МТ-А таким образом, что обе они формируют единый комплекс с общими тубулиновыми протофиламентами.

В триплет МТ, кроме МТ-А и МТ-В, характерных для дублета, входит еще одна «не­полная» МТ, содержащая 10 тубулиновых протофиламентов - МТ-С. Она присоединяется к МТ-В таким же способом, как МТ-В к МТ-А (латерально по всей длине). Эти комплексы МТ входят в состав ресничек и жгутиков (дублеты) или центриолей (триплеты).

 

Одной из универсальных клеточных функций МТ является опорная - они представляют собой элемент цитоскелета, определяя форму клеток и других мембранных структур. В частности, кольцевой пучок МТ служит главным элементом скелета тромбоцитов, придающим этим элементам крови дисковидную форму. В фибробластах (клетках рыхлой соедини­тельной ткани) и эпителиальных клетках МТ, взаимодействуя с белками плазмалеммы, обеспечивают их асимметричную форму (поляризацию).

Другая функция МТ заключается в том, что они представляют собой компоненты еще одной универсальной двигательной системы клетки – тубулин-транслокаторной системы ТТС). Собственно двигательную роль в ТТС играют белки-транслокаторы, которые рассматриваются как особая группа АМБ - двигательные АМБ.

Транслокаторы структурно и функционально аналогичны миозинам (двигательным белкам актомиозиновой системы). Они имеют глобуляр­ные моторные домены (головки), способные присоединять и расщеплять нуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ и др.). Присоединение и гидролиз соответствующих трифосфатов приводит к изменению конформации го­ловок и характера их взаимодействия с МТ.

Благодаря этому молекулы транслокатора способны перемещаться вдоль МТ, используя энергию трифосфатов. Другим доменом (стержнем) транслокаторы способны взаимодействовать с определенными мембран­ными белками или структурными АМБ. В настоящее время выявлено несколько групп транслокаторов: кинезины, динеины и динамины.

Кинезины, благодаря нуклеозидтрифосфатазной активности мотор­ного домена, перемещаются по МТ только в одном направлении: от ми­нус-конца к плюс-концу. Взаимодействуя (мембранными пузырьками, кинезины обеспечивают их антероградный транспорт (от центра клетки к ПА клетки).

 

Кинезины представляют собой гетеротетрамеры, состоящие из двух тяжелых (120 кДа) и двух легких (62 кДа) цепей, которые формируют молекулу длиной 90 нм с двумя головками (моторными доменами) на одном конце. На другом конце молекулы имеется веерообраз­ный стержень, с помощью которого кинезины способны взаимодействовать с белками стенок мембранных пузырьков.

Наибольшее содержание кинезинов характерно для нейронов, где они обеспечивают транспорт мембранных пузырьков с нейромедиаторами от тела нейрона по аксону к преси-наптической мембране. С помощью кинезина осуществляется антероградный транспорт и других мембранных внутриклеточных пузырьков, например, меланосом (пигментных гра­нул) в пигментных клетках и лизосом во всех клетках.

Данная ТТС способна функционировать путем гидролиза любых рибонуклеозидтри-фосфатов. Однако максимальная скорость антероградного транспорта наблюдается при использовании АТФ и снижается в ряду АТФ>ГТФ>ТТФ>УТФ>ЦТФ

Если функции моторных доменов кинезина нарушены (наследст­венные изменения структуры белка) или подавлены (например, спе­цифическими антителами), в клетке прекращается только антероградный транспорт мембранных пузырьков.

Динеины представляют собой более разнообразную группу двигательных АМБ, формирующих тубулин-динеиновые системы. Наиболее универсальным является цитоплазматический динеин, количество кото­рого очень велико в нейронах.

В состав цитоплазматического динеина входят 2 тяжелые цепи (400 кДа) с глобуляр­ным моторным и фибриллярным стержневым доменами. Благодаря этому формируется молекула двухголового динеина, содержащая также несколько легких цепей. Моторные домены этого динеина обладают узкой специфичностью в отношении способности гидроли­за нуклеозидтрифосфатов - используют только АТФ.

 

Цитоплазматический динеин, как и кинезин, выполняет транслокаторную функцию - транспортирует мембранные пузырьки вдоль МТ. Однако, в отличие от кинезина, динеин двигается но МТ от плюс-конца к минус-концу, осуществляя ретроградный транспорт (от ПА клетки к ее центру).

В нейронах ретроградному транспорту подвергаются мембранные пузырьки, выделив­шие нейромедиаторы в синаптическую щель. Выполнив свою функцию, они возвращаются по МТ аксона в тело нейрона, где вновь «загружаются» нейромедиаторами.