As interações que mantêm α e β-tubulina num complexo heterodimérico são suficientemente fortes a ponto de ser rara a dissociação das subunidades das proteínas em condições normais. Cada subunidade de tubulina liga duas moléculas de GTP. Um sítio de ligação do GTP localizado na α-tubulina liga-se irreversivelmente ao GTP e não hidrolisa essa molécula enquanto o segundo sítio, denominado permutável localizado na β-tubulina, liga-se ao outro GTP reversivelmente, hidrolizando-o em GDP regulando a adição de novas subunidades de α e β-tubulina aos microtúbulos (MOGILNER et al., 2006; McGROGAN et
al., 2008).
Os centros de organização dos microtúbulos (MTOC), inclusive centrômeros e corpos basais nucleiam a montagem de microtúbulos do citosol celular que pode oscilar entre as fases
de crescimento e encurtamento. Logo que os microtúbulos são montados a estabilidade da estrutura fica na dependência da temperatura, assim, quando resfriados a temperatura até 4°C, ocorre a despolimerização dos dímeros estáveis de α e β-tubulina, e, quando aquecidos até 37°C em presença de GTP, os dímeros se polimerizam em microtúbulos (JORDAN; WILSON, 2004; MOGILNER et al., 2006).
Além disso, a iniciação e elongação dos protofilamentos ocorrem na presença de proteínas associadas aos microtúbulos (PAM), Mg+2 e trifosfato de guanosina (TFP), sendo o processo reversível em presença de Ca+2 a baixas temperaturas, em torno de 0°C – Figura 2 – (SOUZA, 2004; MONGILER et al., 2006; McGROGAN et al., 2008; MITRA; STEP, 2008).
A montagem e desmontagem de microtúbulos depende da concentração critica de subunidades de α e β-tubulina, sendo um processo especificamente orientado e programado, assim quando os monômeros estão acima da concentração crítica ocorre a montagem da estrutura, enquanto em baixas concentrações observa-se o processo de desmontagem (McGROGAN et al., 2008; PAMPALONI; FLORIN, 2008).
Vale salientar que a polimerização dos microtúbulos é favorecida por uma proteinoquinase dependente de AMP cíclico que promove a fosforilação dos monômeros de tubulina. A montagem de monômeros de tubulina é um fenômeno polarizado, isto é, dímeros se unem a um dos extremos dos microtúbulos enquanto se desprendem um do outro (BARTOLINI; GUNDERSEN, 2009).
A estruturação polar dos microtúbulos mostra duas extremidades distintas, uma extremidade (+) de crescimento rápido e uma extremidade (-) de crescimento lento, a extremidade (+) é cineticamente mais dinâmica que a extremidade (-). Além disso, a organização da estrutura microtubular ocorre pela adição, às extremidades livres, de moléculas de tubulina contendo GTP. A hidrólise do GTP em GDP acontece depois da ligação da tubulina e enfraquece as pontes que mantém os microtúbulos unidos (HADFIELD
et al., 2003; JORDAN; WILSON, 2004).
Os microtúbulos apresentam equilíbrio instável com o pool de dímeros de tubulina solúveis presentes na célula. Por sua vez, os dímeros polimerizam e despolimerizam constantemente (há constantemente incorporação de dímeros livres nas estruturas polimerizadas e libertação de dímeros para o pool de tubulina solúvel) e assim os microtúbulos podem sofrer ciclos rápidos de formação ou desagregação. Desta forma, as extremidades dos microtúbulos têm a capacidade de permutar rapidamente entre os estágios
A polimerização dos dímeros de tubulina pode ser influenciada por fatores como a guanosina trifosfato, o ambiente iônico e as PAMs (McGROGAN et al., 2008; MITRA; STEP, 2008).
A primeira fase da formação dos microtúbulos (fase de nucleação) é lenta. Na presença de Mg+2 e GTP, a tubulina α e β agrega-se formando protofilamentos com as subunidades α e β alternadas. A segunda fase (fase de elongação) ocorre de forma relativamente rápida (JORDAN; WILSON, 2004; McGROGAN et al., 2008).
Para a heterodimerização da tubulina e para a associação de tubulinas na formação de microtúbulos, o GTP tem de estar ligado a ambas as subunidades α e β. O GTP ligado à tubulina é hidrolisado a GDP durante ou imediatamente após a polimerização, o que enfraquece a afinidade de ligação da tubulina a moléculas adjacentes e favorece a despolimerização contribuindo para o comportamento dinâmico dos microtúbulos. Os heterodímeros podem associar-se ou dissociar-se a ambas as extremidades de um microtúbulo, no entanto há uma maior tendência para a associação ocorrer na extremidade de crescimento rápido onde a β-tubulina está exposta (McGROGAN et al., 2008).
Os microtúbulos podem sofrer um processo de formação e desagregação simultâneo, em que as moléculas de tubulina (ligadas ao GDP) são continuamente libertadas da extremidade (-), sendo repostas por ligação de moléculas de tubulina (ligadas ao GTP) à extremidade (+) do mesmo microtúbulo, sendo que, este fenômeno parece ser crítico para o movimento polar dos cromossomos durante a anáfase (JORDAN; KAMATH, 2007; McGROGAN et al., 2008).
Durante a formação dos microtúbulos, os ciclos alternados de formação e desagregação promovem uma instabilidade dinâmica que é critica para direcionar os microtúbulos para os locais alvos, como por exemplo: os cinetocoros. A instabilidade dinâmica, um fenômeno altamente regulado, é particularmente crítica na remodelação do citoesqueleto durante a mitose (JORDAN; WILSON, 2004; McGROGAN et al., 2008).
A adição e a perda de subunidades ocorrem preferencialmente na extremidade (+), onde o equilíbrio entre o crescimento e o encurtamento depende do GTP permutável ligado a β-tubulina ou se o GTP foi hidrolisado a GDP + Pi – Figura 4 – (JORDAN; WILSON, 2004; McGROGAN et al., 2008; HOWKINS et al., 2009).
Figura 4 – A dinâmica de polimerização e despolimerização dos microtúbulos. (A) Associação dos
heterodímeros α e β da forma cabeça-cauda. (B) Enlongamento da forma cilíndrica apresentando os 13 protofilamentos com as porções terminais (+) e (-) onde heterodímeros α e β na presença do GTP ligam-se a porção (+) com a formação de GDP + Pi e formação da porção terminal. (C) Estabilização da porção terminal dos microtúbulos – efeito dos taxanos. (D) A despolimerização ocorre quando a porção terminal GTP/GDP + Pi é perdida, o Pi liberado da tubulina promove desestabilização e dissociação dos heterodímeros na porção terminal (+) – efeito dos alcalóides da vinca. Fonte: Adaptado de JORDAN e WILSON (2004); McGROGAN et
al. (2008).
Os microtúbulos apresentam inúmeras funções incluindo manutenção da arquitetura celular, organização da estrutura e transporte intracelular, sendo absolutamente necessários ao processo de divisão celular (mitose), usado para formar uma estrutura estática chamada de citoesqueleto, o qual dá forma à célula e determina a posição das organelas, além disso, as propriedades dinâmicas dos microtúbulos são usadas para transmitir sinais celulares,
celular e angiogênese (LIEKENS; DE CLERCQ; NEYTS, 2001; HAIT et al., 2007; MORRIS; FORNIER, 2008; SABBATINI; SPRIGGS, 2009).
Estes papéis tornam os microtúbulos alvos altamente efetivos no tocante à descoberta de agentes antimitóticos que possam ser utilizados no combate ao câncer incluindo neste rol os taxanos, os alcalóides da vinca, os novos taxanos como as epotilonas, além da combretastatina e seus derivados, incluindo as fenstatinas (ÁLVAREZ et al., 2008; McGROGAN et al., 2008; PASQUIER; HONORE; BRAGUER, 2006).