التوبولين

تم تحديد نظائر لبروتيني ألفا وبيتا توبولين في جنس بكتيريا بروستيكوباكتر . ^{[ 6 ]} ويُطلق عليهما اسمي BtubA وBtubB للدلالة على كونهما توبولينات بكتيرية. ويُظهر كلاهما تشابهًا بنيويًا مع كل من ألفا وبيتا توبولين. ^{[ 18 ]} وعلى الرغم من تشابههما البنيوي الكبير مع توبولينات حقيقيات النوى، إلا أنهما يتميزان بعدة خصائص فريدة، بما في ذلك طي البروتين دون الحاجة إلى بروتينات مرافقة وتكوين ثنائيات ضعيفة. ^{[ 19 ]} أظهر الفحص المجهري الإلكتروني المبرد أن BtubA/B يُشكلان أنابيب دقيقة داخل الخلايا الحية ، وأشار إلى أن هذه الأنابيب الدقيقة تتكون من خمسة خيوط أولية فقط، على عكس الأنابيب الدقيقة حقيقية النوى التي تحتوي عادةً على 13 خيطًا. ^{[ 13 ]} وقد أظهرت دراسات لاحقة في المختبر أن BtubA/B يُشكلان "أنابيب دقيقة مصغرة" رباعية الخيوط. ^{[ 20 ]}

يوجد بروتين FtsZ في جميع أنواع البكتيريا والعتائق تقريبًا ، حيث يؤدي دورًا في انقسام الخلايا ، إذ يتمركز في حلقة في منتصف الخلية المنقسمة ويستقطب مكونات أخرى من جهاز الانقسام، وهو مجموعة من البروتينات التي تعمل معًا على تضييق غلاف الخلية لفصلها، مما ينتج عنه خليتان بنويتان. يمكن لبروتين FtsZ أن يتجمع في أنابيب وصفائح وحلقات في المختبر ، ويشكل خيوطًا ديناميكية في الكائنات الحية .

يؤدي بروتين TubZ وظيفة فصل البلازميدات ذات العدد المنخفض من النسخ أثناء انقسام الخلية البكتيرية. ويُشكّل هذا البروتين بنيةً غير مألوفة بالنسبة لنظائر التوبولين؛ حيث يلتف خيطان حلزونيان حول بعضهما البعض. ^{[ 21 ]} وقد يعكس هذا بنيةً مثاليةً لهذا الدور، إذ يُظهر بروتين ParM، وهو بروتين آخر غير مرتبط به يُعنى بتقسيم البلازميدات، بنيةً مشابهة. ^{[ 22 ]}

تشمل الأنواع الفرعية لبروتين ألفا-توبولين البشري ما يلي: ^{[ 24 ]}

جميع الأدوية المعروفة بارتباطها بالتوبولين البشري ترتبط بالتوبولين بيتا. ^{[ 25 ]} وتشمل هذه الأدوية باكليتاكسيل ، وكولشيسين ، وقلويدات الفينكا ، ولكل منها موقع ارتباط مميز على التوبولين بيتا. ^{[ 25 ]}

بالإضافة إلى ذلك، تستهدف العديد من الأدوية المضادة للديدان موقع الكولشيسين في بروتين بيتا-توبولين في الديدان بشكل تفضيلي، على عكس حقيقيات النوى العليا. وبينما لا يزال الميبيندازول يحتفظ ببعض الألفة الارتباطية مع بروتين بيتا-توبولين البشري وبروتين بيتا- توبولين في ذبابة الفاكهة ، ^{[ 26 ]} فإن الألبيندازول يرتبط بشكل شبه حصري ببروتين بيتا-توبولين في الديدان وغيرها من حقيقيات النوى الدنيا. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

يُعدّ بيتا-توبولين من الفئة الثالثة عنصرًا من عناصر الأنابيب الدقيقة يُعبّر عنه حصريًا في الخلايا العصبية ، ^{[ 29 ]} وهو مُعرّف شائع خاص بالخلايا العصبية في النسيج العصبي. ويرتبط بالكولشيسين ببطء شديد مقارنةً بالأنواع الأخرى من بيتا-توبولين. ^{[ 30 ]}

يُعدّ بروتين بيتا-1-توبولين ، الذي يُطلق عليه أحيانًا اسم بيتا-توبولين من الفئة السادسة، ^{[ 31 ]} الأكثر تباينًا على مستوى تسلسل الأحماض الأمينية. ^{[ 32 ]} ويُعبَّر عنه حصريًا في الخلايا النواءية والصفائح الدموية لدى البشر، ويبدو أنه يلعب دورًا هامًا في تكوين الصفائح الدموية. ^{[ 32 ]} عند التعبير عن بيتا-توبولين من الفئة السادسة في خلايا الثدييات، فإنه يُسبب اضطرابًا في شبكة الأنابيب الدقيقة، وتكوين شظايا الأنابيب الدقيقة، وقد يُؤدي في النهاية إلى ظهور تراكيب شبيهة بالأشرطة الهامشية في الخلايا النواءية والصفائح الدموية. ^{[ 33 ]}

الكاتانين هو مركب بروتيني يقطع الأنابيب الدقيقة عند وحدات بيتا-توبولين الفرعية، وهو ضروري للنقل السريع للأنابيب الدقيقة في الخلايا العصبية والنباتات العليا. ^{[ 34 ]}

تشمل الأنواع الفرعية من بروتينات بيتا-توبولين البشرية ما يلي: ^{[ 24 ]}

يُعدّ غاما-توبولين، وهو عضو آخر في عائلة التوبولين، مهمًا في تكوين وتوجيه الأنيبيبات الدقيقة. يوجد بشكل أساسي في الجسيمات المركزية وأجسام قطب المغزل ، نظرًا لكونها المناطق الأكثر وفرة لتكوين الأنيبيبات الدقيقة. في هذه العضيات، توجد جزيئات عديدة من غاما-توبولين وجزيئات بروتينية أخرى في مركبات تُعرف باسم مركبات حلقة غاما-توبولين (γ-TuRCs)، والتي تُحاكي كيميائيًا الطرف الموجب (+) للأنيبيب الدقيق، مما يسمح للأنيبيبات الدقيقة بالارتباط بها. كما تم عزل غاما-توبولين على شكل ثنائي ، وكجزء من مركب صغير من غاما-توبولين (γTuSC)، وهو متوسط ​​الحجم بين الثنائي وγTuRC. يُعدّ غاما-توبولين الآلية الأكثر فهمًا لتكوين الأنيبيبات الدقيقة، ولكن أشارت بعض الدراسات إلى أن بعض الخلايا قد تكون قادرة على التكيف مع غيابه، كما يتضح من دراسات الطفرات وتداخل الحمض النووي الريبوزي (RNAi) التي أدت إلى تثبيط التعبير الصحيح عنه. إلى جانب تكوين مركب γ-TuRC لتكوين وتنظيم الأنابيب الدقيقة، يمكن أن يتجمع γ-tubulin في خيوط تتجمع في حزم وشبكات. ^{[ 35 ]}

تشمل الأنواع الفرعية لبروتين غاما-توبولين البشري ما يلي:

• TUBG1
• تيوب جي 2

أعضاء معقد حلقة γ-tubulin: ^{[ 24 ]}

وقد تبين أن بروتينات دلتا (δ) وإبسيلون (ε) توبولين تتمركز في السنتريولات وقد تلعب دورًا في بنية ووظيفة السنتريول، على الرغم من أن أياً منهما لم تتم دراسته جيدًا مثل الأشكال α و β.

تشمل جينات δ- و ε-tubulin البشرية ما يلي: ^{[ 24 ]}

• دلتا-توبولين: TUBD1
• إبسيلون-توبولين: TUBE1

يوجد بروتين زيتا-توبولين ( IPR004058 ) في العديد من حقيقيات النوى، ولكنه غائب عن بعضها الآخر، بما في ذلك الثدييات المشيمية. وقد ثبت ارتباطه بالبنية القاعدية للجسيمات المركزية في الخلايا الظهارية متعددة الأهداب. ^{[ 4 ]}

يوجد كل من BtubA ( Q8GCC5 ) وBtubB ( Q8GCC1 ) في بعض أنواع البكتيريا التابعة لجنس Prosthecobacter من شعبة Verrucomicrobiota . ^{[ 6 ]} ولا تزال علاقتهما التطورية بالتيوبيولينات حقيقية النواة غير واضحة، على الرغم من احتمال انحدارهما من سلالة حقيقية النواة عبر النقل الجيني الأفقي . ^{[ 19 ] [ 18 ]} وبالمقارنة مع نظائرهما البكتيرية الأخرى، فإنهما أكثر شبهاً بالتيوبيولينات حقيقية النواة. في التركيب المُجمَّع، يعمل BtubB كتيوبيولين ألفا، بينما يعمل BtubA كتيوبيولين بيتا. ^{[ 36 ]}

تستخدم العديد من الخلايا البكتيرية والخلايا العتائقية بروتين FtsZ للانقسام عبر الانشطار الثنائي . كما تستخدم جميع البلاستيدات الخضراء وبعض الميتوكوندريا ، وهما عضيتان مشتقتان من التكافل الداخلي للبكتيريا، بروتين FtsZ أيضًا. ^{[ 37 ]} وكان أول بروتين هيكلي خلوي بدائي النواة يتم تحديده.

تم تحديد بروتين TubZ ( Q8KNP3 ؛ pBt156) في بكتيريا Bacillus thuringiensis باعتباره ضروريًا للحفاظ على البلازميد . ^{[ 8 ]} يرتبط هذا البروتين ببروتين رابط للحمض النووي يُسمى TubR ( Q8KNP2 ؛ pBt157) لسحب البلازميد. ^{[ 38 ]}

يوجد CetZ ( D4GVD7 ) في فروع Euryarchaea من Methanomicrobia و Halobacteria ، حيث يعمل في تمايز شكل الخلية. ^{[ 10 ]}

تستخدم العاثيات من جنس Phikzlikevirus ، بالإضافة إلى عاثية Serratia PCH45، بروتينًا غلافيًا ( Q8SDA8 ) لبناء بنية شبيهة بالنواة تُسمى نواة العاثية. تُحيط هذه البنية بالحمض النووي DNA، بالإضافة إلى آليات التضاعف والنسخ. كما تحمي الحمض النووي للعاثية من دفاعات الخلية المضيفة، مثل إنزيمات التقييد وأنظمة CRISPR -Cas من النوع الأول . يعمل بروتين التوبولين المُكوِّن للمغزل ، والذي يُسمى أيضًا PhuZ ( B3FK34 ) و gp187 ، على توسيط النواة في الخلية. ^{[ 39 ] [ 40 ]}

تم تحديد بروتين التوبولين من عتائق أسغارد ، المستخلص من كائنات "أوديناركيوتا" التي تعيش في البيئات الحرارية المائية (أودينتوبولين)، على أنه توبولين حقيقي. يشكل أودينتوبولين وحدات فرعية وخيوطًا أولية تشبه إلى حد كبير الأنابيب الدقيقة حقيقية النواة، ولكنه يتجمع في أنظمة حلقية تشبه إلى حد كبير بروتين FtsZ ، مما يشير إلى أن أودينتوبولين قد يمثل مرحلة تطورية وسيطة بين FtsZ والتوبولينات المكونة للأنابيب الدقيقة. ^{[ 41 ]}