Tubulina

A tubulina é unha familia de proteínas globulares de 55 kDa. A familia das tubulinas está formada polas tubulinas alfa (α), beta (β) e gamma (γ), que comparten unha identidade na súa secuencia de aminoácidos do 35-40%, aínda que a súa semellanza con calquera outra proteína coñecida é mínima. As tubulinas α e β son as subunidades esenciais dos microtúbulos, e a tubulina-γ é un compoñente fundamental do centrosoma. Existen tamén outras variantes menores, que non están presentes en todos os organismos eucariotas, denominadas tubulina-delta (δ), épsilon (ε) e zeta (ζ).

Comunmente denomínase tubulina a un heterodímero formado por dúas subunidades (α e β) que ao se ensamblar de maneira moi organizada xera un dos principais compoñentes do citoesqueleto, os microtúbulos. Todas as células eucariotas presentan microtúbulos, o cal indica que as subunidades que os conforman probablemente se orixinaron cando os eucariotas aparecieron por primeira vez, hai aproximadamente 1.500 millóns de anos. É probable que outras proteínas que se asocian aos microtúbulos tamén daten da orixe dos eucariotas, como algúns membros das familias das cinesinas e dineínas, aínda que outras son de orixe máis recente, como a proteína tau específica das neuronas.

Conservación das tubulinas α e β

Como as proteínas da familia da tubulina teñen unha orixe moi antiga, podería agardarse que as súas secuencias presentaran unha grande diverxencia. Porén, isto só é certo para o extremo C-terminal das tubulinas α e β. Os fragmentos N-terminais están notablemente conservados con variacións mínimas. Este alto grao de conservación está seguramente imposto polas limitacións estruturais da ensamblaxe e desensamblaxe de microtúbulos, conxuntamente coas limitacións impostas pola asociación de proteínas como as cinesinas e dineínas. Os membros individuais da familia das tubulinas dos distintos taxons filoxenéticos evolucionaron dunha maneira excepcionalmente lenta, a unha taxa comparable á das histonas ou a actina. A alta taxa de conservación dentro da familia das tubulinas implica que as propiedades funcionais destas proteínas impoñen unhas limitacións enormes a calquera diversificación da secuencia, de maneira que as mutaciós só poden situarse nunhas poucas posicións sen produciren un efecto deletéreo. Por outro lado, unha modificación que foi conservada probablemente sexa funcionalmente vantaxosa, e estará seguramente relacionada con propiedades específicas das tubulinas en taxons diferentes.

Tubulina e estrutura dos microtúbulos

Véxase tamén: Microtúbulo.

As interaccións proteína-proteína entre as subunidades dos microtúbulos constitúen unha restrición á estrutura terciaria das tubulinas α e β. Estudos tradicionais de microscopía electrónica utilizando células fixadas con glutaraldehido estableceron que un MT está composto normalmente por 13 protofilamentos de tubulina dispostos liñalmente. Aínda que se identificaron variantes desta estrutura, o número de protofilamentos in vivo parece variar entre 12 e 15. O protofilamento consiste en unidades globulares alternadas, cunhas dimensións aproximadas de 50 x 50 x 40 angstrom, cunha unidade que se repite ao longo do eixe lonxitudinal do protofilamento de arredor de 80 angstrom. Estas dimensións son compatibles cun monómero de tubulina de 50 kDa que forma heterodímeros α/β, que constitúen a unidade de 80 angstrom. Dado que os protofilamentos forman a base da ensamblaxe dos microtúbulos, é probable que as interaccións lonxitudinais entre os heterodímeros sexan máis estables que as interacciones laterais, entre protofilamentos.

Esquema da polimerización das subunidades de tubulina para formar os microtúbulos.

Os heterodímeros ensámblanse nos protofilamentos de tal maneira que a tubulina-β dun dímero contacta coa tubulina-α do dímero seguinte. Por iso, os microtúbulos teñen polaridade, xa que presentan tubulina-α nun extremo do polímero (o extremo "menos", -) e tubulina-β no outro (o extremo "mais", +). Os 13 protofilamentos que forman un microtúbulo dispóñense un ao lado do outro, de tal xeito que seguindo as subunidades α ou β lateralmente arredor do micrtúbulo, observaremos que forman unha hélice de tres subunidades. Isto significa que a hélice percorre 3 subunidades ata completar unha volta. Este tipo de hélice non é perfectamente simétrica, o que dá lugar a unha zona de unión na parede do microtúbulo no lugar onde cada hélice completa unha volta. Os protofilamentos interaccionan entre eles lateralmente sobre todo por medio de contactos α–α e β–β, aínda que na zona de unión a tubulina-α contacta coa tubulina-β.

β-tubulina no protista Tetrahymena.

O dímero de tubulina une 2 moles/mol do nucleótido guanosina: un está nun sitio intercambiable, entanto que o segundo non é intercambiable. A tubulina purificada de neuronas contén 1 mol/mol tanto de GTP coma de GDP, e é o GDP o que está unido ao sitio intercambiable. O sitio intercambiable está localizado na subunidade β, e parece que o GTP non intercambiable está unido á subunidade α. A ensamblaxe de microtúbulos é, en case todas as condicións, dependente de GTP ou un análogo non hidrolizable de GTP, unido ao sitio intercambiable. Esta molécula de GTP hidrolízase posteriormente a GDP, que permanece unido ao microtúbulo ensamblado e só é intercambiable cando o microtúbulo se desensambla. Esta mudanza na capacidade de intercambio pode deberse ao empaquetamento das subunidades no microtúbulo ensamblado ou a un cambio de conformación dependente da ensamblaxe.

In vitro, os microtúbulos polimerizan espontaneamente a partir de altas concentraciones de tubulina α e β, en presenza de GTP e Mg²⁺. O proceso de polimerización ocorre en dous pasos: a nucleación, que é a fase limitante, seguida dunha rápida elongación. Pénsase que a nucleación implica a formación dun par de protofilamentos curtos, que constarían de 7, 12 ou 18 dímeros de tubulina α/β. Unha vez que se formou este núcleo, crece rapidamente de maneira lateral e lonxitudinal como unha lámina, ata que se ensamblan arredor de 1000 dímeros; nese momento a lámina péchase sobre si mesma para formar un cilindro. As láminas tamén poden observarse nos extremos en crecemento de microtúbulos preformados, o que suxire que os microtúbulos son polímeros de dúas dimensións, e non un polímero helicoidal, en canto ao seu modo de elongación. Suponse que os microtúbulos se ensamblan do mesmo xeito in vivo, aínda que a concentración de tubulina-α/β dentro das células está por debaixo do nivel que se precisa para que se produza a nucleación espontánea que se observa in vitro, polo que o proceso está catalizado por centros organizadores de microtúbulos (COMTs, en inglés MTOCs), como son os centrosomas nas células animais e o corpo polar do fuso en lévedos. A necesidade de centros organizadores de microtúbulos in vivo permítelle á célula controlar cando e onde se produce a nucleación de microtúbulos. Un gran número de evidencias (experimentos xenéticos, estudos de inhibición con anticorpos, ensaios de complementación in vitro e microscopía de fluorescencia e electrónica) implican á tubulina-γ como a proteína chave responsable da nucleación de microtúbulos in vivo.

Tubulina-γ

Esta proteína está moi conservada, e é aproximadamente un 30% idéntica ás tubulinas α e β, pero non se ensambla na estrutura polimérica dos microtúbulos. Aínda que a súa actividade se concentra nos centros organizadores de microtúbulos, a maior parte da tubulina-γ atópase no citosol. A tubulina-γ citosólica encóntrase principalmente en dous complexos: o complexo maior en anel de tubulina-γ (denominado γTuRC, ou γ-tubulin ring complex) e o complexo pequeno de tubulina-γ (denominado γTuSC, ou γ-tubulin small complex), que é unha subunidade do γTuRC e é análogo ao complexo Tub4 de Saccharomyces cerevisiae.

O complexo γTuRC foi inicialmente illado a partir de ovos do anfibio Xenopus e de células da mosca Drosophila. Consta aproximadamente de 10–14 moléculas de tubulina-γ e polo menos seis proteínas adicionais, xerando un complexo de arredor de 2 MDa. Este complexo está ben conservado, xa que se identificaron complexos similares en células de mamífero. En imaxes de microscopía electrónica, observouse que o complexo γTuRC ten unha estrutura en anel aberto e flexible, de arredor de 25 nm de diámetro. De acordo coa súa estrutura, parece ser que este complexo funciona como un molde, a partir do cal crecen os microtúbulos. Como os microtúbulos celulares normalmente conteñen 13 protofilamentos, o modelo propón que o γTuRC contén 13 unidades de tubulina-γ que interaccionan lateralmente. Porén, datos procedentes de varios estudos suxiren que o complexo γTuRC se ensambla a partir de complexos γTuSCs preformados, que conteñen dúas copias de tubulina-γ e unha copia de cada unha das proteínas homólogas do lévedo S. cerevisiae Spc97 e Spc98. Isto implica que o complexo γTuRC debe conter un número par de moléculas de tubulina-γ, en lugar de 13 como se propuxera inicialmente. Propúxose que os compoñentes do γTuRC que non forman parte dos γTuSC, forman unha "carapucha" (cap) que cobre o extremo "menos" dos microtúbulos, que podería regular a súa actividade, darlle estabilidade á hélice e/ou ancorar o γTuRC ao centrosoma.

Farmacoloxía

As tubulinas son a diana de fármacos anticancerosos como o taxol, Tesetaxel e os "Vinca alcaloides" vinblastina e vincristina. O axente contra a gota colchicina únese á tubulina e inhibe a formación de microtúbulos, parando a motilidade dos neutrófilos e diminuíndo a inflamación. O fármaco antifúnxico Griseofulvin afecta á formación de microtúbulos e ten aplicacións no tratamento do cáncer.