Մասնակից:Elen Khachikyan/Ավազարկղ1

Տուբուլինի և միկրոխողովակների միջնորդավորված գործընթացների հայտնաբերումը կապված է մանրադիտակի հայտնագործմամբ Լևենհուկի կողմից (1677)։ Այնուամենայնիվ մանրաթելային բնույթը հայտնաբերվել է երկու դար անց՝ առաջադեմ լուսային մանրադիտակների միջոցով և հաստատվել է 20-րդ դարում էլեկտրոնային մանրադիտակի և կենսաքիմիական հետազոտությունների միջոցով^[8]։

Էուկարիոտներում միկրոխողովակներն երկար, խոռոչավոր գլաներ են, որոնք բաղկացած են պոլիմերացված α և β տուբուլինային դիմերներից։ Միկրոխողովակների խոռոչ գլանների ներքին տարածությունը կոչվում է բացվածք^[10]։ α և β տուբուլինի ստորաբաժանումները մոտավորապես 50% նույնական են ամինաթթուների մակարդակում, և երկուսն էլ ունեն մոտավորապես 50 կդա մոլեկուլային քաշ^[11][12]։

Այս α և β տուբուլինի դիմերները ծայրից ծայր պոլիմերացվում են գծային պրոտոֆիլամենտների մեջ, որոնք միանում են լայնակի ուղղությամբ՝ կազմելով մեկ միկրոխողովակ, որն այնուհետև կարող է երկարացվել՝ ավելացնելով ավելի շատ α և β տուբուլինի դիմերներ։ Ընդհանուր առմամբ, միկրոխողովակները ձևավորվում են տասներեք պրոտոֆիլամենտների զուգահեռ միավորմամբ, չնայած միկրոխողովակներն, որոնք բաղկացած են ավելի քիչ կամ ավելի պրոտոֆիլամենտներից, դիտվել են տարբեր տեսակների, ինչպես նաև արհեստական պայմաններում^[13][14]։

Միկրոխողովակներն ունեն հստակ բևեռականություն, ինչը կարևոր է նրանց կենսաբանական ֆունկցիայի համար։ Տուբուլինը պոլիմերացվում է ծայրից ծայր, ընդ որում մեկ տուբուլինի դիմերի β ենթաբաժինները շփվում են հաջորդ դիմերի α ենթաբաժինների հետ։ Հետևաբար, պրոտոֆիլամենտում մի ծայրում կբացվեն α-ենթաբաժինները, իսկ մյուս ծայրում կբացվեն β-ենթաբաժիններն։ Այս ծայրերը համապատասխանաբար նշվում են որպես (−) և (+) ծայրեր։ Պրոտոֆիլամենտները դասավորված են միմյանց զուգահեռ՝ նույն բևեռականությամբ, այսպիսով, միկրոխողովակում կա մի ծայր՝ ( + ) վերջ, որի վրա բաց են միայն β-ստորաբաժանումները, իսկ մյուս ծայրում՝ ( − ) վերջ՝ բաց են միայն α-ստորաբաժանումները։ Չնայած միկրոխողովակների երկարացումը կարող է առաջանալ ինչպես (+), այնպես էլ (−) ծայրերում, բայց (+) վերջում դա տեղի է ունենում զգալիորեն ավելի արագ։

Պրոտոֆիլամենտների կողային ասոցիացիան կազմում է պսևդովինտային կառուցվածք, ընդ որում պարույրի մեկ պտույտը պարունակում է 13 տուբուլինի դիմեր, որոնցից յուրաքանչյուրը տարբեր պրոտոֆիլամենտներից է։  Ամենատարածված ճարտարապետության մեջ 13-րդ տուբուլինի դիմերը փոխազդում է հետևյալ տուբուլինի դիմերի հետ՝ 3 տուբուլինի մոնոմերով ուղղահայաց տեղաշարժով՝ շրջադարձի պարուրաձևության պատճառով։ Կան այլընտրանքային ճարտարապետություններ, ինչպիսիք են 11-3, 12-3, 14-3, 15-4 կամ 16-4, որոնք հայտնաբերվել են շատ ավելի ցածր հաճախականությամբ։ Միկրոխողովակները կարող են նաև վերափոխվել այլ ձևերի, ինչպիսիք են պարուրաձև թելերն, որոնք նկատվում են ամենապարզ օրգանիզմներում, ինչպիսիք են ֆորամինիֆերները։ Գոյություն ունեն երկու տարբեր տեսակի փոխազդեցություններ, որոնք կարող են առաջանալ կողային պրոտոֆիլամենտի ենթաբաժինների միջև միկրոխողովակների ներսում, որոնք կոչվում են A և B տիպի վանդակաճաղեր։ A տիպի վանդակաճաղում պրոտոֆիլամենտի կողային ասոցիացիաներն առաջանում են հարևան α և β տուբուլինի ենթաբաժինների միջև (այսինքն՝ մեկ պրոտոֆիլամենտի α-տուբուլինի ենթաբաժինը փոխազդում է հարակից պրոտոֆիլամենտի β-տուբուլինի ենթաբաժնի հետ)։ β տիպի վանդակաճաղում α և β-տուբուլինի ենթաբաժինները մեկ պրոտոֆիլամենտից փոխազդում են համապատասխանաբար հարակից պրոտոֆիլամենտից α և β-տուբուլինի ենթաբաժինների հետ։ Փորձարարական ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ B տիպի վանդակաճաղը միկրոխողովակների ներսում հիմնական դասավորությունն է։ Այնուամենայնիվ, միկրոխողովակների մեծ մասում կա կար, որտեղ տուբուլինի ենթաբաժինները փոխազդում են α և β-ի հետ։

β տուբուլինը միանում է գոյություն չունեցող կովալենտային կապի համատեքստում α տուբուլինի հետ, որոնք միացված ձևով հետերոդիմերներ են, քանի որ դրանք բաղկացած են երկու տարբեր պոլիպեպտիդներից (β-տուբուլին և α-տուբուլին)։ Այս երկու պոլիպեպտիդները կազմում են α տուբուլինը, իսկ α տուբուլինը՝ α տուբուլինը։ β տուբուլինի և α-տուբուլինի հիմնական տարբերությունն այն է, որ β-տուբուլինի և α-տուբուլինի միջև կապն այսպիսով, հետերոդիմերների ձևավորումից հետո նրանք միանում են միասին՝ կազմելով երկար շղթաներ, որոնք, փոխաբերական իմաստով, բարձրանում են նույն ուղղությամբ (օրինակ՝ վերև)։ Այս հետերոդիմերներն, որոնք միացված են որոշակի ուղղությամբ, կազմում են պրոտոֆիլամենտներ։ Այս երկար շղթաները (պրոտոֆիլամենտները) այժմ աստիճանաբար կուտակվում են միմյանց կողքին, որպեսզի ձևավորվի խողովակային կառուցվածք, որն ունի խողովակիը բնորոշ լուսավորություն։ Համապատասխանաբար, հիմնականում 13 պրոտոֆիլեմենտները կազմում են միկրոխողովակների արտաքին պատը։  Հետերոդիմերները կազմված են դրական և բացասական ծայրերից, α տուբուլինը կազմում է բացասական վերջ, իսկ β տուբուլինը՝ դրական վերջ։ Շնորհիվ այը բանի, որ հետերոդիմերները գտնվում են միմյանց վրա, միշտ կան բացասական և դրական ծայրեր։ Միկրոխողովակներն աճում են գումարած վերջում հետերոդիներներ ավելացնելով։

Պրոստեկոբակտերիաների որոշ տեսակներ պարունակում են նաև միկրոխողովակներ։ Այս մանրէային միկրոխողովակների կառուցվածքը նման է էուկարիոտիկ միկրոխողովակների կառուցվածքին, որոնք բաղկացած են մանրէային տուբուլին A և բակտերիալ տուբուլին B հետերոդիմերներից հավաքված խոռոչ պրոտոֆիլամենտներից։ Ի տարբերություն էուկարիոտիկ միկրոխողովակների, բակտերիալ միկրոխողովակները չեն պահանջում շապերոններ ծալելու համար։ Ի տարբերություն էուկարիոտիկ միկրոխողովակների 13 պրոտոֆիլամենտի, բակտերիալ միկրոխողովակները բաղկացած են ընդամենը հինգից։

Միկրոխողովակները բջջակմախքի մի մասն են՝ բջջի ցիտոպլազմայի ներսում կառուցվածքային ցանց։ Միկրոխողովակների բջջակմախքի գործառույթները ներառում են մեխանիկական աջակցություն, ցիտոպլազմայում, տրանսպորտ, շարժունակություն և քրոմոսոմների տարանջատում։ Նեյրոններում միկրոխողովակները հայտնի են որպես նեյրոխողովակներ, և դրանք կարող են ձևափոխել ակտինի՝ բջջակմախքի մեկ այլ բաղադրիչի դինամիկան^[15]։ Միկրոխողովակն ի վիճակի է աճել և կծկվել՝ ուժ առաջացնելու համար, և կան փոխադրող սպիտակուցներ, որոնք թույլ են տալիս օրգանոիդներին և բջջային այլ բաղադրիչներին շարժվել միկրոխողովակով^[16]։ Դերերի այս համադրությունը միկրոխողովակները կարևոր է դարձնում ներբջջային բաղադրիչների տեղափոխման համար։

Բջջում միկրոխողովակների գործառույթը կախված է բջջի տեսակից։ Էպիթելիում միկրոխողովակների պոլիմերի բացասական ծայրերն ամրագրված են բջիջ-բջիջ շփման վայրի մոտ և տեղակայված են գագաթային-բազալ առանցքի երկայնքով։ Միջուկի ձևավորումից հետո բացասական ծայրերն ազատվում են, այնուհետև նորից ամրացվում են ծայրամասում։ Այսպիսով, դրանք կարող են նպաստել սպիտակուցների, վեզիկուլների և օրգանոիդների տեղափոխմանը բջջի գագաթային բազալ առանցքի երկայնքով^[17]։ Ֆիբրոբլաստներում և մեզենքիմալ բջիջների այլ տեսակների մեջ միկրոխողովակները կցվում են ցենտրիոլին և իրենց գումարած ծայրերով շեղվում են դեպի դուրս՝ դեպի բջջի ծայրամաս (ինչպես ցույց է տրված առաջին նկարում)։ Այս բջիջներում միկրոխողովակները կարևոր դեր են խաղում բջիջների միգրացիայի գործում։ Ավելին, միկրոխողովակների բևեռականության վրա ազդում են փոխադրող սպիտակուցներն, որոնք կազմում են բջջի բազմաթիվ բաղադրիչներ, ներառյալ էնդոպլազմային ցանցն և գոլջիի ապարատը։

Ծագում

Նուկլեացիան այն իրադարձությունն է, որը նախաձեռնում է դիմեր տուբուլինից միկրոխողովակների ձևավորումը։ Միկրոխողովակները սովորաբար ունեն նուկլեացիա և կազմվում են օրգանոիդների կողմից, որոնք կոչվում են միկրոխողովակների կենտրոններ։ Միկրոխողովակների կենտրոնի ներսում կա տուբուլինի մեկ այլ տեսակ՝ γ տուբուլին, որը տարբերվում է հենց միկրոխողովակների α և β ստորաբաժանումներից ։ γ տուբուլինը միանում է մի քանի այլ հարակից սպիտակուցների հետ՝ ձևավորելով փական, որը հայտնի է որպես γ տուբուլինի օղակաձև համալիր։ Այս համալիրը գործում է որպես մատրիցա՝ α և β տուբուլինի դիմերների պոլիմերացումը սկսելու համար։ Այն գործում է որպես գլխարկ (−) վերջում, մինչդեռ միկրոխողովակների աճը շարունակվում է միկրոխողովակների կենտրոնից՝ (+) ուղղությամբ։

Ցոնտրիոլը բջիջների տեսակների մեծ մասի հիմնական միկրոխողովակների կենտրոնն է։ Այնուամենայնիվ, միկրոխողովակները կարող են միջուկներ առաջացնել նաև այլ վայրերից։ Օրինակ՝ թարթիչներն ու մտրակների հիմքում ունեն միկրոխողովակների կենտրոն, որոնք կոչվում են բազալ մարմիններ։ Բացի այդ, Վանդերբիլթում գտնվող Կավերինայի խմբի, ինչպես նաև այլ գիտնականների աշխատանքն ենթադրում է, որ գոլջիի ապարատը կարող է ծառայել որպես կարևոր հարթակ միկրոխողովակների առաջացման համար^[18]։ Քանի որ ցենտրիոլում սաղմերի ձևավորումն էապես սիմետրիկ է, գոլջիի հետ կապված միկրոխողովակներում սաղմերի ձևավորումը կարող է թույլ տալ բջիջին անհամաչափություն հաստատել միկրոխողովակների ցանցում։ Ապացուցված է, որ այն փոխազդում է γ տուբուլինի հետ և մեծացնում է միկրոխողովակների խտությունը միտոտիկ իլիկի շուրջը։

Բջիջների որոշ տեսակներ, ինչպիսիք են բույսերի բջիջները, չեն պարունակում հստակ սահմանված միկրոխողովակներ։ Այս բջիջներում ցիտոպլազմայի առանձին հատվածներից առաջանում են միկրոխողովակներ^[19]։ Բջիջների այլ տեսակներ, ինչպիսիք են տրիպանոսոմատիդային մակաբույծներն, ունեն միկրոխողովակների կենտրոն, բայց այն մշտապես գտնվում է մտրակի հիմքում։ Այստեղ կառուցվածքային գործառույթներ կատարելու և միտոտիկ իլիկի առաջացման համար միկրոխողովակների առաջացումը չի բխում կանոնական ցենտրիոլեպանման միկրոխողովակների կենտրոնից։

Պոլիմերացում

Սկզբնական ծագման գործընթացից հետո աճող պոլիմերին պետք է ավելացվեն տուբուլինի մոնոմերներ։ Մոնոմերների ավելացման կամ հեռացման գործընթացը կախված է լուծույթում α և β տուբուլինի դիմերների կոնցենտրացիայից՝ կապված կրիտիկական կոնցենտրացիայի հետ, այն դիմերների հաստատված կոնցենտրացիան է, որի դեպքում միկրոխողովակի վերջում այլևս ցանց չի հավաքվում կամ ապամոնտաժվում։ Եթե դիմերների կոնցենտրացիան գերազանցում է կրիտիկական կոնցենտրացիան, միկրոխողովակը պոլիմերացվում և աճում է^[20]։

Դինամիկ անկայունություն

Դինամիկ անկայունությունը վերաբերում է միկրոխողովակի ծայրերում հավաքման և ապամոնտաժման համակեցությանը։ Միկրոխողովակը կարող է դինամիկ կերպով փոխվել այս տարածքում աճի և սեղմման փուլերի միջև։ Տուբուլինի դիմերները կարող են կապել երկու GTP մոլեկուլ, որոնցից մեկը հավաքվելուց հետո կարող է հիդրոլիզացվել^[21]։ Պոլիմերացման ընթացքում տուբուլինի դիմերները գտնվում են GTP-ի հետ կապված վիճակում։ α տուբուլինի հետ կապված GTP-ն կայուն է և այս կապակցված վիճակում կատարում է կառուցվածքային գործառույթ։ Այնուամենայնիվ, β տուբուլինի հետ կապված GTP-ն կարող է հիդրոլիզացվել GDP-ին հավաքվելուց անմիջապես հետո^[22]։ GDP տուբուլինի հավաքման հատկությունները տարբերվում են GTP տուբուլինի հատկություններից, քանի որ GDP տուբուլինն ավելի հակված է ապապոլիմերացման։ Միկրոխողովակի ծայրին գտնվող GDP-ի հետ կապված տուբուլինի ստորաբաժանումը հակված է ընկնելու, չնայած Միկրոխողովակի մեջտեղում գտնվող GDP-ի հետ կապված տուբուլինը չի կարող ինքնաբերաբար դուրս գալ պոլիմերից։ Քանի որ տուբուլինը միանում է միկրոխողովակի ծայրին GTP-ի հետ կապված վիճակում, ենթադրվում է, որ միկրոխողովակի ծայրին կա GTP-ի հետ կապված տուբուլինի գլխարկ, որը պաշտպանում է այն ապամոնտաժումից։ Երբ հիդրոլիզը հասնում է միկրոխողովակի ծայրին, սկսվում է արագ ապապոլիմերացում և նեղացում։ Աճից նեղանալու այս անցումը կոչվում է աղետ։ GTP-ի հետ կապված տուբուլինը կարող է նորից սկսել ավելացվել միկրոխողովակի ծայրին՝ ապահովելով նոր գլխարկ և պաշտպանելով միկրոխողովակը նեղացումից^[23]։

Որոնում և գրավում մոդել

1986 թվականին Մարկ Կիրշներն և Թոմ Միտչիսոնն ենթադրեցին, որ միկրոխողովակներն օգտագործում են աճի և սեղմման իրենց դինամիկ հատկություններն իրենց դրական ծայրերում՝ բջջի 3D տարածությունն ուսումնասիրելու համար։ Բացի այդ, ծայրերն, որոնք բախվում են կինետոխորներին կամ բևեռականության տարածքներին, գրավվում են և այլևս աճ կամ նեղացում չեն ցուցաբերում։ Ի տարբերություն սովորական դինամիկ միկրոխողովակների, որոնց կես կյանքը 5-10 րոպե է, թակարդված միկրոխողովակները կարող են պահպանվել մի քանի ժամ։ Այս գործընթացը կարող է տևել մի քանի ժամ^[24]։ Այս գաղափարը սովորաբար հայտնի է որպես որոնման և գրավման մոդել։ Իրոք, այդ ժամանակից ի վեր կատարված աշխատանքը մեծապես հաստատեց այս գաղափարը^[25]։ Ցույց է տրվել, որ կինետոխորում տարբեր բարդույթներ գրավում են (+) միկրոխողովակների ծայրերն։ Ավելին, նկարագրվել է նաև միջֆազային միկրոխողովակների (+) ծայրերի գրավման ակտիվությունն^[26][27][28]։ 

Հետթարգմանական փոփոխություններ

Չնայած միկրոխողովակների մեծ մասի կյանքը 5-10 րոպե է, որոշ միկրոխողովակներ կարող են կայուն մնալ մի քանի ժամվա ընթացքում։ Սա կարող է հանգեցնել նրան, որ միկրոխողովակները մնան կայուն^[29]։ Այս կայունացված միկրոխողովակները կուտակում են հետթարգմանական փոփոխություններ իրենց տուբուլինային ստորաբաժանումներում՝ միկրոխողովակների հետ կապված ֆերմենտների գործողությամբ^[30][31]։ Այնուամենայնիվ, երբ միկրոխողովակն ապապոլիմերացվում է, այդ փոփոխությունների մեծ մասն արագորեն շրջելի են լուծվող ֆերմենտներով։ Քանի որ փոփոխության ռեակցիաների մեծ մասը դանդաղ է ընթանում, մինչդեռ դրանց հակադարձ ռեակցիաներն արագ են, փոփոխված տուբուլինը հայտնաբերվում է միայն երկարատև կայուն միկրոխողովակների վրա։ Այս փոփոխությունների մեծ մասը տեղի է ունենում տուբուլինի C-տերմինալ շրջանում։ Այս շրջանն, որը հարուստ է բացասական լիցքավորված գլուտամատով, կազմում է համեմատաբար չկառուցված պոչեր, որոնք դուրս են գալիս միկրոխողովակից և շփումներ են կազմում շարժիչների հետ։ Այսպիսով, ենթադրվում է, որ տուբուլինի փոփոխությունները կարգավորում են շարժիչների փոխազդեցությունը միկրոխողովակի հետ։ Քանի որ այս կայուն փոփոխված միկրոխողովակները սովորաբար կողմնորոշված են դեպի միջֆազային բջիջների բջջայիը բևեռականության տեղամաս, փոփոխված միկրոխողովակների այս ենթաբազմությունն ապահովում է մասնագիտացված երթուղի, որն օգնում է վեզիկուլները հասցնել այս բևեռացված գոտիներ։ Այս փոփոխությունները ներառում են։

• C-տերմինալ թիրոզինի հեռացում ալֆա-տուբուլինից։ Այս ռեակցիայի արդյունքում գլուտամատը ձևավորվում է նոր C-վերջում։ Արդյունքում, այս փոփոխությունը կուտակող միկրոխողովակները հաճախ անվանում են գլու-միկրոխողովակներ^[32]։
• Դելտա-2։ Ալֆա-տուբուլինի C-վերջից վերջին երկու մնացորդների հեռացում։ Ի տարբերություն դետիրոզինացիայի, ենթադրվում է, որ այս ռեակցիան անշրջելի է և գրանցվել է միայն նեյրոններում^[33]։
• Ացետիլացում։ Ացետիլ խմբի ավելացում լիզին 40 ալֆա-տուբուլինին։ Այս փոփոխությունը տեղի է ունենում լիզինի հետ, որը հասանելի է միայն միկրոխողովակի ներսից, և անհասկանալի է մնում, թե ինչպես են ֆերմենտները մուտք գործում լիզինի մնացորդ^[34]։ Տուբուլինի ացետիլտրանսֆերազի բնույթը մնում է վիճելի, բայց պարզվել է, որ կաթնասունների մոտ հիմնական ացետիլտրանսֆերազը ATAT1 է։ Այնուամենայնիվ, հայտնի է, որ հակադարձ ռեակցիան կատալիզացվում է HDAC6-ի կողմից։ Ացետիլացման իրական ազդեցությունը միկրոխողովակների կառուցվածքի և գործառույթի վրա մնում է խուսափողական^[35][36]։
• Պոլիգլուտամիլացում, ալֆա-տուբուլինի վերջի մոտ հայտնաբերված հինգ գլուտամատներից որևէ մեկի գամմա-կարբոքսիլային խմբին գլուտամատի պոլիմերի ավելացում (սովորաբար 4-6 մնացորդ երկարությամբ)։ TTL-ին պատկանող ֆերմենտներն ավելացնում են սկզբնական ճյուղավորված գլուտամատը (TTL4, 5 և 7), մինչդեռ նույն ընտանիքին պատկանող մյուս ֆերմենտները երկարացնում են պոլիգլուտամատային շղթան (TTL6,11 և 13)^[37]։
• Պոլիգլիցերիլացում.Գլիցինի պոլիմերի ավելացում (2-10 մնացորդային երկարություն) բետա-տուբուլինի վերջի մոտ հայտնաբերված հինգ գլուտամատներից որևէ մեկի գամմա-կարբոքսիլային խմբին։ TTL3 - ն և 8-ն ավելացնում եը բնօրինակ ճյուղավորված Գլիցինը, մինչդեռ TTL10-ը երկարացնում է պոլիգլիցինի շղթան։

Հայտնի է նաև, որ տուբուլինը ֆոսֆորիլացված է, ուբիկվիտինացված, սումոյացված և պալմիտոյացված^[38]։

Տուբուլինը կապող դեղեր և քիմիական էֆեկտներ

Կան դեղերի լայն տեսականի որոնք ի վիճակի է կապվել տուբուլինի հետ և փոխել դրա հավաքման հատկություններն։ Այս դեղամիջոցները կարող են ազդեցություն ունենալ ներբջջային կոնցենտրացիաների վրա, որոնք շատ ավելի ցածր են, քան տուբուլինը։ Միկրոխողովակների դինամիկային այս միջամտությունը կարող է հանգեցնել բջջային ցիկլի դադարեցմանն և կարող է հանգեցնել ծրագրավորված բջիջների մահվան՝ ապոպտոզի։ Այնուամենայնիվ, կան ապացույցներ, որոնք ենթադրում են, որ միկրոխողովակների դինամիկային միջամտելը բավարար չէ միտոզի ենթարկված բջիջներն արգելափակելու համար^[39]։ Այս ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ դինամիկայի ճնշումը տեղի է ունենում միտոզի արգելափակման համար անհրաժեշտ կոնցենտրացիաներից ցածր։ Միկրոխողովակների դինամիկայի ճնշումը տուբուլինի մուտացիաներով կամ դեղորայքային բուժմամբ խանգարում է բջիջների միգրացիային։ Միկրոխողովակների և կայունացուցիչները, և ապակայունացնողները կարող են ճնշել միկրոխողովակների դինամիկան։

Դեղամիջոցներն, որոնք կարող են փոխել միկրոխողովակների դինամիկան, ներառում են՝

• Քաղցկեղի դեմ պայքարի տաքսանի դասի դեղամիջոցները (պակլիտաքսել (տաքսոլ) և դոցետաքսել) արգելափակում են դինամիկ անկայունությունը՝ կայունացնելով միկրոխողովակների հետ կապված տուբուլինը։ Այսպիսով, նույնիսկ այն ժամանակ, երբ GTP հիդրոլիզը հասնում է միկրոխողովակի ծայրին, ապապոլիմերացում տեղի չի ունենում, և միկրոխողովակը հետ չի սեղմվում։

Տաքսանները (միայնակ կամ պլատինի ածանցյալների (կարբոպլատին) կամ գեմցիտաբինի հետ համատեղ) օգտագործվում են կրծքագեղձի և գինեկոլոգիայի չարորակ նորագոյացությունների, սկուամոզային քաղցկեղի (գլխի և պարանոցի քաղցկեղ, թոքերի քաղցկեղի որոշ տեսակներ) և այլնի դեմ։

• Էպոտիլոններն գործում են տաքսանների նման։
• Վինորելբինը, նոկոդազոլը, վինկրիստինն և կոլխիցինը հակառակ ազդեցությունն են ունենում՝ արգելափակելով տուբուլինի պոլիմերացումը միկրոխողովակների մեջ։
• Էրիբուլինը կապվում է միկրոխողովակների ( + ) աճող ծայրին։ Էրիբուլինն ունի իր հակաուռուցքային ազդեցությունը՝ երկարատև և անդառնալի միտոտիկ շրջափակումից հետո քաղցկեղի բջիջների ապոպտոզ առաջացնելով։

Հաղորդվել է, որ β3 տուբուլինի արտահայտությունը փոխում է բջջային պատասխանները դեղամիջոցներով պայմանավորված միկրոխողովակների դինամիկայի ճնշմանն։ Ընդհանուր առմամբ, դինամիկան սովորաբար ճնշվում է միկրոխողովակային պատրաստուկների ցածր, ենթատոքսիկ կոնցենտրացիաներով, որոնք նույնպես խանգարում են բջիջների միգրացիային։ Այնուամենայնիվ, β3 տուբուլինի ներառումը միկրոխողովակներում մեծացնում է դեղամիջոցի կոնցենտրացիան, որն անհրաժեշտ է դինամիկան ճնշելու և բջիջների միգրացիան արգելակելու համար։ Այսպիսով β3 տուբուլին արտահայտող ուռուցքները դիմացկուն են ոչ միայն միկրոխողովակներին ուղղված դեղամիջոցների ցիտոտոքսիկ ազդեցությանն, այլև ուռուցքի մետաստազները ճնշելու նրանց ունակությանն։ Ավելին β3 տուբուլինի արտահայտությունը նաև հակազդում է այդ դեղերի անտիոգենեզն արգելակելու ունակությանն, ինչը սովորաբար նրանց գործողության մեկ այլ կարևոր կողմ է^[40]։

Միկրոխողովակների պոլիմերները չափազանց զգայուն են շրջակա միջավայրի տարբեր ազդեցությունների նկատմամբ։ Ազատ կալցիումի շատ ցածր մակարդակը կարող է ապակայունացնել միկրոխողովակները, և դա խանգարել է վաղ հետազոտողներին ուսումնասիրել պոլիմերը։ Սառը ջերմաստիճանը նաև առաջացնում է միկրոխողովակների արագ ապապոլիմերացում։ Ի հակադրություն, ծանր ջուրը նպաստում է միկրոխողովակների պոլիմերի կայունությանը^[41]։

Միկրոխողովակների հետ կապված սպիտակուցներ (քարտեզներ)

Քարտեզները կարևոր դեր են խաղում միկրոխողովակների դինամիկայի կարգավորման գործում։ Միկրոխողովակների պոլիմերացման, ապապոլիմերացման և աղետի տեմպերը տարբերվում են՝ կախված նրանից, թե որ միկրոխողովակների հետ կապված սպիտակուցներն են (քարտեզներ) առկա։ Ուղեղի հյուսվածքից Ի սկզբանե հայտնաբերված քարտեզները կարող են դասակարգվել երկու խմբի՝ կախված դրանց մոլեկուլային քաշից։ Այս առաջին դասը ներառում է քարտեզներ, որոնց մոլեկուլային քաշը 55-62 կդա-ից պակաս է, և դրանք կոչվում են τ (տաու) սպիտակուցներ^[42]։ Ցույց է տրվել, որ այդ սպիտակուցներն ուղղակիորեն կապում են միկրոխողովակները, նպաստում սերունդներին և կանխում ապամոնտաժումն, ինչպես նաև առաջացնում զուգահեռ զանգվածների ձևավորում^[43]։ Բացի այդ, ցույց է տրվել նաև, որ τ սպիտակուցները կայունացնում են աքսոնների միկրոխողովակներն և մասնակցում ալցհեյմերի հիվանդության զարգացմանն։ Երկրորդ դասը բաղկացած է 200-1000 կդա մոլեկուլային քաշով քարտեզներից, որոնցից հայտնի են չորս տեսակ՝ ՄԱՊ-1, ՄԱՊ-2, ՄԱՊ-3 և ՄԱՊ-4։ MAP-1 սպիտակուցները բաղկացած են երեք տարբեր սպիտակուցների հավաքածուից՝ A, B և C։ C սպիտակուցը կարևոր դեր է խաղում վեզիկուլների հետադիմական փոխադրման մեջ և հայտնի է նաև որպես ցիտոպլազմային դինեին։ MAP-2 սպիտակուցները տեղակայված են դենդրիտներում և նեյրոնների մարմնում, որտեղ դրանք կապվում են բջջակմախքի այլ թելերի հետ։ MAP-4 սպիտակուցները հայտնաբերված են բջիջների մեծ մասում և կայունացնում են միկրոխողովակները։ Բացի քարտերից, որոնք կայունացնող ազդեցություն ունեն միկրոխողովակների կառուցվածքի վրա, այլ քարտեզները կարող են ապակայունացնող ազդեցություն ունենալ կամ պառակտման միջոցով, կամ միկրոխողովակների ապապոլիմերացման դրդմամբ։ Պարզվել է, որ երեք սպիտակուցներ, որոնք կոչվում են կատանին, սպաստին և ֆիջեթին, կարգավորում են միկրոխողովակների քանակն ու երկարությունն իրենց ապակայունացնող գործունեության միջոցով^[44]։

Քարտեզներն աքսոնների և դենդրիտների բջջակմախքի տարբեր ձևերի որոշիչներ են, իսկ դենդրիտներում միկրոխողովակները գտնվում են միմյանցից ավելի հեռու^[45]։

Փոխադրող սպիտակուցներ

Միկրոխողովակները կարող են հանդես գալ որպես փոխադրող սպիտակուցների ենթաշերտեր, որոնք մասնակցում եը բջջային կարևոր գործառույթներին, ինչպիսիք են վեզիկուլների տեղափոխումն և բջիջների բաժանումն։ Ի տարբերություն միկրոխողովակների հետ կապված այլ սպիտակուցների, փոխադրող սպիտակուցներն օգտագործում են ԱԵՖ-ի հիդրոլիզի էներգիան՝ մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար, որը սպիտակուցը տեղափոխում է թիրախի երկայնքով։ Հիմնական փոխադրող սպիտակուցներն, որոնք փոխազդում են միկրոխողովակների հետ,սովորաբար շարժվում են դեպի միկրոխողովակի (+) ծայր, իսկ դինեինն, որը շարժվում է դեպի (−) ծայրը։

• Դինեինը բաղկացած է երկու նույնական ծանր շղթաներից, որոնք կազմում են գնդաձև գլխիկով երկու մեծ տիրույթներ՝ միջանկյալ և թեթև շղթաների փոփոխական քանակ։ Դինեինով միջնորդավորված տրանսպորտը տեղի է ունենում միկրոխողովակի ( + ) վերջից ( - ) վերջ։ ԱԵՖ-ի հիդրոլիզը տեղի է ունենում գլոբուլային գլխի տիրույթներում, որոնք նմանություններ ունեն AAA+ սպիտակուցների ընտանիքի հետ։ Այս տիրույթներում ԱԵՖ-ի հիդրոլիզը կապված է միկրոխողովակների երկայնքով միկրոխողովակները կապող տիրույթների միջոցով շարժման հետ։ Դինեինը տեղափոխում է վեզիկուլներն ու օրգանոիդներն ամբողջ ցիտոպլազմայում։ Դա անելու համար դինեինի մոլեկուլները կապում են օրգանոիդների թաղանթները սպիտակուցային համալիրի միջոցով, որը պարունակում է մի շարք տարրեր, ներառյալ դինակտինը։
• Կինեզինն ունի դինեինի նման կառուցվածք։ Կինեզինը մասնակցում է տարբեր ներբջջայիը բեռների, այդ թվում՝ վեզիկուլների, օրգանոիդների, սպիտակուցայիը բարդույթների և mRNA-ների տեղափոխմանը դեպի միկրոխողովակի (+) վերջ^[46]։

Որոշ վիրուսներ (ներառյալ ռետրովիրուսները, հերպեսի վիրուսները, պարվովիրուսներն և ադենովիրուսները), որոնք պահանջում են մուտք գործել միջուկ՝ իրենց գենոմները վերարտադրելու համար, կցվում են փոխադրող սպիտակուցներին։

Ցենտրիոլ

Զենտրիոլը միտոզի ընթացքում բջջի հիմնական միկրոխողովակների կազմակերպման կենտրոն ն է։ Յուրաքանչյուր ցենտրիոլ բաղկացած է միկրոխողովակների 9 տրիպլետներից, որոնք կողմնորոշված են միմյանց նկատմամբ ճիշտ անկյան տակ։ Յուրաքանչյուր ցենտրիոլի երկարությունը մոտավորապես 400 նմ է, իսկ շրջագիծը՝ մոտ 200 նմ^[47]։

Ցենտրիոլը կարևոր նշանակություն ունի միտոզի համար, քանի որ գործընթացում ներգրավված միկրոխողովակների մեծ մասը գալիս է ցենտրիոլից։ Յուրաքանչյուր միկրոխողովակի բացասական ծայրերը սկսվում են ցենտրիոլից, մինչդեռ դրական ծայրերը բաժանվում եը բոլոր ուղղություններով։ Այսպիսով, ցենտրիոլը նույնպես կարևոր է միտոզի ժամանակ միկրոխողովակների բևեռականությունը պահպանելու համար^[48]։

Բջիջների մեծ մասն իր բջջային ցիկլի մեծ մասում ունի միայն մեկ ցենտրիոլ, սակայն միտոզից անմիջապես առաջ ցենտրիոլը կրկնօրինակվում է, և բջիջը պարունակում է երկու ցենտրիոլ^[49]։ Միկրոխողովակներից մի քանիսն, աճում են անմիջապես քույր ցենտրիոլից։ Այս միկրոխողովակները կոչվում են աստղային միկրոխողովակներ։ Աստղային միկրոխողովակների օգնությամբ ցենտրիոլները միմյանցից հեռանում եը բջջի հակառակ կողմեր։ Այնտեղ հայտնվելուց հետո միտոզի համար անհրաժեշտ միկրոխողովակների այլ տեսակներ կարող են սկսվել ձևավորվել, ներառյալ միջբևեռային միկրոխողովակներն և կինետոխորային միկրոխողովակերը^[50]։

Միտոզի ընթացքում ցենտրիոլների և միկրոխողովակների վերաբերյալ վերջին կարևոր նշումն այն է, որ չնայած ցենտրիոլը միտոզի համար անհրաժեշտ է, ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ որպեսզի միկրոխողովակները ձևավորվեն և ճիշտ տեղում լինեն, ցենտրիոլներն իրենք անհրաժեշտ չեն միտոզի առաջացման համար։

Միկրոխողովակների ենթադասեր

Աստղային միկրոխողովակները միկրոխողովակների ենթադաս են, որոնք գոյություն ունեն միայն միտոզի ժամանակ և դրա շուրջ։ Դրանք գալիս են ցենտրիոլից, բայց չեն փոխազդում քրոմոսոմների, կինետոխորների կամ միկրոխողովակների հետ, որոնք գալիս են մեկ այլ ցենտրիոլից^[51]։ Փոխարենը, նրանց միկրոխողովակները շեղվում են դեպի բջջաթաղանթ։ Երբ նրանք այնտեղ են, նրանք փոխազդում են հատուկ փոխադրող սպիտակուցների հետ, որոնք ստեղծում են ուժ, և որը ձգում է միկրոխողովակներն և այդպիսով ամբողջ ցենտրիոլը դեպիբջջաթաղանթ։ Ինչպես նշվեց վերևում, սա օգնում է ցենտրիոլներին բջիջում հեռանալ միմյանցից։ Այնուամենայնիվ, այս աստղային միկրոխողովակները չեն փոխազդում հենց միտոտիկ իլիկի հետ։ Փորձերը ցույց են տվել, որ առանց այս աստղային միկրոխողովակների, միտոտիկ իլիկը կարող է ձևավորվել, այնուամենայնիվ, բջջում դրա կողմնորոշումը միշտ չէ, որ ճիշտ է, և, հետևաբար, միտոզն այնքան էլ արդյունավետ չի լինում։ Աստղային միկրոխողովակների մեկ այլ հիմնական գործառույթը ցիտոկինեզի օգնությունն է։ Աստղային միկրոխողովակները փոխազդում են բջջաթաղանթի փոխադրող սպիտակուցների հետ՝ ձգելով իլիկն և ամբողջ բջիջն որպես ամբողջություն, հենց որ քրոմոսոմները կրկնօրինակվեն^[52]։

Բևեռային միկրոխողովակները միկրոխողովակների դաս են, որոնք միտոզի ժամանակ նույնպես շեղվում են ցենտրիոլից։ Այս միկրոխողովակները շեղվում են դեպի միտոտիկ իլիկ ի տարբերություն աստղային միկրոխողովակների։ Բևեռային միկրոխողովակները միկրոխողովակների ամենատարածված և դինամիկ ենթադասն են։ Միտոտիկ իլիկի միկրոխողովակների մոտ 95 տոկոսը կարելի է բնութագրել որպես բևեռային։ Բացի այդ, այս միկրոխողովակների կյանքը չափազանց կարճ է, քանի որ այն մեկ րոպեից պակաս է^[53]։ Բևեռային միկրոխողովակներն, որոնք չեն կցվում կինետոխորներին, կարող են նպաստել քրոմոսոմների միավորմանը կինետոխորների հետ կողային փոխազդեցության միջոցով^[54]։

Կինետոխորային միկրոխողովակները միտոտիկ միկրոխողովակների երրորդ կարևոր ենթադասն են։ Այս միկրոխողովակներն ուղիղ կապեր են ստեղծում կինետոխորների հետ միտոտիկ իլիկում։ Յուրաքանչյուր կինետոխորային միկրոխողովակ բաղկացած է 20-40 զուգահեռ միկրոխողովակներից, որոնք կազմում են ամուր խողովակ և մի ծայրով կցված է ցենտրիոլին, իսկ մյուս ծայրով՝ յուրաքանչյուր քրոմոսոմի կենտրոնում գտնվող կինետոխորին։ Քանի որ յուրաքանչյուր ցենտրիոլ ունի կինետոխորային միկրոխողովակ, որը միանում է քրոմոսոմների յուրաքանչյուր զույգին, քրոմոսոմները միտոտիկ իլիկի մեջտեղում կապվում են կինետոխորային միկրոխողովակերի հետ։Կինետոխորային միկրոխողովակերն ունեն շատ ավելի երկար կյանք, քան միջբևեռային միկրոխողովակները՝ 4-ից 8 րոպե։ Միտոզի վերջում յուրաքանչյուր կինետոխորային միկրոխողովակ կազմող միկրոխողովակները սկսում են անջատվել՝ դրանով իսկ փակելով կինետոխորային միկրոխողովակերը^[55]։ Քանի որ կինետոխորային միկրոխողովակերը կրճատվում են, զուգակցված քրոմոսոմները բաժանվում են ցիտոկինեզից անմիջապես առաջ։ Կինետոխորային միկրոխողովակերն ի սկզբանե կայունանում են իրենց դրական ծայրում կինետոխորներով և աճում այնտեղից։ Այս կինետոխորային միկրոխողովակերի բացասական ծայրն, ի վերջո, միանում է գոյություն ունեցող բևեռային միկրոխողովակին և դրանով իսկ միանում է ցենտրիոլին։

Միկրոխողովակի միջուկը միտոտիկ բաժանման ժամանակ

Միտոտիկ բաժանմանը մասնակցող միկրոխողովակների մեծ մասը մտնում է ցենտրիոլի կազմի մեջ։ Ցենտրոմերն միտոզի ժամանակ կապվում է քրոմատինի հետ՝ ստեղծելով գրադիենտ, որն ապահովում է քրոմոսոմների մոտ միկրոխողովակների տեղային առաջացումը։ Բացի այդ, երկրորդ ուղին, որը հայտնի է որպես բարդույթ (որոշ օրգանիզմներ օգտագործում են ավելի ուսումնասիրված բարդույթ, հանդես է գալիս որպես միտոտիկ բաժանման միկրոխողովակների առաջացման լրացուցիչ միջոց^[56]։

Բջջային միգրացիա

Միկրոխողովակների ծայրերը հաճախ տեղայնացված են որոշակի կառույցներում։ Բևեռացված միջֆազային բջիջներում միկրոխողովակներն անհամաչափորեն կողմնորոշվում են միկրոխողովակների կենտրոնից դեպի բևեռականության վայր, ինչպիսին է գաղթող ֆիբրոբլաստների առաջատար եզրն։ Ենթադրվում է, որ այս կոնֆիգուրացիան օգնում է միկրոխողովակների հետ կապված վեզիկուլները գոլջիից հասցնել բևեռականության վայր։

Միկրոխողովակների դինամիկ անկայունությունը նույնպես անհրաժեշտ է կաթնասունների բջիջների մեծ մասի միգրացիայի համար^[57]։ Դինամիկ միկրոխողովակները կարգավորում են հիմնական G սպիտակուցների մակարդակն^[58], որոնք կարգավորում են բջիջների կծկողականությունն և դրանց տարածումը^[59]։ Դինամիկ միկրոխողովակները նույնպես անհրաժեշտ են կիզակետային կպչունության ոչնչացումը նախաձեռնելու համար, ինչն անհրաժեշտ է միգրացիայի համար^[60]։ Երբ բջջի հետևի եզրին գտնվող միկրոխողովակները դինամիկ են, նրանք ի վիճակի են վերադասավորվել՝ հետ քաշումն ապահովելու համար։ Երբ դինամիկան ճնշվում է, միկրոխողովակները չեն կարող վերադասավորվել և, hետևաբար, հակազդում են կծկվող ուժերին^[61]։ Միկրոխողովակների ճնշված դինամիկայով բջիջների կազմաբանության ցույց է տալիս, որ բջիջները կարող են քաշել առջևի եզրը (բևեռացված շարժման ուղղությամբ), բայց դժվարանում են հետ քաշել հետևի եզրը^[62]։ Մյուս կողմից, դեղամիջոցի բարձր կոնցենտրացիաները կամ միկրոխողովակների մուտացիաներն, որոնք ապապոլիմերացնում են միկրոխողովակները, կարող են վերականգնել բջիջների միգրացիան, բայց տեղի է ունենում կողմնորոշման կորուստ։ Կարելի է եզրակացնել, որ միկրոխողովակները գործում են ինչպես բջիջների շարժումը սահմանափակելու, այնպես էլ ուղղությունը հաստատելու համար։

Թարթիչներ և մտրակներ

Միկրոխողովակները կարևոր կառուցվածքային դեր են խաղում էուկարիոտների մտրակներում և թարթիչներում։ Մտրակներն և թարթիչներն դուրս են գալիս անմիջապես միկրոխողովակների կենտրոնից և կոչվում բազալ մարմին։ Դինեինի փոխադրող սպիտակուցների գործողությունը միկրոխողովակների տարբեր թելերի վրա, որոնք անցնում են թարթիչների կամ մտրակների երկայնքով, թույլ է տալիս թեքվել և ուժ առաջացնել լողալու, արտաբջջային նյութը տեղափոխելու և այլ գործառույթներ կատարելու համար։ Պրոկարիոտներն ունեն տուբուլինի նման սպիտակուցներ։ Այնուամենայնիվ, պրոկարիոտների թարթիչներն կառուցվածքով ամբողջովին տարբերվում է էուկարիոտների թարթիչներից և չեն պարունակում միկրոխողովակների վրա հիմնված կառուցվածքներ^[63]։

Զարգացում

Միկրոխողովակների կողմից ձևավորված բջջակմախքն անհրաժեշտ է օրգանիզմի զարգացման մորֆոգենետիկ գործընթացի համար։ Օրինակ՝ բևեռացված միկրոխողովակների ցանցն անհրաժեշտ է դրոզոֆիլ ֆտղաճանճի ձվի ներսում իր սաղմնավորման ընթացքում՝ ձվի առանցքը հաստատելու համար^[64]։ Ֆոլիկուլյար բջիջների և ձվաբջջի միջև ուղարկված ազդանշաններն (օրինակ՝ էպիդերմալ աճի գործոնի) առաջացնում են միկրոխողովակների վերակազմավորում այնպես, որ դրանց (-) ծայրերը տեղակայվեն ձվի ստորին մասում՝ բևեռացնելով կառուցվածքն և հանգեցնելով առաջի-հետին առանցքի առաջացմանը^[65]։

Մեկ այլ տարածք, որտեղ միկրոխողովակները կարևոր դեր են խաղում, ողնաշարավորների նյարդային համակարգի զարգացումն է, որտեղ տուբուլինի և հարակից սպիտակուցների (օրինակ՝ միկրոխողովակների հետ կապված սպիտակուցների) դինամիկան նրբորեն վերահսկվում է նյարդային համակարգի զարգացման ընթացքում^[66]։

Գեների կարգավորում

Բջջայիը բջջակմախքը դինամիկ համակարգ է, որը գործում է շատ տարբեր մակարդակներում, բացի բջջին որոշակի ձև հաղորդելուց և վեզիկուլների և օրգանոիդների տեղափոխումն աջակցելուց, այն կարող է նաև ազդել գեների արտահայտման վրա։ Այս հաղորդակցության մեջ ներգրավված ազդանշանի փոխանցման մեխանիզմները քիչ են ուսումնասիրված։ Այնուամենայնիվ, նկարագրվել է թմրամիջոցների միջնորդությամբ միկրոխողովակների ապապոլիմերացման և արտագրման գործոնների հատուկ արտահայտման կապ, որը տեղեկատվություն է տրամադրել գեների դիֆերենցիալ արտահայտման վերաբերյալ՝ կախված այդ գործոնների առկայությունից^[67]։ Բջջային կմախքի և բջջային պատասխանի կարգավորման միջև այս կապը կախված է նաև աճի գործոնների գործողության հետ, օրինակ նման կապ գոյություն ունի շարակցական հյուսվածքի աճի գործոնում^[68]։

Վիքիպահեստ նախագծում կարող եք այս նյութի վերաբերյալ հավելյալ պատկերազարդում գտնել Elen Khachikyan/Ավազարկղ1 կատեգորիայում։

• MBInfo - Microtubules
• 3D microtubule structures in the EM Data Bank(EMDB)
• Protocols for generating microtubules