Microtubuli-assoziiertes Protein

Neben Tubulin gibt es andere Proteine in der Zelle, die an Mikrotubuli binden. Diese Proteine werden zusammenfassend als Mikrotubuli-assoziierte Proteine (MAPs) bezeichnet. Im Allgemeinen können MAPs die Stabilität von Mikrotubuli erhöhen, die Assemblierung von Mikrotubuli fördern und die Beziehung zwischen Mikrotubuli und anderen zellulären Komponenten regulieren. Sie sind wesentliche Bestandteile zur Aufrechterhaltung der Struktur und Funktion von Mikrotubuli. MAPs enthalten zwei funktionale Regionen, eine ist die grundlegende Mikrotubuli-Bindungsdomäne, die an der Seite der Mikrotubuli gebunden ist, und die andere ist die saure hervorstehende Bindungsdomäne, die eine nach außen hervorstehende fadenförmige Struktur ist, die eine horizontale Brücke zu anderen Zellkomponenten oder Skelettkomponenten, Zellmembranen usw. aufrechterhält. MAPs haben eine Mikrotubuli-Bindungsaktivität und erreichen ihre Funktionen, indem sie die Phosphorylierung und Dephosphorylierung spezifischer Aminosäuren regulieren. Zu den MAPs gehören hauptsächlich MAP1, MAP2, Tau und MAP4. Die ersten drei sind hauptsächlich in Neuronen vorhanden, während MAP4 in verschiedenen Zellen vorkommt.

Funktionen

MAP bindet die Tubulin-Untereinheiten, aus denen Mikrotubuli bestehen, um deren Stabilität zu regulieren. Eine Vielzahl von MAPs wurde in vielen verschiedenen Zelltypen identifiziert und hat sich als vielfältig in ihren Funktionen erwiesen. Dazu gehören die Stabilisierung und Destabilisierung von Mikrotubuli, die Ausrichtung von Mikrotubuli an spezifischen zellulären Standorten, das Quervernetzen von Mikrotubuli und die Vermittlung von Mikrotubuli-Interaktionen mit anderen Proteinen in der Zelle. Innerhalb der Zelle binden MAPs direkt an Tubulin-Dimere von Mikrotubuli. Diese Bindung kann durch polymerisiertes oder 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, intermediäre Filamente oder andere Mikrotubuli binden kann. Die MAP-Mikrotubuli-Bindung wird durch die MAP-Phosphorylierung reguliert. Dies geschieht durch die Funktion von Mikrotubuli-Affinitäts-regulierten Kinase (MARK)-Proteinen. MARK phosphoryliert MAP und löst es von gebundenen Mikrotubuli. Diese Trennung ist oft mit der Instabilität der Mikrotubuli verbunden, was zu deren Bruch führt. Auf diese Weise wird die Stabilisierung von Mikrotubuli, die durch MAP verursacht wird, intrazellulär durch Phosphorylierung reguliert.

MARK-Familie

MARK steht für Mikrotubuli-assoziiertes Protein 2 (MAP-2) an Ser/Thr. Das Gen kodiert ein Protein, das zur Familie der mikrotubuli-assoziierten Proteine gehört. Man nimmt an, dass diese Familie von Proteinen an der Assemblierung von Mikrotubuli beteiligt ist, einem wesentlichen Schritt in der Neurogenese. MAP2 stabilisiert das Wachstum von Mikrotubuli (MT), indem es MT mit intermediären Filamenten und anderen MTs vernetzt. Die Produkte ähnlicher Gene bei Ratten und Mäusen sind neuronenspezifische Zytoskelettproteine, die reich an Dendriten sind und eine Rolle bei der Bestimmung und Stabilisierung der dendritischen Formen während der Neuronenentwicklung spielen. Viele alternative Spleißvarianten, die unterschiedliche Isoformen kodieren, wurden beschrieben.

Funktionen

MARK bindet die Tubulin-Untereinheiten, aus denen Mikrotubuli bestehen, um deren Stabilität zu regulieren. Eine Vielzahl von MAPs wurde in vielen verschiedenen Zelltypen identifiziert und hat sich als vielfältig in ihren Funktionen erwiesen. Dazu gehören die Stabilisierung und Destabilisierung von Mikrotubuli, die Ausrichtung von Mikrotubuli an spezifischen zellulären Standorten, das Quervernetzen von Mikrotubuli und die Vermittlung der Interaktion von Mikrotubuli mit anderen Proteinen in der Zelle. Innerhalb der Zelle bindet MARK direkt an Tubulin-Dimere von Mikrotubuli. Diese Bindung kann durch polymerisiertes oder 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, intermediäre Filamente oder andere Mikrotubuli binden kann. Die MARK-Mikrotubuli-Bindung wird durch die MAP-Phosphorylierung reguliert. Dies geschieht durch die Funktion von Mikrotubuli-Affinitäts-regulierten Kinase (MARK)-Proteinen. MARK phosphoryliert MAP und löst es von gebundenen Mikrotubuli. Diese Trennung ist oft mit der Instabilität der Mikrotubuli verbunden, was zu deren Bruch führt. Auf diese Weise wird die Stabilisierung von Mikrotubuli, die durch MARK verursacht wird, intrazellulär durch Phosphorylierung reguliert.

Referenz:

1. Al-Bassam J; et al. MAP2 and tau bind longitudinally along the outer ridges of microtubule protofilaments. J. Cell Biol. 2002, 157 (7): 1187–96.