Rodzina XMAP215-Dis1
Rodzina XMAP215/Dis1 to wysoce konserwatywna grupa białek związanych z mikrotubulami (MAP) w organizmach eukariotycznych . Białka te są unikalnymi MAP, ponieważ oddziałują przede wszystkim z rosnącym końcem (plus-end) mikrotubul . Ta szczególna właściwość klasyfikuje tę rodzinę białek jako białka śledzące koniec dodatni (+ TIP).
Struktura
Podstawowa struktura rodziny białek składa się z domen TOG ( T umor O verexpressed G ene) , o długości od 2 do 5 jednostek. Rodzina jest podzielona na trzy grupy na podstawie liczby domen TOG, które zawiera określone białko. Wyższe organizmy eukariotyczne, sklasyfikowane w pierwszej grupie, zawierają pięć N-końcowych domen TOG i region zmienny, który łączy się z domeną C-końcową . Domeny te są wysoce konserwatywnymi sekwencjami monomerycznymi. Druga grupa składa się tylko z Caenorhabditis elegans zyg-9, które ma trzy domeny TOG. Jest jednak podobny do wyższych eukariotów ze względu na swój region zmienny i domenę C-końcową. Trzecia grupa składa się z niższych organizmów eukariotycznych, głównie drożdży , które zawierają tylko dwie domeny TOG i domenę typu coiled-coil .
Dokładna analiza domeny TOG3 w zyg-9 zapewnia podstawowe zrozumienie tej domeny, która jest zachowana u wszystkich członków rodziny XMAP215/Dis1. Każda domena składa się z sześciu jednostek HEAT ( huntingtyny , czynnika długości E 3, podjednostki PR65/A fosfatazy białkowej 2 A i kinazy lipidowej T lub) , które są przylegająco wyrównane . Każda cząsteczka HEAT składa się z dwóch helis α , które są połączone pojedynczą pętlą . Te helisy α tworzą szeroką, płaską powierzchnię domeny. Pętle między powtórzeniami HEAT i między poszczególnymi helisami α biegną wzdłuż krótkiego boku domeny. Ten krótki region jest niezbędny do wiązania się z tubuliną . Dodatkowe powtórzenie HEAT, zlokalizowane między pierwszym a drugim powtórzeniem HEAT, jest wyłączne dla domeny TOG3 w zyg-9 i domen TOG5 w białkach z rodziny pierwszej grupy.
C-końcowy koniec białka ma cechy specyficzne dla grupy. W trzeciej grupie białek domena typu coiled-coil jest niezbędna do dimeryzacji u prostych eukariotów. Dzieje się tak, ponieważ proste eukarionty, takie jak drożdże, wytwarzają białka w dimerach. Wiadomo, że w pierwszej i drugiej grupie domena C-końcowa oddziałuje z transformującym kwaśnym białkiem typu coiled-coil 3 (TACC3), które transportuje białko do centrosomów podczas mitozy .
Funkcjonować
Model mechanizmu
Białka XMAP215/Dis1 mogą dodawać lub usuwać dimery tubuliny w dwuetapowym procesie. Wykazano, że XMAP215 wiąże się z tubuliną w kompleksie 1:1 , co oznacza, że XMAP215 może nie wiązać jednocześnie wielu dimerów tubuliny. Wiadomo, że dimer αβ-tubuliny oddziałuje co najmniej z domeną TOG, TOG1, która ściśle wiąże się wewnątrz zakrętu dimeru tubuliny i znajduje się również poza bezpośrednim końcem dodatnim mikrotubuli. Następnie tubulina „prostuje się”, co tworzy słabą interakcję z TOG1. TOG2 może jednak tworzyć ciasne wiązanie z prostą tubuliną. Podobnie jak przekazanie, TOG1 uwalnia dimer, który następnie wiąże się z TOG2. TOG2 następnie integruje dimer tubuliny z siecią, wydłużając mikrotubulę.
Funkcja mikrotubul
Białka z rodziny XMAP215/Dis1 promują zarówno wzrost, jak i redukcję długości mikrotubul, w zależności od stężenia wolnej tubuliny; jest to znane jako niestabilność dynamiczna . Zachowanie białek jest również zależne od cyklu komórkowego. Zmniejszenie ekspresji ch-TOG prowadzi do nieprawidłowego ustawienia chromosomów podczas metafazy. Jedno z badań sugeruje, że w Schizosaccharomyces pombe białko Cdc2 reguluje Dis1 poprzez fosforylację i defosforylację podczas metafazy i anafazy . Fosforylowanie Dis1 prowadzi do lokalizacji w kinetochorach podczas metafazy, podczas gdy defosforylacja podczas anafazy prowadzi do gromadzenia się Dis1 na wrzecionach mikrotubul. W Drosophila członek rodziny Mini wrzecion (Msps) jest niezbędny do utrzymania integralności wrzecion mitotycznych , które są ważne dla oddzielania chromosomów podczas mitozy. Zmniejszenie aktywności Msps tworzy krótkie mikrotubule, co opisuje nazwa genu . Msps jest również ważny podczas oogenezy . Kiedy oocyty są pozbawione ekspresji Msps, bicoid mRNA jest mniej wydajna we wczesnych stadiach oogenezy, ale później ulega całkowitemu rozproszeniu . Msps jest nie tylko odpowiedzialny za transport bicoidalnego mRNA w całej komórce, ale także lokalizuje mRNA na przednim ( głowowym) końcu oocytu. Ponadto gen ten ma kluczowe znaczenie dla organizacji kanalikowej retikulum endoplazmatycznego i lokalizacji białka Exuperantia. Exuperantia jest niezbędna do gromadzenia bicoidalnego mRNA w regionie głowy oocytu. Inną kluczową funkcją XMAP215 w dynamice mikrotubul jest regulacja prowadzenia aksonów . Dzieje się tak, gdy mikrotubule rozciągają się lub wycofują ze stożka wzrostu aksonu , który kieruje ruchem, otrzymując skoncentrowane sygnały sygnałowe . U Drosophila Msps promuje dynamikę mikrotubul w przewodnictwie aksonalnym w linii środkowej embrionalnego rdzenia nerwu brzusznego .
Interakcje z białkami śledzącymi koniec dodatni (+ TIPs)
Białka śledzące koniec dodatni to enzymy , które lokalizują i oddziałują na końcu dodatnim mikrotubul. Po oznakowaniu białkiem zielonej fluorescencji (GFP), + TIP można wizualizować i śledzić w kierunku wzrostu mikrotubul. Jako +TIP, białka z rodziny XMAP215/Dis1 oddziałują z innymi +TIP.
EB1
Zgłoszono, że w Xenopus XMAP215 i EB1 wchodzą ze sobą w interakcje. Podczas gdy XMAP215 działa zarówno w celu wzrostu, jak i kurczenia mikrotubuli, EB1 jest obecny tylko podczas wzrostu. Same białka te mają łagodny wpływ na wzrost mikrotubul. Razem te białka działają synergicznie i wydłużają mikrotubule w znacznie większym tempie. Bez XMAP215 EB1 nie ma polimerazy tubuliny które mogą skutecznie konstruować koniec plus mikrotubuli z wolną tubuliną. Bez EB1 XMAP215 kontynuuje dodawanie tubuliny do końca dodatniego, ale integralność sieci mikrotubuli zostaje naruszona. Dzieje się tak, ponieważ EB1 wiąże się z siecią mikrotubul jako stabilizator, który utrzymuje tubulinę prosto.
Członkowie
Grupa 1 (5 domen TOG)
XMAP215 : Xenopus M icrotubule- związane białko , występujące w gatunkach Xenopus . Liczba 215 odnosi się do wielkości białka, która wynosi 215 kDa . Białko to zostało odkryte w 1987 roku podczas badania regulacji mikrotubul w Xenopus . W 2008 roku białko to zostało zidentyfikowane jako dodatnia polimeraza mikrotubul.
. - Tog : guz okrężnicy i wątroby z nadekspresją genu , znaleziony u Homo sapiens Po raz pierwszy został zidentyfikowany u ludzi w 1996 roku jako nadeksprymowany gen w nowotworach , ale został rozpoznany ze względu na regulację mikrotubul plus-end w 1998 roku.
Msps : mini wrzeciono s . _ _ Białko to występuje w gatunkach Drosophila . Białko to zostało odkryte w 1999 roku.
DdCP224 : D ictyostelium discoideum _ C enrosomalne białko . Wielkość tego białka wynosi około 224 kDa. Został wykryty w 2000 roku poprzez immunoprzeszukiwanie bibliotek DNA pod kątem białek centrosomalnych.
Mor1 : gen organizacji mikrotubul 1 . _ Występuje u Arabidopsis thaliana . Białko to zostało odkryte w 2001 roku jako organizator mikrotubul korowych
Grupa 2 (3 domeny TOG)
zyg-9 : wadliwy mutant zygotyczny , znaleziony w C. elegans . W 1976 r. gen ten został zidentyfikowany, gdy zygoty z taką mutacją nie wykluły się. Zyg-9 został zidentyfikowany jako regulator mikrotubul w 1980 roku.
Grupa 3 (2 domeny TOG)
alp14 / Dis1 : zmieniona polaryzacja / D efect w siostrzanym rozłączeniu chromatydy . Białka te znajdują się w S. pombe . Dis1 jest preferowanym homologiem w niższych temperaturach, podczas gdy alp14 jest preferowany w wyższych temperaturach. Dis1 został rozpoznany w 1988 roku, natomiast jego homolog alp14 został zidentyfikowany w 2001 roku
Stu2p : supresory mutacji tubuliny . Białko to znajduje się w Saccharomyces cerevisiae . Został odkryty w 1997 roku przez ekran i stwierdzono, że wpływa na regulację mikrotubul. AlpA : fosfotaza alkaliczna występująca w Aspergillus nidulans . W 2007 roku zidentyfikowano, że białko to oddziałuje z końcami plus mikrotubuli, a także lokalizuje się w korpusach wrzeciona, co jest charakterystyczne dla białek rodziny XMAP215/Dis1.