En biología celular , las proteínas asociadas a microtúbulos ( MAP ) son proteínas que interactúan con los microtúbulos del citoesqueleto celular . Los MAP son parte integral de la estabilidad de la célula y sus estructuras internas y el transporte de componentes dentro de la célula.
Los MAP se unen a las subunidades de tubulina que forman los microtúbulos para regular su estabilidad. Se ha identificado una gran variedad de MAP en muchos tipos de células diferentes y se ha descubierto que llevan a cabo una amplia gama de funciones. Estos incluyen microtúbulos estabilizadores y desestabilizadores, guiarlos hacia ubicaciones celulares específicas, entrecruzar microtúbulos y mediar en las interacciones de los microtúbulos con otras proteínas de la célula. [1]
Dentro de la célula, los MAP se unen directamente a los dímeros de tubulina de los microtúbulos. Esta unión puede ocurrir con tubulina polimerizada o despolimerizada y, en la mayoría de los casos, conduce a la estabilización de la estructura de los microtúbulos, lo que fomenta aún más la polimerización. Por lo general, es el dominio C-terminal del MAP el que interactúa con la tubulina, mientras que el dominio N-terminal puede unirse con vesículas celulares, filamentos intermedios u otros microtúbulos. "La unión MAP-microtúbulos se regula mediante la fosforilación de MAP ". Esto se logra mediante la función de la proteína quinasa reguladora de la afinidad de los microtúbulos (MARK) . La fosforilación del MAP por MARK hace que el MAP se desprenda de los microtúbulos unidos. [2] Este desprendimiento generalmente se asocia con una desestabilización del microtúbulo que hace que se desmorone. De esta forma, la estabilización de los microtúbulos por los MAP se regula dentro de la célula mediante la fosforilación.
Los MAP se han dividido en varias categorías y subcategorías diferentes. Hay MAP "estructurales" que se unen a lo largo de los microtúbulos y MAP "+TIP" que se unen al extremo en crecimiento de los microtúbulos. Los MAP estructurales se han dividido en familias MAP1, MAP2, MAP4 y Tau. +TIP Los MAP son proteínas motoras como la cinesina , las dineínas y otras MAP.
MAP1a ( MAP1A ) y MAP1b ( MAP1B ) son los dos miembros principales de la familia MAP1. Estas dos proteínas son de alto peso molecular. Se unen a los microtúbulos mediante interacciones de carga, un mecanismo diferente al de muchos otros MAP. Mientras que los extremos C de estos MAP se unen a los microtúbulos, los extremos N se unen a otras partes del citoesqueleto o la membrana plasmática para controlar el espaciamiento de los microtúbulos dentro de la célula. Los miembros de la familia MAP1 se encuentran en los axones y dendritas de las células nerviosas .
Otro miembro de esta familia es MAP1S , que tiene un peso molecular bajo. Se ha descubierto que MAP1S regula la división celular y la muerte celular [1]
La familia MAP2 está involucrada en el desarrollo de las neuronas, en su mayoría presentes durante las primeras etapas de la formación del axón y luego desaparecen. Sin embargo, también existen en dendritas maduras. Diferentes formas de MAP2 se forman mediante diferentes modificaciones postraduccionales del ARNm.
Anteriormente no se pensaba que MAP4 existiera en el tejido neuronal; sin embargo, se ha encontrado MAP-SP en cierto tejido cerebral de mamíferos. MAP4 no se limita sólo a las células nerviosas, sino que se puede encontrar en casi todos los tipos de células.
Principalmente asociado a anomalías que resultan en enfermedades neurodegenerativas . Las proteínas Tau estabilizan los microtúbulos y, por lo tanto, cambian la cinética de reacción a favor de la adición de nuevas subunidades, acelerando el crecimiento de los microtúbulos. Tau tiene la función adicional de facilitar la agrupación de microtúbulos dentro de la célula nerviosa. La función de tau se ha relacionado con la enfermedad neurológica de la enfermedad de Alzheimer. En el tejido nervioso de los pacientes con Alzheimer, tau forma agregados anormales. Esta tau agregada a menudo se modifica gravemente, más comúnmente mediante hiperfosforilación. Como se describió anteriormente, la fosforilación de MAP hace que se desprendan de los microtúbulos. Por lo tanto, la hiperfosforilación de tau conduce a un desprendimiento masivo, lo que a su vez reduce en gran medida la estabilidad de los microtúbulos en las células nerviosas.[9] Este aumento de la inestabilidad de los microtúbulos puede ser una de las principales causas de los síntomas de la enfermedad de Alzheimer.
Los MAP de tipo II se encuentran exclusivamente en las células nerviosas de los mamíferos. Estos son los MAP mejor estudiados (MAP2 y tau ( MAPT ), que participan en la determinación de la estructura de diferentes partes de las células nerviosas; MAP2 se encuentra principalmente en las dendritas y tau en el axón. Estas proteínas tienen un dominio de unión a microtúbulos C-terminal conservado y dominios N-terminales variables que se proyectan hacia afuera, probablemente interactuando con otras proteínas. MAP2 y tau estabilizan los microtúbulos y, por lo tanto, cambian la cinética de reacción a favor de la adición de nuevas subunidades, acelerando el crecimiento de los microtúbulos. Se ha demostrado que tanto MAP2 como tau estabilizan los microtúbulos uniéndose a la superficie exterior de los protofilamentos de los microtúbulos. [3] Un solo estudio ha sugerido que MAP2 y tau se unen a la superficie interna de los microtúbulos en el mismo sitio en los monómeros de tubulina que el medicamento Taxol , que se usa en el tratamiento del cáncer, [4] pero este estudio no ha sido confirmado. MAP2 se une de manera cooperativa, y muchas proteínas MAP2 se unen a un solo microtúbulo para promover la estabilización. Tau tiene la función adicional de facilitar la agrupación de microtúbulos dentro de la célula nerviosa. [5]
La función de tau se ha relacionado con la afección neurológica de la enfermedad de Alzheimer . En el tejido nervioso de los pacientes con Alzheimer, tau forma agregados anormales. Esta tau agregada a menudo se modifica gravemente, más comúnmente mediante hiperfosforilación. Como se describió anteriormente, la fosforilación de MAP hace que se desprendan de los microtúbulos. Por tanto, la hiperfosforilación de tau conduce a un desprendimiento masivo, lo que a su vez reduce en gran medida la estabilidad de los microtúbulos en las células nerviosas. [6] Este aumento en la inestabilidad de los microtúbulos puede ser una de las principales causas de los síntomas de la enfermedad de Alzheimer.
A diferencia de los MAP descritos anteriormente, MAP4 ( MAP4 ) no se limita solo a las células nerviosas, sino que se puede encontrar en casi todos los tipos de células. Al igual que MAP2 y tau, MAP4 es responsable de la estabilización de los microtúbulos. [7] MAP4 también se ha relacionado con el proceso de división celular. [8]
Además de los grupos MAP clásicos, se han identificado nuevos MAP que se unen a lo largo de los microtúbulos. Estos incluyen STOP (también conocido como MAP6) y ensconsin (también conocido como MAP7).
Además, también se han identificado proteínas de seguimiento de extremos, que se unen a la punta de los microtúbulos en crecimiento. Estos incluyen EB1 , EB2 , EB3 , p150Glued , Dynamitin , Lis1 , CLIP170 , CLIP115 , CLASP1 y CLASP2 .
Otro MAP cuya función ha sido investigada durante la división celular se conoce como XMAP215 (la "X" significa Xenopus ). XMAP215 generalmente se ha relacionado con la estabilización de microtúbulos. Durante la mitosis se ha observado que la inestabilidad dinámica de los microtúbulos aumenta aproximadamente diez veces. Esto se debe en parte a la fosforilación de XMAP215, lo que hace que las catástrofes (despolimerización rápida de los microtúbulos) sean más probables. De esta forma, la fosforilación de MAP juega un papel en la mitosis.
Hay muchas otras proteínas que afectan el comportamiento de los microtúbulos, como la catastrofina , que desestabiliza los microtúbulos, la katanina , que los corta, y una serie de proteínas motoras que transportan vesículas a lo largo de ellos. Ciertas proteínas motoras fueron designadas originalmente como MAP antes de que se descubriera que utilizaban la hidrólisis de ATP para transportar carga. En general, todas estas proteínas no se consideran "MAP" porque no se unen directamente a los monómeros de tubulina, una característica definitoria de las MAP. Los MAP se unen directamente a los microtúbulos para estabilizarlos o desestabilizarlos y vincularlos a varios componentes celulares, incluidos otros microtúbulos.