Mikrotubuli sind mesoskalige dynamische nichtkovalente Polymere, die für das gesamte eukaryotische Leben essentiell sind. Ihr dynamisches Verhalten ist entscheidend für die Teilung, Differenzierung und Migration von Zellen. Mikrotubuli werden durch die laterale Anordnung linearer Protofilamente aufgebaut, die durch die Kopf-Schwanz-Assoziation von Tubulindimeren gebildet werden (1). Die laterale Assoziation von Protofilamenten bildet den hohlzylindrischen Mikrotubulus. Mikrotubuli wachsen durch Zugabe von Tubulindimeren an ihren Spitzen. Beobachtungen einzelner Mikrotubuli unter Verwendung einer Vielzahl optischer Techniken in Verbindung mit biochemischen Analysen und Modellierungen haben zu einem konzeptionellen Rahmen geführt, um die Kinetik und strukturellen Übergänge zu verstehen, die während ihres Wachstums und ihrer Demontage auftreten. In PNAS, Mickolajczyk et al. (2) nutzen Sie die Leistungsfähigkeit der jüngsten Entwicklungen in der rekombinanten Tubulintechnik (3⇓⇓-6) und der interferometrischen Streumikroskopie (iSCAT) (7), um die Assoziations- und Dissoziationskonstanten einzelner Tubulindimere an der wachsenden Mikrotubulispitze (kOn bzw.
Trotz jahrzehntelanger Forschung zur Dynamik von Mikrotubuli sind grundlegende Polymereigenschaften wie die Geschwindigkeit der Zugabe und des Verlusts von Tubulindimer an Mikrotubulispitzen immer noch umstritten und variieren zwischen den Studien um eine Größenordnung, selbst in einem vereinfachten In-vitro-System (1, 8, 9). Diese Unsicherheiten schränken unser Verständnis der Tubulin-Selbstorganisation und ihrer Regulation durch die unzähligen Proteine ein, die mit Mikrotubuli in Zellen assoziiert sind (10). Warum fehlt uns immer noch eine detaillierte Ansicht der Mikrotubuli-Assemblierung, wenn ähnliche Bemühungen auf dem Aktin-Gebiet zu einem tieferen quantitativen Verständnis der Aktin-Dynamik geführt haben (11)? Ein Grund ist die mehrsträngige Struktur des Mikrotubulus. Im Gegensatz zu Aktin, das aus zwei spiralförmigen Strängen besteht, werden Mikrotubuli typischerweise von 13 Protofilamenten gebildet, die unabhängig voneinander wachsen können. Mehrere Protofilamente können unterschiedliche Anordnungen erzeugen, die zu einer unterschiedlichen Assoziations- und Dissoziationskinetik von Tubulindimeren an ihren Spitzen führen können. Den verfügbaren dynamischen Bildgebungsverfahren fehlt jedoch die Auflösung, um einzelne Protofilamente an der Spitze zu unterscheiden, was im Wesentlichen nur eindimensionale Informationen über das Mikrotubuliwachstum liefert. Klassische Studien mit videoverstärkter differentieller Interferenzkontrastmikroskopie zur Messung der Wachstumsraten einzelner Mikrotubuli bei unterschiedlichen löslichen Tubulinkonzentrationen lieferten Schätzungen von Tubulin kOn und kOff (8) (Abb. 1). Diese wurden unter der Annahme eines einfachen eindimensionalen Oosawa-Modells abgeleitet, bei dem die Wachstumsrate linear mit der Tubulinkonzentration variiert und kOff unabhängig von der Tubulinkonzentration ist (12). Diese Studien berichteten über kOn- und kOff-Werte am wachsenden Mikrotubulusende von ∼ 8,9 µM-1 ⋅ s−1 bzw. 44 s-1 (8).
