Microtubuli zijn eiwitfilamenten met een buisvormige structuur en vormen samen met actine en intermediaire filamenten het cytoskelet van eukaryote cellen. Ze stabiliseren de cel en nemen ook deel aan transport en beweging binnen de cel.
Wat zijn microtubuli?
Microtubuli zijn buisvormige polymeren waarvan de eiwitstructuren ongeveer 24 nm in diameter zijn. Samen met andere filamenten vormen ze het cytoskelet dat cellen geeft sterkte en vorm. Bovendien spelen ze ook een essentiële rol bij celbeweging en zijn ze ook belangrijke elementen van cilia, flagella, centriolen en nucleaire spindels. Microtubuli zijn ook erg belangrijk in kanker therapie Sommige middelen die een effect hebben op de celdeling van tumoren worden al gebruikt in de vorm van chemotherapeutica of cytostatica.
Anatomie en structuur
Microtubuli zijn samengesteld uit alfa- en bèta-tubuline-dimeren (heterodimeren). De heterodimeren zijn de subeenheden van microtubuli, die ook wel protofilamenten worden genoemd. De protofilamenten bouwen het holle lichaam op in de vorm van een spiraal door intercalatie, met alleen alfa-tubuline-eenheden aan het ene uiteinde en alleen bèta-tubuline-subeenheden aan het andere uiteinde. Alfa- en bètatubuline hebben de eigenschap 1 molecuul GTP te binden. Bij alfa-tubuline is GTP onomkeerbaar gebonden. De heterodimeren bevinden zich bij voorkeur aan het plus-uiteinde, daarom groeit een microtubulus in deze richting, terwijl het min-uiteinde de stabiele kant vormt. Een microtubule is tussen één micrometer en enkele honderden micrometers lang. De opstelling van microtubuli is singlet, duplet of triplet. De filamenten zijn normaal gesproken afkomstig van het microtubulus-organiserende centrum, dat bijvoorbeeld de centriolen of de basale lichamen omvat. Daarnaast worden twee verschillende populaties onderscheiden: dynamische, kortlevende microtubuli en stabiele, langlevende microtubuli. De stabiele microtubuli vormen het schavot van flagella, cilia en centriolen. Bovendien worden langlevende microtubuli ook aangetroffen in de axonen van neuronen of in de flagellen van sperma cellen. Daar zorgen ze voor flexibiliteit, stabiliteit en mobiliteit. Dynamische microtubuli worden ook aangetroffen waar snelle hermodellering vereist is. Bovendien zorgen ze voor de distributie of chromosomen in de dochtercellen. Microtubuli worden afwisselend opgebouwd of afgebroken, waarbij de opbouw of afbraak voornamelijk aan het positieve uiteinde plaatsvindt. Een microtubulus groeit totdat er niet meer genoeg heterodimeren zijn. Depolymerisatie begint dan, waardoor de concentratie van tubuline om weer te stijgen en een hernieuwde groei om te beginnen. Verschillende stoffen stoppen depolymerisatie of polymerisatie, deze worden gebruikt om ziekten te behandelen.
Functie en taken
Microtubuli hebben multifunctionele taken. Ze beïnvloeden de opstelling van chromosomen en blaasjesbeweging, die functioneert als een railsysteem. Vesikelactiviteit is een voorwaarde voor het transport van motoriek eiwitten Het transport vindt plaats ivm de eiwitten kinesine en dyneïne, die zich op het oppervlak van de blaasjes bevinden. Blaasjes die worden ingenomen door dyneïne worden getransporteerd van het plus- naar het min-uiteinde, terwijl blaasjes die worden ingenomen door kinesine in de tegenovergestelde richting worden getransporteerd. Wanneer individuele microtubuli worden geassembleerd, worden complexe structuren gevormd. Deze omvatten de centriolen en de basale lichamen. Centriolen zijn samengesteld uit negen microtubuli-tripletten, bestaande uit twee incomplete en één complete microtubulus. Basale lichamen hebben dezelfde structuur als centriolen. Ze bevinden zich onder het celoppervlak en hebben de functie om flagella en kinocilia te verankeren. Kinoceils zijn samengesteld uit een centraal microtubuli-paar en negen microtubuli-duplets. Kinoceils worden voornamelijk op epitheelcellen aangetroffen en transporteren kleine deeltjes op het oppervlak van de cel. Cilia bestaan uit een plasmamembraan en worden aangetroffen op het oppervlak van eukaryote cellen. Hun centrum bestaat uit stabiele microtubuli gerangschikt in de vorm van een bundel. Cilia zorgen voor de beweging van vloeistof over het celoppervlak. Ze worden bijvoorbeeld door sommige protozoa gebruikt om voedseldeeltjes te verzamelen. Veel trilhaartjes worden aangetroffen op epitheelcellen, waar ze slijmlagen met dode cellen of stofdeeltjes naar de keel transporteren, zodat ze vervolgens kunnen worden uitgescheiden. Daarnaast creëren trilharen een stroom op de eileiderwand zodat de eicellen kunnen worden afgevoerd. vervoerd door de eileider. Flagella (flagella) hebben dezelfde structuur als kinocilia, maar ze zijn veel langer en dienen voor celbeweging. Dit omvat bijvoorbeeld sperma voortbeweging en protozoa transport.
Ziekten
Bij primaire ciliaire dysplasie zijn de kinocilia defect geconstrueerd en het aantal dyneïne moleculen is verminderd. Primaire ciliaire dysplasie is een erfelijke ziekte die zeer zelden voorkomt en waarbij het transportmechanisme dat ingeademd draagt bacteriën en deeltjes werken niet goed. Als gevolg hiervan is de beweging van de kinocilia afwezig of zeer ongecoördineerd. Om deze reden komen de vuildeeltjes met het bronchiale slijm of de afscheiding van de neusbijholten kan niet goed worden weggevoerd, wat leidt tot bronchiëctasieën (onomkeerbare bronchiale dilatatie), tot chronisch bronchitis of chronisch sinusitis Als de flagellaire beat van de sperma is gestoord bij mannen, onvruchtbaarheid treedt op. In Alzheimer ziekte, worden veranderde microtubuli gevonden in de hersenen van patiënten. Bij deze ziekte beïnvloedt het enzym MARK2 het eiwit tau. In normale cellen wordt tau gebonden aan microtubuli, waardoor ze worden gestabiliseerd. Wanneer MARK2 echter inwerkt op tau, treedt instabiliteit van het cytoskelet en verstoring van het celtransportsysteem op, wat een van de kenmerken is van Alzheimer ziekte.
