mikrotubule są mezoskalowymi dynamicznymi, niekowalencyjnymi polimerami niezbędnymi dla całego życia eukariotycznego. Ich dynamiczne zachowanie jest kluczowe dla komórek do podziału, różnicowania i migracji. Mikrotubule są zbudowane przez boczny zespół liniowych protofilamentów utworzonych przez połączenie dimerów tubuliny od głowy do ogona (1). Boczne połączenie protofilamentów tworzy wydrążoną cylindryczną mikrotubulę. Mikrotubule rosną poprzez dodanie dimerów tubuliny na ich końcach. Obserwacje poszczególnych mikrotubul przy użyciu różnych technik optycznych w połączeniu z analizami biochemicznymi i modelowaniem zaowocowały ramami koncepcyjnymi, aby zrozumieć kinetykę i strukturalne przejścia, które występują podczas ich wzrostu i demontażu. In PNAS, Mickolajczyk et al. (2) Wykorzystaj moc ostatnich osiągnięć w inżynierii rekombinowanej tubuliny (3 ⇓ ⇓ -6) i interferometrycznej mikroskopii rozpraszającej (iscat) (7) do bezpośredniego pomiaru stałych asocjacji i dysocjacji pojedynczych dimerów tubuliny na rosnącej końcówce mikrotubul (odpowiednio kon i Koff) i rozwiń model wzrostu mikrotubul.
pomimo dziesięcioleci badań nad dynamiką mikrotubul, podstawowe właściwości polimeru, takie jak szybkość dodawania dimeru tubuliny i utrata końcówek mikrotubul, są nadal kontrowersyjne i różnią się o rząd wielkości między badaniami, nawet w uproszczonym systemie in vitro (1, 8, 9). Te niepewności ograniczają nasze zrozumienie samoorganizacji tubuliny i jej regulacji przez niezliczoną ilość białek, które kojarzą się z mikrotubulami w komórkach (10). Dlaczego wciąż brakuje nam szczegółowego widoku montażu mikrotubul, gdy podobne wysiłki w dziedzinie aktyny dały głębsze ilościowe zrozumienie dynamiki aktyny (11)? Jednym z powodów jest wielowarstwowa struktura mikrotubuli. W przeciwieństwie do aktyny, która składa się z dwóch spiralnych nici, mikrotubule są zwykle tworzone przez 13 protofilamentów, które mogą rosnąć niezależnie od siebie. Wiele protofilamentów może tworzyć różne układy, które mogą powodować różne skojarzenia i kinetykę dysocjacji dimerów tubuliny na ich końcach. Jednak dostępne metody obrazowania dynamicznego nie są w stanie rozróżnić pojedynczych protofilamentów na końcówce, zasadniczo dostarczając tylko jednowymiarowych informacji o wzroście mikrotubul. Klasyczne badania z wykorzystaniem video-enhanced differential interference contrast microscopy do pomiaru tempa wzrostu pojedynczych mikrotubul przy różnych stężeniach rozpuszczalnej tubuliny dostarczyły szacunków tubulin kOn i kOff (8) (Fig. 1). Zostały one wywnioskowane przy założeniu prostego jednowymiarowego modelu Oosawy, w którym tempo wzrostu zmienia się liniowo w zależności od stężenia tubuliny, a kOff jest niezależny od stężenia tubuliny (12). Badania te wykazały wartości kOn i kOff na rosnącym końcu mikrotubul odpowiednio ∼8,9 µM−1⋅s−1 i 44 s-1 (8).
