БИОХИМИЯ, 2008, том 73, вып. 6, с. 782 - 803
УДК 577.218
ЦЕНТРОСОМА - ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МУЛЬТИБЕЛКОВЫЙ КЛЕТОЧНЫЙ КОМПЛЕКС
Обзор
© 2008 г. И.Б. Алиева1, Р.Э. Узбеков*1, 2
1 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ им. М.В. Ломоносова,
119992 Москва 2 Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М.В. Ломоносова,119992 Москва; факс: (495)939-3181, электронная почта: rustuzbekov@aol.com и irina_alieva@belozersky.msu.ru
Поступила в редакцию 20.08.07 После доработки 12.11.07
Представлен обзор современного состояния знаний о многочисленных белках и белковых ансамблях, выявляемых в составе центросомы, которые можно разделить на следующие функциональные группы: белки, обеспечивающие нуклеацию микротрубочек; белки, участвующие в заякоривании микротрубочек; белки, отвечающие за дупликацию центриолей; белки-регуляторы клеточного цикла; белки-регуляторы роста первичной реснички, белки-регуляторы цитокинеза. Предложена структурно-временная классификация белков центросомы и дана схема взаимосвязей между белками различных центросомальных комплексов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: белки, центросома, центриоль, микротрубочки, клеточный цикл.
Центросома — клеточная органелла, видимая на светооптическом уровне как плотная гранула, имеет сложную ультраструктуру, сходную в большинстве исследованных клеток животных. В ее состав входит пара центриолей (структур цилиндрической формы, состоящих из девяти триплетов микротрубочек (МТ)), которые окружены перицентриолярным материалом (рис. 1). Следует отметить, что МТ триплетов центриолярных цилиндров крайне устойчивы и, в отличие от цитоплазматических МТ, не разбираются под действием митостатиков и холода [1—3]; их можно разрушить лишь на выделенных центриолях высокими концентрациями солей [4]. После удаления триплетов центриоль сохраняет свою форму — полученную структуру назвали центриолярной оправой (centriolar rim) [4]. Следовательно, основу центриолярных цилиндров составляют не столько триплеты МТ, сколько окружающий их материал — матрикс центриолей.
Центриоли в паре различны, одна из них, зрелая или материнская, в отличие от второй, незрелой или дочерней, несет на себе дополнительные
Принятые сокращения: МТ — микротрубочки, АТ — антитела.
* Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.
структуры: перицентриолярные сателлиты и придатки. Другое отличие материнской центрио-ли состоит в том, что она способна формировать первичную ресничку, с которой часто ассоциированы исчерченные корешки. Длина зрелого центриолярного цилиндра в среднем составляет 0,3—0,5 мкм, диаметр его около 0,2 мкм. Наряду с компонентами, упомянутыми выше, в состав центросомы клеток отдельных типов могут входить и дополнительные структуры, например, свободные фокусы схождения микротрубочек. Составляющие центросому элементы и сами по себе устроены сложно. Детальный анализ всех морфологических аспектов ее строения был дан в наших предыдущих публикациях [5, 6].
В настоящей работе мы представляем обзор данных о белках и белковых комплексах, выявляемых в составе центросомы, анализ которых необходим для понимания принципов функционирования этой органеллы в клетке.
КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ ЦЕНТРОСОМЫ
Центросомальные белки могут быть классифицированы по нескольким параметрам. Во-первых, существуют структурные белки, непосред-
ственно входящие в состав центриолей или локализованные в перицентриолярном материале. Во-вторых, центросомальные белки могут быть постоянно связаны с центросомой или появляться в ее составе в определенные моменты клеточного цикла. В-третьих, центросомальные белки могут быть классифицированы по их функциям: белки-моторы, регуляторные белки клеточного цикла, компоненты комплекса нуклеации МТ и т.д. Любой из центросомальных белков по соответствующей выбранному параметру классификации будет входить в ту или иную выделенную группу. Таким образом, дать универсальную классификацию, охватывающую все известные на настоящий момент белки центросомы, невозможно. Такое положение создает определенную интригу в данной области исследований и заставляет по-новому взглянуть на весь массив
имеющихся данных, накопленных со времен ранних светооптических и электронномикроско-пических экспериментов, и в нынешнюю эпоху молекулярной идентификации белков.
На основе анализа известных на настоящий момент фактов нами предложена структурно-временная классификация белков, основанная на разном сродстве белков с основными компонентами центросомы. Эта классификация вытекает из результатов экспериментов, в которых последовательно удалялись белки выделенных центросом [7], а также из наблюдений за формированием центросомы, функционирующей как центр нуклеации МТ [8]. В первом случае наблюдалась последовательная потеря центро-сомальных белков, коррелирующая с потерей функциональной активности центросомы, а во втором - восстанавление нуклеирующей актив-
Рис. 1. Упрощенная схема строения центросомы в интерфазных клетках млекопитающих в начале 8-фазы клеточного цикла: материнская и дочерняя центриоли, а также растущие от них процентриоли окружены перицентриолярным материалом; на материнской центриоли расположены перицентриолярные сателлиты и придатки. Первичная ресничка и исчерченные корешки не показаны
ности по мере накопления ею белков. В отличие от основанной на аналогичном подходе классификации Андерсена [9], мы не отождествляем центриоль и центросому, считая первую базовым компонентом последней, и рассматриваем как раздельные компоненты матрикс центриоли и перицентриолярный материал. Вместе с тем, мы не акцентируемся исключительно на МТ-полимеризующей активности центросомы, а предлагаем полифункциональный подход. Поскольку в настоящее время накоплено достаточно данных (полученных методом подавления синтеза исследуемых белков с помощью коротких интерференционных РНК) о зависимости центросомальной локализации одних белков от наличия в ее составе других, мы используем для своей классификации данные о межбелковых взаимодействиях в дополнение к результатам экспериментов по устойчивости центросомаль-
ных белков к солевой и карбамидной экстракции. Следовательно, наша классификация позволяет рассматривать центросому не только с точки зрения нуклеации МТ, но и в связи с другими, присущими ей активностями.
Таким образом, можно выделить три группы белков. Первая — белки триплетов МТ и мат-рикса центриолей, ко второй относятся белки перицентриолярного материала, к третьей — белки, лабильно ассоциированные с центросомой (таблица). Часть белков из второй и третьей групп ассоциирована с центросомой не постоянно, а на определенных стадиях клеточного цикла, такие белки мы классифицируем как факультативные (таблица). Такая классификация, на наш взгляд, позволяет максимально обобщить известные на настоящий момент данные о белках центросомы и оставляет возможность для развития по мере накопления новых данных.
Структурно-временная классификация основных белков центросомы
Белки триплетов и матрикса центриолей Белки перицентриолярного материала Белки, ассоциированные с центросомой
а-Тубулин* ■у-тубулин СБК 1-киназа
Р-Тубулин* у-Т^С-комплекс1 Хк1р2-мотор
Тектины* у-ТиЯС-комплекс2 динеин
у-Тубулин 8-тубулин динактиновый комплекс3
Центрин е-тубулин у-тубулин**
Перицентрин П-тубулин катанин
Нинеин центросомин а NuMA
Ценексин РСМ-1 комплекс дупликации4
Ь8р 73 Nek2-кинaзa р53
ТСР-1 центросомин В Аврора A-киназа
СЕР110 CP190 PLK-киназа
Центриолин CP60 Eg5-мотор
Центробин Мр В23
CG-NAP/ACAP450 циклин А
CDK2/циклин Е
D-TACC
MSPS
XMAP215
Д|иЬа
HEF1
* Белки триплетов МТ ** Дополнительный пул, рекрутируемый из цитоплазмы в митозе.
1 В состав у-Т^С-комплекса входят две молекулы у-тубулина и по одной молекуле GCP2- и GCP3-белков.
2 В составе у-Ж^ комплекса содержится несколько копий у-тубулина и, по крайней мере, пять других белков — GCP2, GCP3, GCP4, GCP5 и GCP6.
3 В состав динактинового комплекса входят следующие белки: ЕВ1, р150С1ией, р135°1иеа, р62, динамитин (р50), Агр1 (цент-рактин), р37 (CapZa), р32 (CapZP), р27, р24.
4 В состав комплекса дупликации центриолей входят белки SPD-2, ZYG-1, 8А8-6, 8А8-5, 8А8-4 и их гомологи. Обычным шрифтом даны факультативные белки, наличие или концентрация которых в центросоме зависит от стадии клеточного цикла. В таблицу не внесены белки, данные о локализации которых в центросоме противоречивы или неполны.
БЕЛКИ ТРИПЛЕТОВ ЦЕНТРИОЛЕЙ
Классические белки семейства тубулинов.
Первыми охарактеризованными белками центросом были, естественно, составляющие основу МТ триплетов центриолярных цилиндров а- и в-тубулины, образующие димер с молекулярной массой 110 кДа (50-55 кДа для каждого из тубулинов). Даже у эволюционно далеких друг от друга организмов последовательности аминокислот в молекулах тубулинов идентичны примерно на 40%. Практически идентичны тубули-ны птиц и млекопитающих [10-12]. Внутренняя гомология (а-а или в-в) между последовательностями тубулинов из разных организмов составляет около 60%, а у животных достигает 97% для а-тубулина и 95% для в-тубулина [13]. Универсальность построения МТ с одной стороны, и многообразие клеточных структур, имеющих в своем составе МТ с другой стороны, подразумевают наличие модификаций МТ и/или составляющих их тубулинов в зависимости от выполняемой ими функции.
Во-первых, в каждом организме существуют несколько изоформ как а-, так и в- тубулинов. У позвоночных их обычно от двух до семи для каждого из тубулинов [14, 15]. Сходство между соответствующими изоформами из разных видов больше, чем между разными изоформами у одного вида [11, 16]. Было показано, что МТ могут содержать одновременно все экспрессирую-щиеся в клетке изоформы [17]. С другой стороны, есть данные о неоднородном распределении различных изоформ в МТ-структурах, что вероятно также связано с различной способностью изоформ к посттрансляционным изменениям [18] и к их взаимодействию с белками, ассоциированными с МТ [19].
Во-вторых, молекулы тубулина подвергаются посттрансляционным изменениям преимущественно вблизи вариабельного С-конца [15, 20]. Детирозилирование, пол
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.