Les chercheurs examinent pourquoi tubuline acétyltransférase est important pour la santé du cerveau
Dans une nouvelle étude, les scientifiques des Instituts nationaux de la santé ont pris un voyage au niveau moléculaire en microtubules, les cylindres creux à l'intérieur des cellules du cerveau qui agissent comme des squelettes et des routes internes. Ils ont observé comment une protéine appelée tubuline acétyltransférase (TAT) les étiquettes à l'intérieur de microtubules. Les résultats, publiés dans Cell, répondre à des questions de longue date sur la façon dont TAT travaux de marquage et offrent des indices quant à la raison pour laquelle il est important pour la santé du cerveau.
Les microtubules sont constamment marquées par des protéines dans la cellule pour les désigner pour des fonctions spécialisées, de la même manière que les routes sont marquées pour le trafic rapide ou lent ou pour l'entretien. TAT manteaux emplacements spécifiques à l'intérieur des microtubules avec un produit chimique appelé un groupe acétyle. Comment les différents labels sont ajoutés au réseau de microtubules cellulaire reste un mystère. Des découvertes récentes ont suggéré que les problèmes avec les microtubules de marquage peuvent conduire à certaines formes de cancer et de troubles du système nerveux, y compris la maladie d'Alzheimer, et ont été liés à un trouble aveuglante rare et le syndrome de Joubert, un trouble du développement du cerveau rare.
"Ceci est la première fois que quelqu'un a été en mesure de regarder à l'intérieur des microtubules et attraper TAT dans l'action», a déclaré Antonina Rouleau-Mecak, Ph.D., chercheur à l'Institut du NIH national des troubles neurologiques et des maladies (NINDS), Bethesda, Maryland, et le chef de l'étude.
Les microtubules sont présents dans toutes les cellules du corps. Ils sont assemblés comme des blocs de construction, en utilisant une protéine appelée tubuline. Les microtubules sont construits d'abord par l'alignement des blocs de construction de tubuline en longues chaînes. Ensuite, les chaînes s'aligner côte à côte pour former une feuille. Finalement, la feuille devient suffisamment large qu'il se referme dans un cylindre. TAT lie alors un groupe acétyle à l'alpha tubuline, une sous-unité de la protéine tubuline.
Certains microtubules sont de courte durée et peuvent changer rapidement longueurs en ajoutant ou en retirant des morceaux de tubuline le long d'une extrémité, tandis que d'autres restent inchangés pour des durées plus longues. Reconnaissant la différence peut aider les cellules fonctionnent correctement. Par exemple, les cellules peuvent envoyer des marchandises le long des microtubules stables et éviter ceux qui sont reconstruits. Les cellules semblent utiliser une variété de marqueurs chimiques pour décrire la stabilité des microtubules.
«Notre étude révèle comment TAT peut aider les cellules de distinction entre les microtubules et celles qui sont en cours de construction stables", a déclaré le Dr Rouleau-Mecak. Selon le Dr Rouleau-Mecak, des niveaux élevés de microtubules marquage sont uniques aux cellules nerveuses et peut-être la raison pour laquelle ils ont des formes complexes leur permettant d'établir des liens complexes dans le cerveau.
Pendant des décennies, les scientifiques savaient que l'intérieur des microtubules longs durés de vie ont souvent été marqués avec des groupes acétyle par TAT. Les changements dans l'acétylation peuvent influer sur la santé des cellules nerveuses. Certaines études ont montré que le blocage de cette forme de microtubules marquage conduit à des défauts, des anomalies nerveuses du cerveau ou d'une dégénérescence des fibres nerveuses. Depuis la découverte des microtubules acétylation, les scientifiques ont été intrigués sur la façon dont TAT accède à l'intérieur des microtubules et la façon dont la réaction de marquage se produit.
Pour regarder TAT au travail, le Dr Rouleau-Mecak et ses collègues ont pris des films en haute résolution des molécules de TAT individuelles en interaction avec les microtubules en temps réel. Ils ont vu que TAT surfs à l'intérieur du microtubules et même si elle peut trouver des sites d'acétylation rapidement, le processus d'ajout de l'étiquette se produit très lentement.
En général, les réactions de marquage fonctionnent comme touches montage dans les serrures: mieux les crises clés, plus vite la serrure peut ouvrir. De même, le taux des réactions est déterminée par la façon dont les molécules TAT adaptent autour des sites de marquage.
L'équipe du Dr Rouleau-Mecak étudié cette idée en utilisant une technique appelée cristallographie aux rayons X pour examiner comment les atomes sur les molécules TAT interagissent avec des sites d'acétylation sur les molécules de tubuline. Leurs résultats suggèrent que TAT adapter mal autour des sites.
"Il semble que TAT peut facilement voyage à travers microtubules spotting sites acétylation, mais ne peuvent étiqueter ceux qui sont stables pendant de longues périodes», a déclaré le Dr Rouleau-Mecak.
Cela peut aider les cellules à identifier les microtubules ils ont besoin pour changer rapidement des formes ou envoyer des marchandises à d'autres endroits. D'autres études peuvent aider les chercheurs à comprendre comment microtubules tagging influence les cellules nerveuses dans la santé et la maladie.
Ce travail a été soutenu par le Programme NINDS Intramural Research, la division NHLBI d e recherche intra-muros et le Howard Hughes Medical Institute.
