В любой живой клетке происходит агрегация тубулина с образованием микротрубочек и распад этих структур. Вопрос о том, как регулируются процессы сборки и деструкции микротрубочек имеет первостепенное значение для понимания многих проявлений жизнедеятельности клетки.

Изучение in vitro полимеризации тубулина, выделенного из нервных клеток, оказалось ценным источником информации для понимания механизма сборки микротрубочек in vivo и путей управления этим процессом. Если нейротубулин находится в растворе в виде димеров в присутствии связанных с ним белков, то в определенных условиях легко идет процесс самосборки. Полимеризация происходит в условиях умеренной ионной силы, при слабо кислом рН (около 6,6—0,7), в присутствии нуклеотидов (GTP) и ионов, магния. Направление реакции зависит также, от температуры: in vitro при физиологических температурах идет полимеризация тубулина с образованием микротрубочек, а снижение температуры до 0°С вызывает их быструю деполимеризацию (рис. 8).

Рисунок 8. «Реакция полимеризации димеров тубулина с образованием микротрубочек. Указано влияние двухвалентных ионов и температуры».

Микрофиламенты

Микрофиламенты эукариотических клеток представляют собой длинные нитевидные структуры толщиной 5-7 нм, находящиеся в цитоплазме. Они состоят главным образом из актина (хотя можно обнаружить и другие белки), в связи, с чем их часто называют актиновыми филаментами (или нитями). Они иногда образуют группы или пучки, а в некоторых высоко специализированных клетках, например в мышечных волокнах, упорядоченные и стабильные структуры. Чаще, однако из микрофиламентов формируются нестабильные пучки или тонкие сетчатые структуры, их форма и локализация в клетке изменяются в зависимости от фазы жизненного цикла клетки, ее движения и т. п. Это означает, что, подобно цитоплазматическим микротрубочкам, микрофиламенты немышечных клеток представляют собой изменяемые структуры, способные к самосборке или деполимеризации на составляющие их молекулы в зависимости от нужд клетки.

Морфологию микрофиламентов и их поведение в процессе клеточного движения и цикла развития клетки много изучали на культуре животных клеток с помощью флуоресцирующих антител против актина, а также против других белков (миозин, тропомиозин и а-актинин), которые часто обнаруживаются в микрофиламентах. Когда клетки находятся в состоянии покоя и прикреплены к стенкам сосуда, в котором живут, в них можно наблюдать длинные пучки микрофиламентов, тянущиеся сквозь всю клетку, по-видимому, непосредственно под клеточной мембраной. В «возбужденные» выступы клетки с нестабильными, как бы волнующимися краями они обычно не заходят. Пучки микрофиламентов называются стрессовыми, типичны для нормальных клеток и отсутствуют в клетках, трансформированных онкогенными вирусами. Когда клетки движутся, в дополнение к стрессовым волокнам появляются топкие пучки актиновых нитей, рассеянные в цитоплазме; они особенно заметны в направленных вперед выступах клеток.

Рисунок 9. «Сеть микротрубочек, окрашенная мечеными антителами к тубулину в клетке культуры ткани в G_j-периоде». В клеточном центре желтым окрашена центриоль, связанная с антителами к γ-тубулину, Я – ядро.