编辑总结
微管蛋白是一种异二聚体蛋白，是真核细胞骨架中微管的基本构建单元。需要多种伴侣蛋白将α-微管蛋白和β-微管蛋白单体组装成具有功能的异二聚体，这些伴侣蛋白还通过核苷酸交换促进微管的回收利用。Seong等人确定了人类微管结合辅因子在六个不同阶段的结构，揭示了这些蛋白质如何与β-微管蛋白单体结合、促进异二聚体的形成以及控制核苷酸的水解和成熟微管的释放。这些结构为了解细胞骨架基本单元的组装过程提供了详细的见解。——Michael A. Funk
结构摘要
引言
微管是细胞分裂、细胞内运输和维持细胞形态所必需的细胞骨架聚合物。它们由α-微管蛋白和β-微管蛋白组成的异二聚体构成。微管异二聚体的组装和拆卸过程由微管结合辅因子（TBCs）协助完成，包括TBCA、TBCB、TBCC、TBCD和TBCE。此外，一种名为Arl2的小型鸟苷三磷酸酶（GTP酶）也参与了这一过程。
研究背景
微管结合辅因子（TBCs）可以介导α-微管蛋白和β-微管蛋白异二聚体的非GTP依赖性拆卸和GTP依赖性组装。尽管这一过程对维持细胞骨架稳态至关重要，但其具体机制仍不甚明了。我们利用冷冻电子显微镜（cryo-EM）在特定的核苷酸条件下分析了重组的人类TBC复合物，并捕捉到了其拆卸和组装过程中的结构变化。
结果
我们从哺乳动物细胞中纯化了人类TBCDE-Arl2复合物和TBCC，并在大肠杆菌中分别表达了TBCA和TBCB。这些成分在特定的GTP条件下与α-微管蛋白和β-微管蛋白重组，得到了分辨率为2.1至2.5埃的六个冷冻电子显微镜结构。在缺乏GTP的情况下，我们观察到了状态I（TBCD–Arl2–β-tub）和状态II（TBCDE–Arl2–β-tub），其中仅能观察到β-微管蛋白，表明异二聚体已经解体。在这种状态下，β-微管蛋白通过静电互补性得到稳定，其高度负电荷的表面与TBCD上的正电荷区域（Armadillo重复结构域AD1和AD3）相互作用，从而弥补了α-微管蛋白的缺失。这些相互作用重塑了β-微管的S9-H10结构域，形成了一个新的界面，减少了其内在的不稳定性。当加入GTP后，Arl2在状态III（TBCDE–Arl2GTP–β-tub）发生显著构象变化，TBCD的AD2结构域被取代，使得α-微管蛋白能够结合。随后进入状态IV（TBCDE–Arl2GTP–αβ-tub），此时α-微管蛋白被清晰地观察到，表明异二聚体部分重新组装完成。加入TBCC和GTP水解模拟物（GTP-AlFx）后，我们观察到了状态V（TBCDEC–Arl2GDP-AlFx–αβ-tub）和状态VI（TBCDC–Arl2GDP-AlFx–αβ-tub）。在状态V中，TBCC的调节蛋白结构域（RPD）与结合了GTP的Arl2结合并参与催化过程；而在状态VI中，其卷曲螺旋结构域（CCD）作为分子夹具连接α-微管蛋白和β-微管蛋白，并将TBCE置换出去。这些转变完成了天然α-微管蛋白和β-微管蛋白界面的形成，最终完成了异二聚体的组装。我们的结构分析表明，TBCD作为β-微管蛋白的GTP酶激活蛋白发挥作用，β-微管蛋白的GTP水解与Arl2的GTP酶活性耦合，形成了一个协调的调控机制，确保只有完全组装和成熟的异二聚体才能被释放。
结论
根据我们的结构研究结果，我们提出了一种机制，解释了TBCs如何同时介导α-微管蛋白和β-微管蛋白异二聚体的非GTP依赖性拆卸和GTP依赖性重组。Arl2作为核心调节因子，在这两种相反的状态之间切换，而Arl2和β-微管蛋白的协同GTP酶活性共同保证了微管异二聚体稳态的精确调控。
