Атлас параметров решетки микротрубочек, регулируемых связыванием лигандов в сайтах стабилизации микротрубочек

Микротрубочки (MT) — динамичные цитоскелетные полимеры, архитектура их решетки регулирует генерацию силы, гидролиз нуклеотидов и распознавание моторными белками и микротрубочно-ассоциированными белками (MAP). Агенты, стабилизирующие микротрубочки (MSA), включая таксаны и лиганды сайтов laulimalide/peloruside, подавляют деполимеризацию, связываясь с определёнными сайтами в решётке, однако стабилизация не является структурно нейтральной. Как химия лиганда перестраивает организацию решётки и её функции, оставалось неясным. Здесь мы рассматриваем три механистических вопроса. Во-первых, индуцируют ли различные классы лигандов определённые состояния решётки? С помощью рентгеновской волоконной дифракции мы показываем, что MSA избирательно стабилизируют два предпочтительных продольных конформационных состояния: компактное состояние (≈4.06 нм подъём мономера) и расширенное состояние (≈4.17 нм), одновременно модулируя латеральную организацию, что отражается в сдвигах среднего радиуса MT. Эти осевые расстояния образуют кластеры вокруг дискретных значений для разных химотипов, указывая на стабилизацию предсуществующих конформационных минимумов, а не на непрерывную деформацию. Во-вторых, являются ли эти состояния взаимопревращаемыми при изменении заполнения лигандом? Временная дифракция показывает, что продольные переходы происходят в течение секунд после добавления лиганда даже при субстехиометрическом заполнении, тогда как латеральное выравнивание происходит медленнее, что согласуется с перераспределением внутри гетерогенных организаций протофиламентов. В-третьих, изменяют ли такие структурные состояния гидролиз нуклеотидов и поведение моторов/MAP? Расширенные решётки связаны со сниженной кажущейся скоростью гидролиза GTP при условиях установившейся сборки и изменённой подвижностью кинезина, тогда как компактные решётки предпочтительно способствуют связыванию тау и специфическим профилям взаимодействия с моторными белками. В совокупности эти результаты устанавливают продольную конформацию решётки как регуляторный параметр и рассматривают MSA как химические инструменты, смещающие динамический структурный ландшафт с предсказуемыми каталитическими и транспортными последствиями. Заявление о значимости: микротрубочки генерируют силу и поддерживают внутриклеточный транспорт за счёт геометрии решётки, избирательно распознаваемой моторными белками и MAP. Лекарства, стабилизирующие микротрубочки, такие как таксаны и эпотилоны, широко используются в химиотерапии, но могут вызывать нейротоксичность, вероятно потому, что стабилизация изменяет архитектуру решётки, а не просто препятствует деполимеризации. Мы показываем, что стабилизирующие лиганды смещают микротрубочки между двумя предпочтительными продольными конформациями — компактной и расширенной, которые могут переключаться в течение секунд после связывания, в то время как латеральная организация адаптируется медленнее. Эти структурные состояния по-разному регулируют гидролиз GTP и распознавание тау и кинезином, связывая геометрию решётки с каталитическими и транспортными функциями. Установив конформацию решётки как настраиваемый регуляторный параметр, эта работа предоставляет основу для интерпретации эффектов препаратов и разработки селективных стабилизаторов с улучшенными терапевтическими профилями.