Mikrotubulukset ovat mesoskaalimaisia dynaamisia epäkovalentteja polymeerejä, jotka ovat välttämättömiä kaikelle eukaryoottiselle elämälle. Niiden dynaaminen käyttäytyminen on ratkaisevan tärkeää solujen jakautumiselle, erilaistumiselle ja vaeltamiselle. Mikrotubulukset muodostuvat lineaaristen protofilamenttien lateraalikokoonpanosta, joka muodostuu tubuliinidimeerien pään ja hännän välisestä assosiaatiosta (1). Protofilamenttien lateraalinen yhteenliittymä muodostaa onton lieriömäisen mikrotubulin. Mikrotubulukset kasvavat lisäämällä kärkiinsä tubuliinidimenttejä. Yksittäisten mikrotubulusten havainnointi käyttämällä erilaisia optisia tekniikoita yhdistettynä biokemiallisiin analyyseihin ja mallinnukseen on johtanut käsitteelliseen viitekehykseen niiden kasvun ja purkamisen aikana tapahtuvien kinetiikan ja rakenteellisten siirtymien ymmärtämiseksi. In PNAS, Mickolajczyk et al. (2) hyödynnetään rekombinanttitubuliinitekniikan (3 ⇓ ⇓ -6) ja interferometrisen sirontamikroskopian (iscat) (7) viimeaikaista kehitystä mittaamaan suoraan yksittäisten tubuliinidimenttien assosiaatio-ja dissosiaatiovakioita kasvavassa mikrotubuluksen kärjessä (kon ja Koff) ja kehitetään mikrotubulusten kasvun mallia.
vaikka mikrotubulusten dynamiikkaa on tutkittu vuosikymmeniä, polymeerin perusominaisuudet, kuten tubuliinin dimeerin additionopeus ja häviäminen mikrotubulusten kärjissä, ovat edelleen kiistanalaisia ja vaihtelevat suuruusluokassa tutkimusten välillä, jopa yksinkertaistetussa in vitro-järjestelmässä (1, 8, 9). Nämä epävarmuustekijät rajoittavat ymmärrystämme tubuliinin itsesäätelystä ja sen säätelystä lukemattomien proteiinien avulla, jotka liittyvät solujen mikrotubuluksiin (10). Miksi meiltä puuttuu vielä yksityiskohtainen näkemys mikrotubulusten kokoonpanosta, kun vastaavat toimet aktiinin alalla ovat tuottaneet syvemmän kvantitatiivisen ymmärryksen aktiinin dynamiikasta (11)? Yksi syy on mikrotubuluksen monijänteinen rakenne. Toisin kuin aktiini, joka koostuu kahdesta kierteisestä säikeestä, Mikrotubulukset muodostuvat tyypillisesti 13 protofilamentista, jotka voivat kasvaa toisistaan riippumatta. Useat protofilamentit voivat luoda erilaisia järjestelyjä, jotka voivat johtaa tubuliinidimeerien erilaiseen assosiaatio-ja dissosiaatiokinetiikkaan niiden kärjissä. Käytettävissä olevilla dynaamisilla kuvantamismenetelmillä ei kuitenkaan pystytä erottamaan yksittäisiä protofilamentteja kärkiosasta, vaan ne tarjoavat käytännössä vain yksiulotteista tietoa mikrotubulusten kasvusta. Klassiset tutkimukset, joissa käytettiin videotehosteista differentiaalista interferenssikontrastimikroskopiaa yksittäisten mikrotubulusten kasvunopeuksien mittaamiseen erilaisilla liukoisilla tubuliinipitoisuuksilla, antoivat arviot tubuliini kOn: sta ja kOff: sta (8) (Kuva. 1). Nämä pääteltiin olettamalla yksinkertainen yksiulotteinen oosawa-malli, jossa kasvunopeus vaihtelee lineaarisesti tubuliinipitoisuudella ja kOff on riippumaton tubuliinipitoisuudesta (12). Näissä tutkimuksissa kon-ja kOff-arvot kasvavassa mikrotubuluspäässä olivat ∼8, 9 µM−1⋅s−1 ja 44 s−1 (8).
