En biología molecular, puede referirse a la superfamilia de proteínas de tubulina de las proteínas globulares, o a una de las proteínas miembros de esa superfamilia.
Las tubulinas α y β se polimerizan en microtúbulos, un componente principal del citoesqueleto eucariótico. Los microtúbulos funcionan en muchos procesos celulares esenciales, incluida la mitosis.
Fármacos de unión a la tubulina matan células cancerosas mediante la inhibición de la dinámica de microtúbulos, que son necesarios para la segregación de ADN y por lo tanto la división celular.
En eucariotas hay seis miembros de la superfamilia de tubulina, aunque no todos están presentes en todas las especies. Ambas tubulinas α y β tienen una masa de alrededor de 50 kDa y, por lo tanto, están en un rango similar en comparación con la actina con 42 kDa.
Por el contrario, los polímeros de tubulina (microtúbulos) tienden a ser mucho más grandes que los filamentos de actina debido a su naturaleza cilíndrica.
Durante mucho tiempo se pensó que la tubulina era específica de las eucariotas. Sin embargo, se ha demostrado que varias proteínas procariotas están relacionadas con la tubulina.
Caracterización
La tubulina se caracteriza por la familia Tubulin / FtsZ conservada evolutivamente, dominio de la proteína GTPasa.
Este dominio de la proteína GTPasa se encuentra en todas las cadenas de tubulina eucariota, así como la bacteriana proteína Tubz, el archaeal proteína CETZ, y la FtsZ, familia de proteínas muy extendida en bacterias.
Microtúbulos
Las tubulinas α y β se polimerizan en microtúbulos dinámicos. En eucariotas, los microtúbulos son uno de los principales componentes del citoesqueleto y funcionan en muchos procesos, incluido el soporte estructural, el transporte intracelular y la segregación del ADN.
Los microtúbulos se ensamblan a partir de dímeros de las tubulinas α y β. Estas subunidades son ligeramente ácidas con un punto isoeléctrico entre 5.2 y 5.8. Cada uno tiene un peso molecular de aproximadamente 50 kDa.
Para formar microtúbulos, los dímeros de las tubulinas α y β se unen a GTP y se ensamblan en los extremos (+) de los microtúbulos en el estado unido a GTP.
La subunidad β-tubulina está expuesta en el extremo positivo de los microtúbulos mientras que la subunidad α-tubulina está expuesta en el extremo negativo.
Después de que el dímero se incorpora al microtúbulo, la molécula de GTP unida a la subunidad de β-tubulina finalmente se hidroliza en GDP mediante contactos interdímeros a lo largo del protofilamento de los microtúbulos.
Si el miembro β-tubulina del dímero de tubulina se une a GTP o GDP influye en la estabilidad del dímero en el microtúbulo. Los dímeros unidos a GTP tienden a ensamblarse en microtúbulos, mientras que los dímeros unidos a GDP tienden a desmoronarse; por lo tanto, este ciclo de GTP es esencial para la inestabilidad dinámica de los microtúbulos.
Microtúbulos bacterianos
Se han identificado homólogos de las tubulinas α y β en el género de bacterias Prosthecobacter. Se designan BtubA y BtubB para identificarlos como tubulinas bacterianas.
Ambos exhiben homología tanto con α como con β-tubulina. Aunque son estructuralmente muy similares a las tubulinas eucariotas, tienen varias características únicas, que incluyen el plegamiento sin chaperón y la dimerización débil.
La cricomicroscopía electrónica mostró que BtubA / B forma microtúbulos “in vivo”, y sugirió que estos microtúbulos comprenden solo cinco protofilamentos, en contraste con los microtúbulos eucarióticos, que generalmente contienen 13.
Tipos
Eucariótico
La superfamilia de tubulina contiene seis familias de tubulinas (alfa-, beta-, gamma-, delta-, epsilon y zeta-tubulinas).
α-tubulina
Los subtipos de α-tubulina humana incluyen:
- TUBA1A.
- TUBA1B.
- TUBA1C.
- TUBA3C.
- TUBA3D.
- TUBA3E.
- TUBA4A.
- TUBA8.
β-tubulina
Todos los medicamentos que se sabe que se unen a la tubulina humana se unen a la β-tubulina. Estos incluyen paclitaxel, colchicina y alcaloides de la vinca, cada uno de los cuales tiene un sitio de unión distinto en la β-tubulina.
La β-tubulina de clase III es un elemento de microtúbulos expresado exclusivamente en neuronas, y es un identificador popular específico para las neuronas en el tejido nervioso.
Katanin es un complejo proteico que corta los microtúbulos en las subunidades de la β-tubulina, y es necesario para el transporte rápido de microtúbulos en las neuronas y en las plantas superiores.
Los subtipos de β-tubulinas humanas incluyen:
- TUBB.
- TUBB1.
- TUBB2A.
- TUBB2B.
- TUBB2C.
- TUBB3.
- TUBB4.
- TUBB4Q.
- TUBB6.
γ-Tubulina
La γ-Tubulina, otro miembro de la familia de las tubulinas, es importante en la nucleación y orientación polar de los microtúbulos. Se encuentra principalmente en centrosomas y cuerpos de polos fusiformes, ya que estas son las áreas de nucleación más abundante de los microtúbulos.
Los subtipos de γ-tubulina humana incluyen:
- TUBG1.
- TUBG2.
Miembros del complejo del anillo de γ-tubulina:
- TUBGCP2.
- TUBGCP3.
- TUBGCP4.
- TUBGCP5.
- TUBGCP6.
δ y ε-Tubulina
Se ha encontrado que la tubulina Delta (δ) y épsilon (ε) se localizan en los centriolos y pueden desempeñar un papel en la estructura y función centríolo, aunque ninguna de las dos está tan bien estudiada como las formas α y β.
Los genes humanos δ- y ε-tubulina incluyen:
δ-tubulina
- TUBD1.
ε-tubulina
- TUBE1.
ζ-Tubulina
La Zeta-tubulina está presente en muchos eucariotas, pero falta en otros, incluidos los mamíferos placentarios. Se ha demostrado que se asocia a la estructura del pie basal de los centriolos en células epiteliales multiciliadas.
Procariótico
BtubA / B
BtubA / B se encuentran en algunas especies bacterianas en el género Verrucomicrobial Prosthecobacter. Su relación evolutiva con las tubulinas eucariotas no está clara, aunque pueden haber descendido de un linaje eucariota mediante transferencia lateral de genes.
FtsZ
Casi todas las células bacterianas y archaeas usan FtsZ para dividirse. Fue la primera proteína citoesquelética procariota identificada.
TubZ
TubZ se identificó en Bacillus thuringiensis como esencial para el mantenimiento del plásmido.
CetZ
CetZ se encuentra en los clados euryarchaeal de Methanomicrobia y Halobacteria, donde funciona en la diferenciación de la forma de la célula.
Farmacología
Las tubulinas son dianas para fármacos anticancerosos como los alcaloides de la vinca vinblastina y vincristina, y paclitaxel. El agente anti-gota de colchicina se une a la tubulina e inhibe la formación de microtúbulos, deteniendo la motilidad de los neutrófilos y disminuyendo la inflamación.
El fármaco antifúngico griseofulvin tiene como objetivo la formación de microtúbulos y tiene aplicaciones en el tratamiento del cáncer.
