Mikrotuubulid: struktuur, funktsioon ja haigused

Mikrotuubulid on valkfilamentid, millel on torukujuline struktuur ja mis koos aktiin- ja vahefilamentidega moodustavad eukarüootsete rakkude tsütoskeleti. Nad stabiliseerivad rakku ja osalevad ka rakusiseses transpordis ja liikumises.

Mis on mikrotuubulid?

Mikrotuubulid on torukujulised polümeerid, mille valgu struktuurid on läbimõõduga umbes 24 nm. Koos teiste niitidega moodustavad nad rakud andva tsütoskeleti tugevus ja kuju. Lisaks on neil oluline roll rakkude liikumisel ning nad on ka ripsmete, lipukeste, tsentrioolide ja tuumvõlli olulised elemendid. Mikrotuubulid on ka väga olulised vähk ravi. Mõnda ainet, millel on mõju kasvajarakkude jagunemisele, kasutatakse juba kemoterapeutikumide või tsütostaatikumid.

Anatoomia ja struktuur

Mikrotuubulid koosnevad alfa- ja beeta-tubuliini dimeeridest (heterodimeerid). Heterodimeerid on mikrotuubulite alaüksused, mida nimetatakse ka protofilamentideks. Protofilamentide abil moodustatakse õõnes keha spiraali kujul interkalatsiooni teel, ühes otsas on ainult alfa-tubuliini üksused ja teises otsas ainult beeta-tubuliini alaühikud. Alfa- ja beeta-tubuliinil on omadus siduda 1 GTP molekul. Alfa-tubuliini korral on GTP seondunud pöördumatult. Heterodimeerid asuvad eelistatavalt plussotsas, seetõttu kasvab selles suunas mikrotuubul, samas kui miinusots moodustab stabiilse külje. Mikrotuubul on pikkusega üks mikromeeter kuni mitusada mikromeetrit. Mikrotuubulite paigutus on kas singlett, duplett või kolmik. Hõõgniidid pärinevad tavaliselt mikrotuubulite organiseerimiskeskusest, kuhu kuuluvad näiteks tsentrioolid või aluskehad. Lisaks eristatakse kahte erinevat populatsiooni: dünaamilised, lühiajalised mikrotuubulid ja stabiilsed, pikaealised mikrotuubulid. Stabiilsed mikrotuubulid moodustavad lipukeste, ripsmete ja tsentrioolide karkassi. Pikaealisi mikrotuubuleid leidub ka neuronite aksonites või sperma rakke. Seal pakuvad nad paindlikkust, stabiilsust ja liikuvust. Dünaamilisi mikrotuubuleid leidub ka seal, kus on vaja kiiret ümberkujundamist. Lisaks tagavad nad jaotus of kromosoomid tütarrakkudes. Mikrotuubulid ehitatakse üles või lagundatakse vaheldumisi, kusjuures nende ülesehitamine või lagunemine toimub peamiselt plussotsas. Mikrotuubul kasvab seni, kuni heterodimeere pole enam piisavalt. Seejärel algab depolümerisatsioon, mis põhjustab kontsentratsioon tubuliini taas tõusmiseks ja uue kasvu alustamiseks. Erinevad ained peatavad depolümerisatsiooni või polümerisatsiooni, neid kasutatakse haiguste raviks.

Funktsioon ja ülesanded

Mikrotuubulitel on multifunktsionaalsed ülesanded. Need mõjutavad kromosoomid ja vesiikulite liikumine, mis toimib nagu rööbastee süsteem. Vesikula aktiivsus on mootori transpordi eeldus valgud. Transport toimub tänu valgud kinesiin ja dyneiin, mis paiknevad vesiikuli pinnal. Düsneiini poolt hõivatud vesiikulid transporditakse plussist miinusesse otsa, samas kui kinesiini poolt hõivatud vesiikulid transporditakse vastupidises suunas. Üksikute mikrotuubulite kokkupanemisel moodustuvad keerukad struktuurid. Nende hulka kuuluvad tsentrioolid ja aluskehad. Tsentrioolid koosnevad üheksast mikrotuubli kolmikust, mis koosnevad kahest mittetäielikust ja ühest mikrotuubulist. Aluskehad on tsentrioolidega sama struktuuriga. Need asuvad raku pinna all ning neil on lipsu ja kinotsiilia ankurdamise funktsioon. Kinotsiilid koosnevad kesksest mikrotuubulipaarist ja üheksast mikrotuubulite duplettist. Kinotseile leidub valdavalt epiteelirakkudes ja need transpordivad raku pinnal väikesi osakesi. Cilia koosneb plasmamembraanist ja neid leidub eukarüootsete rakkude pinnal. Nende keskus koosneb stabiilsetest mikrotuubulitest, mis on paigutatud kimbu kujul. Cilia tagab vedeliku liikumise kogu rakupinnal. Näiteks kasutavad mõned algloomad neid toiduosakeste kogumiseks. Epiteelirakkudes leidub palju ripsmeid, kus nad transpordivad surnud rakke või tolmuosakesi sisaldavaid limakihte kurku, et need saaksid seejärel erituda. Lisaks loovad ripsmed munajuha seinale voolu, et munarakke saaks transporditakse läbi munajuha. Flagella (flagella) struktuur on sama, mis kinotsilia, kuid need on palju pikemad ja teenivad rakkude liikumist. See hõlmab näiteks sperma liikumine ja algloomade transport.

Haigused

Primaarse tsiliaarse düsplaasia korral on kinotsiilia konstrueeritud defektselt ja dyneiini arv molekulid on vähenenud. Primaarne tsiliaarne düsplaasia on pärilik haigus, mida esineb väga harva ja mille korral transpordimehhanism hingab sisse bakterid ja osakesed ei tööta korralikult. Seetõttu puudub kinotsiilia liikumine või see on väga koordineerimata. Sel põhjusel on mustuseosakesed koos bronhide lima või sekretsiooniga paranasaalsed siinused korralikult ära transportida, mis viib bronhektaasia (pöördumatu bronhide laienemine), krooniliseks bronhiit või krooniliseks sinusiit. Kui lipulaev lööb sperma on meestel häiritud, viljatus tekib. Sisse Alzheimeri haiguse korral leitakse patsientide ajust muutunud mikrotuubuleid. Selle haiguse korral mõjutab ensüüm MARK2 valku tau. Normaalsetes rakkudes on tau seotud mikrotuubulitega, stabiliseerides neid. Kuid kui MARK2 toimib tau-le, ilmnevad rakkude transpordisüsteemi tsütoskeleti ebastabiilsus ja häired, mis on üks Alzheimeri haigus.