Mikrotubuli-assoziiertes Protein

Zusätzlich zu Tubulin gibt es weitere Proteine in der Zelle, die an Mikrotubuli binden. Diese Proteine werden zusammenfassend als Mikrotubuli-assoziierte Proteine (MAPs) bezeichnet. Im Allgemeinen können MAPs die Stabilität der Mikrotubuli erhöhen, die Assemblierung der Mikrotubuli fördern und die Beziehung zwischen Mikrotubuli und anderen zellulären Komponenten regulieren. Sie sind essenzielle Bestandteile zur Aufrechterhaltung der Struktur und Funktion der Mikrotubuli. MAPs enthalten zwei funktionelle Regionen: eine ist die basische Mikrotubuli-Bindungsdomäne, die an die Seite der Mikrotubuli gebunden ist, und die andere ist die saure, hervorstehende Bindungsdomäne, eine nach außen ragende fadenförmige Struktur, die eine horizontale Brücke zu anderen Zellkomponenten oder Skelettbestandteilen, Zellmembranen usw. aufrechterhält. MAPs besitzen Mikrotubuli-Bindungsaktivität und erfüllen ihre Funktionen durch die Regulierung der Phosphorylierung und Dephosphorylierung spezifischer Aminosäuren. Zu den wichtigsten MAPs gehören MAP1, MAP2, Tau und MAP4. Die ersten drei kommen hauptsächlich in Neuronen vor, während MAP4 in verschiedenen Zelltypen vorhanden ist.

Funktionen

MAP bindet die Tubulin-Untereinheiten, aus denen Mikrotubuli bestehen, um deren Stabilität zu regulieren. Es wurden zahlreiche verschiedene MAPs in vielen unterschiedlichen Zelltypen identifiziert, die eine Vielzahl von Funktionen besitzen. Dazu gehören die Stabilisierung und Destabilisierung von Mikrotubuli, die Ausrichtung von Mikrotubuli an spezifische zelluläre Orte, die Quervernetzung von Mikrotubuli sowie die Vermittlung von Interaktionen der Mikrotubuli mit anderen Proteinen in der Zelle. Innerhalb der Zelle binden MAPs direkt an Tubulin-Dimere der Mikrotubuli. Diese Bindung kann sowohl an polymerisiertes als auch an depolymerisiertes Tubulin erfolgen und führt in den meisten Fällen zur Stabilisierung der Mikrotubuli-Struktur, wodurch die Polymerisation weiter gefördert wird. In der Regel interagiert die C-terminale Domäne von MAP mit Tubulin, während die N-terminale Domäne an Zellvesikel, Intermediärfilamente oder andere Mikrotubuli binden kann. Die MAP-Mikrotubuli-Bindung wird durch die Phosphorylierung von MAP reguliert. Dies geschieht durch die Funktion der Microtubule Affinity-Regulated Kinase (MARK)-Proteine. MARK phosphoryliert MAP und löst es von den gebundenen Mikrotubuli. Diese Trennung ist häufig mit einer Instabilität der Mikrotubuli verbunden, was zu deren Auflösung führen kann. Auf diese Weise wird die durch MAP verursachte Stabilisierung der Mikrotubuli intrazellulär durch Phosphorylierung reguliert.

MARK-Familie

MARK steht für Microtubule-associated protein 2 (MAP-2) an Ser/Thr. Das Gen kodiert ein Protein, das zur Familie der Mikrotubuli-assoziierten Proteine gehört. Es wird angenommen, dass diese Proteinfamilie an der Assemblierung von Mikrotubuli beteiligt ist, einem entscheidenden Schritt in der Neurogenese. MAP2 stabilisiert das Wachstum von Mikrotubuli (MT), indem es MT mit Intermediärfilamenten und anderen MTs vernetzt. Die Produkte ähnlicher Gene bei Ratten und Mäusen sind neuronspezifische Zytoskelett-Proteine, die reichlich in Dendriten vorkommen und eine Rolle bei der Bestimmung und Stabilisierung der Dendritenform während der Entwicklung von Neuronen spielen. Es wurden viele alternative Spleißvarianten beschrieben, die verschiedene Isoformen kodieren.

Funktionen

MARK bindet die Tubulin-Untereinheiten, aus denen Mikrotubuli bestehen, um deren Stabilität zu regulieren. Es wurden zahlreiche verschiedene MAPs in vielen unterschiedlichen Zelltypen identifiziert, die eine Vielzahl von Funktionen besitzen. Dazu gehören die Stabilisierung und Destabilisierung von Mikrotubuli, die Ausrichtung von Mikrotubuli an spezifische zelluläre Orte, die Quervernetzung von Mikrotubuli sowie die Vermittlung der Interaktion von Mikrotubuli mit anderen Proteinen in der Zelle. Innerhalb der Zelle bindet MARK direkt an Tubulin-Dimere der Mikrotubuli. Diese Bindung kann sowohl an polymerisiertes als auch an depolymerisiertes Tubulin erfolgen und führt in den meisten Fällen zur Stabilisierung der Mikrotubuli-Struktur, wodurch die Polymerisation weiter gefördert wird. In der Regel interagiert die C-terminale Domäne von MARK mit Tubulin, während die N-terminale Domäne an Zellvesikel, Intermediärfilamente oder andere Mikrotubuli binden kann. Die MARK-Mikrotubuli-Bindung wird durch die Phosphorylierung von MAP reguliert. Dies geschieht durch die Funktion der Microtubule Affinity-Regulated Kinase (MARK)-Proteine. MARK phosphoryliert MAP und löst es von den gebundenen Mikrotubuli. Diese Trennung ist häufig mit einer Instabilität der Mikrotubuli verbunden, was zu deren Auflösung führen kann. Auf diese Weise wird die durch MARK verursachte Stabilisierung der Mikrotubuli intrazellulär durch Phosphorylierung reguliert.

Referenz:

1. Al-Bassam J; et al. MAP2 und Tau binden längs entlang der äußeren Kanten von Mikrotubulus-Protofilamenten. J. Cell Biol. 2002, 157 (7): 1187–96.