微小管

微小管はチューブリンのポリマーで、細胞骨格の一部を形成し、真核細胞の構造と形状を決定します。微小管は長さが50 マイクロメートル、幅が23～27nm [2] で 、^内径は11～15nmです。^[3]微小管は、2つの球状タンパク質、αチューブリンとβチューブリンの二量体が重合してプロトフィラメントになり、それが横方向に結合して中空のチューブである微小管を形成することで形成されます。^[4]最も一般的な形態の微小管は、13本のプロトフィラメントが管状に配置された構造です。

微小管は多くの細胞プロセスで重要な役割を果たしている。細胞の構造維持に関与し、ミクロフィラメントや中間径フィラメントとともに細胞骨格を形成する。また、繊毛や鞭毛の内部構造も構成している。細胞内輸送のプラットフォームを提供し、分泌 小胞、細胞小器官、細胞内高分子集合体の動きなど、さまざまな細胞プロセスに関与している。 ^{[5]また、細胞分裂（有}糸分裂と減数分裂）にも関与しており、真核生物の染色体を分離するために使用される有糸分裂紡錘体の主要構成要素でもある。

微小管は、多くの動物細胞の中心にある中心体や、繊毛と鞭毛の基底小体、またはほとんどの菌類に見られる紡錘極小体などの微小管形成中心によって核形成され、組織化されます。

微小管に結合するタンパク質は多数あり、モータータンパク質の ダイニンやキネシン、微小管切断タンパク質のカタニン、その他微小管の動態を制御する上で重要なタンパク質が含まれる。^[6]最近、グラム陽性細菌のバチルス・チューリンゲンシスでアクチン様タンパク質が発見され、これはナノチューブルと呼ばれる微小管様構造を形成し、プラスミド分離に関与している。^[7]他の細菌の微小管は5本のプロトフィラメントのリングを持つ。

チューブリンと微小管を介した細胞運動などのプロセスは、レーウェンフック（1677）などの初期の顕微鏡学者によって観察されていました。しかし、鞭毛やその他の構造の繊維状の性質は、2世紀後に改良された光学顕微鏡によって発見され、20世紀には電子顕微鏡と生化学的研究によって確認されました。^[8]

ダイニンやキネシンなどの微小管モータータンパク質のin vitroアッセイは、微小管に蛍光標識を付け、微小管またはモータータンパク質のいずれかを顕微鏡スライドに固定し、ビデオ強化顕微鏡でスライドを視覚化してモータータンパク質の移動を記録することによって研究されています。これにより、モータータンパク質が微小管に沿って移動したり、微小管がモータータンパク質を横切って移動したりすることができます。 ^{[9]その結果、いくつかの微小管プロセスは}キモグラフによって決定できます。 ^[10]

真核生物では、微小管は長い中空の円筒で、重合したα-チューブリンとβ-チューブリンの二量 体から構成されています。^[12]中空の微小管円筒の内部空間は内腔と呼ばれます。α-チューブリンとβ-チューブリンのサブユニットはアミノ酸レベルで約50%同一であり、分子量はどちらも約50 kDaです。^{[13] [14]}

これらのα/β-チューブリン二量体は 、端から端まで重合して線状のプロトフィラメントを形成し、これが横方向に会合して単一の微小管を形成し、さらにα/β-チューブリン二量体を追加することで延長することができます。通常、微小管は13本のプロトフィラメントが平行に会合して形成されますが、より少ないまたはより多いプロトフィラメントで構成された微小管がさまざまな種 ^[15]やin vitroで観察されています。^[16]

微小管は、その生物学的機能にとって極めて重要な明確な極性を持っています。チューブリンは、一方のチューブリン二量体のβサブユニットが次の二量体のαサブユニットと接触することで、端から端まで重合します。したがって、プロトフィラメントでは、一方の端ではαサブユニットが露出し、もう一方の端ではβサブユニットが露出します。これらの端は、それぞれ (-) 端と (+) 端と呼ばれます。プロトフィラメントは同じ極性で互いに平行に束ねられているため、微小管では、一方の端 (+) 端ではβサブユニットのみが露出し、もう一方の端 (-) 端ではαサブユニットのみが露出します。微小管の伸長は (+) 端と (-) 端の両方で発生しますが、(+) 端の方がはるかに速くなります。^[17]

プロトフィラメントの横方向の結合により擬似らせん構造が形成され、らせんの 1 回転にはそれぞれ異なるプロトフィラメントに由来する 13 個のチューブリン二量体が含まれる。最も一般的な「13-3」構造では、13 番目のチューブリン二量体は、回転のらせん性により 3 個のチューブリン単量体の垂直方向のオフセットで次のチューブリン二量体と相互作用する。11-3、12-3、14-3、15-4、16-4 などの他の代替構造も検出されているが、発生頻度ははるかに低い。^{[18]微小管は、有孔虫など}の原生生物で観察されるらせん状フィラメントなどの他の形態に変形することもある。 [ ^19]微小管内の横方向プロトフィラメントのサブユニット間では、A 型格子と B 型格子と呼ばれる 2 つの異なるタイプの相互作用が発生する可能性がある。 A 型格子では、プロトフィラメントの横方向の会合は隣接する α および β チューブリンサブユニット間で発生します (つまり、1 つのプロトフィラメントの α チューブリンサブユニットが隣接するプロトフィラメントの β チューブリンサブユニットと相互作用します)。B 型格子では、1 つのプロトフィラメントの α および β チューブリンサブユニットが、それぞれ隣接するプロトフィラメントの α および β チューブリンサブユニットと相互作用します。実験的研究により、B 型格子が微小管内の主要な配置であることが示されています。ただし、ほとんどの微小管には、チューブリンサブユニットが α-β と相互作用する継ぎ目があります。^[20]

したがって、微小管形成中の分子の配列と正確な構成は、次のようにまとめることができます。β-チューブリンは、存在しない共有結合の状況でα-チューブリンと接続します。α-チューブリンは、接続された状態ではヘテロ二量体であり、2つの異なるポリペプチド（β-チューブリンとα-チューブリン）で構成されます。したがって、ヘテロ二量体が形成された後、それらは一緒に結合して、比喩的に一方向（たとえば上向き）に上昇する長い鎖を形成します。特定の方向に結合したこれらのヘテロ二量体は、プロトフィラメントを形成します。これらの長い鎖（プロトフィラメント）は、次に徐々に隣り合って蓄積し、チューブのような構造が形成され、チューブに典型的な内腔があります。したがって、主に13本のプロトフィラメントが微小管の外壁を形成します。ヘテロ二量体はプラス端とマイナス端で構成され、アルファチューブリンがマイナス端、ベータチューブリンがプラス端を形成します。ヘテロ二量体が互いに積み重なっているため、必ず負の端と正の端が存在します。微小管は、プラス端にヘテロ二量体が追加されることで成長します。

プロステコバクターのいくつかの種にも微小管が含まれています。これらの細菌の微小管の構造は真核生物の微小管の構造に似ており、細菌チューブリンA（BtubA）と細菌チューブリンB（BtubB）のヘテロ二量体から組み立てられたプロトフィラメントの中空のチューブで構成されています。BtubAとBtubBはどちらもα-チューブリンとβ-チューブリンの両方の特徴を共有しています。真核生物の微小管とは異なり、細菌の微小管は折り畳みにシャペロンを必要としません。^[21]真核生物の微小管の13本のプロトフィラメントとは対照的に、細菌の微小管はわずか5本で構成されています。^[22]

微小管は、細胞の細胞質内の構造ネットワークである細胞骨格の一部です。微小管細胞骨格の役割には、機械的支持、細胞質の組織化、輸送、運動性、染色体の分離などがあります。発達中のニューロンでは、微小管は神経管として知られており、^[23]細胞骨格の別の成分であるアクチンの動態を調節することができます。 ^[24]微小管は、力を生み出すために伸びたり縮んだりすることができ、細胞小器官やその他の細胞成分を微小管に沿って運ぶことができるモータータンパク質があります。この役割の組み合わせにより、微小管は細胞内成分の組織化と移動に重要になります。

細胞内の微小管の構成は細胞タイプに特異的です。上皮細胞では、微小管ポリマーのマイナス端は細胞間接触部位の近くに固定され、頂基底軸に沿って構成されています。核形成後、マイナス端は解放され、その後、nineinやPLEKHA7などの因子によって周辺に再び固定されます。^[25] このようにして、細胞の頂基底軸に沿ったタンパク質、小胞、細胞小器官の輸送を促進することができます。線維芽細胞やその他の間葉系細胞タイプでは、微小管は中心体に固定され、プラス端が細胞の周辺に向かって外側に放射状に広がっています（最初の図を参照）。これらの細胞では、微小管は細胞の移動に重要な役割を果たしています。さらに、微小管の極性は、小胞体やゴルジ体など、細胞の多くの構成要素を組織化するモータータンパク質によって作用されます。

核形成は、チューブリン二量体から微小管の形成を開始するイベントです。微小管は通常、微小管形成中心(MTOC) と呼ばれる細胞小器官によって核形成され、組織化されます。MTOC には、微小管自体の α および β サブユニットとは異なる、別の種類のチューブリンである γ-チューブリンが含まれています。γ-チューブリンは、他のいくつかの関連タンパク質と結合して、「γ-チューブリン リング コンプレックス」(γ-TuRC) と呼ばれるロック ワッシャーのような構造を形成します。このコンプレックスは、α/β-チューブリン二量体が重合を開始するためのテンプレートとして機能します。微小管の成長が MTOC から (+) 方向に離れる間、(-) 端のキャップとして機能します。^[26]

中心体はほとんどの細胞種の主要な微小管核である。しかし、微小管は他の部位からも核形成され得る。例えば、繊毛と鞭毛は基底部に基底小体と呼ばれる微小管核を有する。さらに、ヴァンダービルト大学のカベリーナグループなどの研究は、ゴルジ体が微小管の核形成のための重要なプラットフォームとして機能する可能性があることを示唆している。^[27]中心体からの核形成は本質的に対称的であるため、ゴルジ体に関連する微小管の核形成により、細胞は微小管ネットワークに非対称性を確立できる可能性がある。最近の研究では、UCSFのヴァーレグループは、タンパク質複合体オーグミンが中心体依存性の紡錘体ベースの微小管生成の重要な因子であることを明らかにした。これはγ-TuRCと相互作用し、有糸分裂紡錘体起点の周囲の微小管密度を増加させることが示されている。^[28]

植物細胞などの一部の細胞タイプには、明確に定義された MTOC が含まれていません。これらの細胞では、微小管は細胞質内の個別の部位から核形成されます。トリパノソーマ寄生虫などの他の細胞タイプには MTOC がありますが、それは鞭毛の基部に恒久的に存在します。この場合、構造的役割と有糸分裂紡錘体の生成のための微小管の核形成は、標準的な中心小体のような MTOC からではありません。

最初の核形成イベントに続いて、チューブリンモノマーを成長中のポリマーに追加する必要があります。モノマーを追加または除去するプロセスは、溶液中のαβ-チューブリン二量体の濃度と臨界濃度の関係に依存します。臨界濃度は、微小管の末端で正味の組み立てや分解がなくなる二量体の定常状態濃度です。二量体濃度が臨界濃度よりも高い場合、微小管は重合して成長します。濃度が臨界濃度よりも低い場合、微小管の長さは短くなります。^[29]

動的不安定性とは、微小管の末端における組み立てと分解が共存することを指す。微小管はこの領域で成長期と収縮期を動的に切り替えることができる。^[30]チューブリン二量体は2つのGTP分子を結合することができ、そのうちの1つは組み立て後に加水分解される可能性がある。重合中、チューブリン二量体はGTP結合状態にある。^[12] α-チューブリンに結合したGTPは安定しており、この結合状態で構造機能を果たす。しかし、β-チューブリンに結合したGTPは組み立て後すぐにGDPに加水分解される可能性がある。GDP-チューブリンの組み立て特性はGTP-チューブリンとは異なり、GDP-チューブリンは脱重合しやすい。^[31]微小管の先端にあるGDP結合チューブリンサブユニットは脱落する傾向があるが、微小管の中央にあるGDP結合チューブリンはポリマーから自発的に飛び出すことはできない。チューブリンはGTP結合状態で微小管の末端に付加されるため、GTP結合チューブリンのキャップが微小管の先端に存在し、分解から保護していると考えられている。加水分解が微小管の先端に追いつくと、急速な脱重合と収縮が始まる。この成長から収縮への切り替えはカタストロフィーと呼ばれる。GTP結合チューブリンは再び微小管の先端に付加を開始し、新しいキャップを提供し、微小管を収縮から保護することができる。これを「レスキュー」と呼ぶ。^[32]

1986 年、マーク・カーシュナーとティム・ミッチソンは、微小管がプラス端での成長と収縮の動的特性を利用して、細胞の 3 次元空間を探索していると提唱しました。キネトコアまたは極性部位に遭遇したプラス端は捕捉され、成長も収縮も示さなくなります。半減期が 5 ～ 10 分である通常の動的微小管とは対照的に、捕捉された微小管は数時間持続します。このアイデアは一般に「探索と捕捉」モデルとして知られています。^[33]実際、それ以降の研究により、このアイデアはほぼ検証されています。キネトコアでは、さまざまな複合体が微小管の (+) 端を捕捉することが示されています。^[34]さらに、間期微小管の (+) 端キャップ活性も説明されています。^[35]この後者の活動は、フォルミン^[36]、大腸腺腫性ポリポーシスタンパク質、およびEB1 ^[37]、微小管の成長プラス端に沿って移動するタンパク質 によって媒介されます。

ほとんどの微小管の半減期は5～10分ですが、特定の微小管は何時間も安定したままです。^[35]これらの安定化した微小管は、微小管に結合した酵素の作用により、チューブリンサブユニットに翻訳後修飾を蓄積します。 ^{[38] [39]}しかし、微小管が脱重合すると、これらの修飾のほとんどは可溶性酵素によって急速に元に戻ります。ほとんどの修飾反応は遅いのに対し、逆反応は速いため、修飾されたチューブリンは寿命の長い安定した微小管でのみ検出されます。これらの修飾のほとんどは、αチューブリンのC末端領域で発生します。この領域は負に帯電したグルタミン酸が豊富で、微小管から突出してモーターと接触する比較的構造化されていない尾部を形成します。したがって、チューブリンの修飾はモーターと微小管の相互作用を制御すると考えられています。これらの安定した修飾微小管は、通常、間期細胞の細胞極性部位に向けられているため、修飾微小管のこのサブセットは、小胞をこれらの極性領域に送達するのに役立つ特殊な経路を提供します。これらの修飾には次のものが含まれます。

• 脱チロシン化： α-チューブリンからC末端チロシンを除去すること。この反応により、新しいC末端にグルタミン酸が露出する。その結果、この修飾を蓄積する微小管は、しばしばグルタミン酸微小管と呼ばれる。チューブリンカルボキシペプチダーゼはまだ特定されていないが、チューブリン-チロシンリガーゼ（TTL）は知られている。^[40]
• デルタ2：αチューブリンのC末端から最後の2つの残基を除去する。^[41]脱チロシン化とは異なり、この反応は不可逆的であると考えられており、ニューロンでのみ記録されています。
• アセチル化： α-チューブリンのリジン40へのアセチル基の付加。この修飾は、微小管の内側からのみアクセス可能なリジン上で起こり、酵素がリジン残基にアクセスする方法は不明のままである。チューブリンアセチルトランスフェラーゼの性質は依然として議論の余地があるが、哺乳類では主要なアセチルトランスフェラーゼはATAT1であることがわかっている。^[42]しかし、逆反応はHDAC6によって触媒されることが知られている。^[43]微小管の構造と機能におけるアセチル化の実際の影響は、まだよくわかっていない。^[44]
• ポリグルタミル化：α-チューブリン末端付近に存在する5つのグルタミン酸のいずれかのγ-カルボキシル基にグルタミン酸ポリマー（通常4～6残基長^[45]）を付加すること。TTLに関連する酵素は最初の分岐グルタミン酸（TTL4、5、7）を付加し、同じファミリーに属する他の酵素はポリグルタミン酸鎖を延長する（TTL6、11、13）。^[39]
• ポリグリシル化：βチューブリン末端付近に存在する5つのグルタミン酸のいずれかのγカルボキシル基にグリシンポリマー（2～10残基長）を付加すること。TTL3と8は最初の分岐グリシンを付加し、TTL10はポリグリシン鎖を延長する。^[39]

チューブリンはリン酸化、ユビキチン化、SUMO化、パルミトイル化されることも知られています。^[38]

多種多様な薬剤がチューブリンに結合し、その組み立て特性を変更することができます。これらの薬剤は、チューブリンよりもはるかに低い細胞内濃度で効果を発揮します。微小管の動態へのこの干渉は、細胞の細胞周期を停止させる効果があり、プログラム細胞死またはアポトーシスにつながる可能性があります。ただし、微小管の動態への干渉は、有糸分裂中の細胞をブロックするには不十分であることを示唆するデータがあります。^[46]これらの研究では、動態の抑制は、有糸分裂をブロックするために必要な濃度よりも低い濃度で起こることが実証されています。チューブリンの変異または薬物治療による微小管の動態の抑制は、細胞の移動を阻害することが示されている。^[47] 微小管安定剤と不安定化剤はどちらも微小管の動態を抑制できます。

微小管の動態を変化させる可能性のある薬剤には以下のものがあります。

• 抗がん剤タキサン系薬剤（パクリタキセル（タキソール）およびドセタキセル）は、微小管内のGDP結合チューブリンを安定化させることで動的不安定性を阻止します。そのため、GTPの加水分解が微小管の先端に達しても、脱重合は起こらず、微小管は縮みません。

タキサン（単独またはプラチナ誘導体（カルボプラチン）やゲムシタビンとの併用）は、乳がんや婦人科悪性腫瘍、扁平上皮がん（頭頸部がん、一部の肺がん）などに使用されます。

• エポチロン（例えば、イクサベピロン）はタキサンと同様の作用をします。
• ビノレルビン、ノコダゾール、ビンクリスチン、コルヒチンは逆の効果があり、チューブリンの微小管への重合を阻害します。
• エリブリンは微小管の（+）成長末端に結合します。エリブリンは、長期にわたる不可逆的な有糸分裂阻害の後に癌細胞のアポトーシスを誘発することで抗癌効果を発揮します。

β3-チューブリンの発現は、薬剤による微小管動態の抑制に対する細胞応答を変化させることが報告されている。通常、微小管動態は、細胞移動も阻害する低濃度の毒性以下の微小管薬剤によって抑制される。しかし、β3-チューブリンを微小管に組み込むと、動態を抑制し細胞移動を阻害するために必要な薬剤の濃度が上昇する。したがって、β3-チューブリンを発現する腫瘍は、微小管標的薬剤の細胞毒性効果に耐性があるだけでなく、腫瘍転移を抑制する能力にも耐性がある。^[48]さらに、β3-チューブリンの発現は、これらの薬剤の作用のもう1つの重要な側面である血管新生を阻害する能力も打ち消す。^[49]

微小管ポリマーは、さまざまな環境の影響に非常に敏感です。遊離カルシウムのレベルが非常に低いと、微小管が不安定になる可能性があり、このため初期の研究者はポリマーを試験管内で研究することができませんでした。^[12]低温も微小管の急速な脱重合を引き起こします。対照的に、重水は微小管ポリマーの安定性を促進します。^[50]

MAPは、生体内での微小管ダイナミクスの調節に重要な役割を果たすことが示されている。微小管の重合、脱重合、およびカタストロフの速度は、存在する微小管関連タンパク質（MAP）に応じて変化する。脳組織から最初に特定されたMAPは、分子量に基づいて2つのグループに分類できる。この最初のクラスは、分子量が55〜62 kDa未満のMAPで構成され、τ（タウ）タンパク質と呼ばれる。in vitroでは、タウタンパク質は微小管に直接結合し、核形成を促進して分解を防ぎ、平行配列の形成を誘導することがわかっている。^[51] さらに、タウタンパク質は軸索内の微小管を安定化させることも示されており、アルツハイマー病に関与していることが示唆されている。^[52] 2番目のクラスは、分子量200〜1000 kDaのMAPで構成され、MAP-1、MAP-2、MAP-3、MAP-4の4つのタイプが知られています。MAP-1タンパク質は、 A、B 、Cの3つの異なるタンパク質のセットで構成されています。Cタンパク質は小胞の逆行性輸送に重要な役割を果たしており、細胞質ダイニンとしても知られています。MAP-2タンパク質は樹状突起とニューロン本体にあり、他の細胞骨格フィラメントと結合します。MAP-4タンパク質は大部分の細胞に存在し、微小管を安定化します。微小管構造を安定化する効果を持つMAPに加えて、他のMAPは、微小管を切断するか、脱重合を誘導することによって不安定化効果を持つ可能性があります。カタニン、スパスチン、フィジェチンと呼ばれる3つのタンパク質は、その不安定化活性を介して微小管の数と長さを制御することが観察されている。さらに、 CRACD様タンパク質は微小管に局在すると予測されている。^[53]

MAPは軸索と樹状突起の異なる細胞骨格形態を決定づける因子であり、樹状突起 では微小管がより離れている^[54]

プラス端追跡タンパク質は、成長中の微小管の先端に結合し、微小管の動態を制御する上で重要な役割を果たす MAP タンパク質です。たとえば、+TIP は有糸分裂中の微小管と染色体の相互作用に関与することが観察されています。+TIP として特定された最初の MAP はCLIP1 70 (細胞質リンカータンパク質) であり、微小管脱重合レスキュー イベントで役割を果たすことが示されています。+TIP のその他の例としては、EB1、EB2、EB3、p150Glued、Dynamitin、Lis1、CLIP115、CLASP1、CLASP2などがあります。^[要出典]

微小管は、小胞輸送や細胞分裂などの重要な細胞機能に関与するモータータンパク質の基質として機能します。他の微小管関連タンパク質とは異なり、モータータンパク質は ATP 加水分解からのエネルギーを利用して、基質に沿ってタンパク質を移動させる機械的作業を生成します。微小管と相互作用する主要なモータータンパク質は、通常、微小管の (+) 端に向かって移動するキネシンと、 (-) 端に向かって移動する ダイニンです。

• ダイニンは、2 つの大きな球状ヘッドドメインを構成する 2 つの同一の重鎖と、可変数の中間鎖および軽鎖で構成されています。ダイニンを介した輸送は、微小管の (+) 端から (-) 端に向かって行われます。ATP 加水分解は、AAA+ (さまざまな細胞活動に関連する ATPase) タンパク質ファミリーと類似点を持つ球状ヘッドドメインで発生します。これらのドメインでの ATP 加水分解は、微小管結合ドメインを介して微小管に沿った動きと連動しています。ダイニンは、細胞質全体に小胞と細胞小器官を輸送します。これを行うために、ダイニン分子は、ダイナクチンを含むいくつかの要素を含むタンパク質複合体を介して細胞小器官の膜に結合します。
• キネシンはダイニンに似た構造を持っています。キネシンは、小胞、細胞小器官、タンパク質複合体、mRNAなど、さまざまな細胞内貨物を微小管の（+）端に向かって輸送することに関与しています。^[55]

ゲノムを複製するために核へのアクセスを必要とする 一部のウイルス（レトロウイルス、ヘルペスウイルス、パルボウイルス、アデノウイルスなど）は、モータータンパク質に結合します。

中心体は、有糸分裂中の細胞の主要な MTOC (微小管形成中心) です。各中心体は、互いに直角に向いた 2 つの円筒形の中心小体で構成されています。中心小体は 9 つの主要な微小管から形成され、各中心小体には 2 つの部分微小管が付着しています。各中心小体の長さは約 400 nm、円周は約 200 nm です。^[56]

中心体は有糸分裂に極めて重要であり、その過程に関与するほとんどの微小管は中心体から発生する。各微小管のマイナス端は中心体から始まり、プラス端はあらゆる方向に放射状に広がる。したがって、中心体は有糸分裂中の微小管の極性を維持する上でも重要である。^[57]

ほとんどの細胞は細胞周期のほとんどの間、中心体を 1 つしか持たないが、有糸分裂の直前に中心体が複製され、細胞には 2 つの中心体が含まれるようになる。^[58]中心体から放射状に伸びる微小管の一部は、姉妹中心体から直接離れて成長する。これらの微小管は星状微小管と呼ばれる。これらの星状微小管の助けを借りて、中心体は互いに離れて細胞の反対側へと移動する。そこに到達すると、極性間微小管や K 繊維など、有糸分裂に必要な他の種類の微小管が形成され始める。^[59]

有糸分裂中の中心体と微小管に関する最後の重要な注意点は、中心体は有糸分裂に必要な微小管のMTOCであるが、微小管自体が形成されて正しい位置に配置されれば、中心体自体は有糸分裂の発生には必要ないということが研究で示されていることである。^[60]

星状微小管は、有糸分裂中およびその前後にのみ存在する微小管のサブクラスである。これらは中心体から発生するが、染色体、動原体、または他の中心体から発生する微小管とは相互作用しない。^[61]代わりに、その微小管は細胞膜に向かって放射状に伸びる。細胞膜に到達すると、特定のモータータンパク質と相互作用し、微小管、ひいては中心体全体を細胞膜の方に引っ張る力を生み出す。前述のように、これは中心体が細胞内で互いから離れて配向するのに役立つ。しかし、これらの星状微小管は有糸分裂紡錘体自体とは相互作用しない。実験により、これらの星状微小管がなければ有糸分裂紡錘体は形成できることが示されたが、細胞内でのその配向は必ずしも正しいとは限らず、したがって有糸分裂は効率的に行われない。^[62]星状微小管のもう1つの重要な機能は、細胞質分裂を助けることである。染色体が複製されると、星状微小管は細胞膜のモータータンパク質と相互作用して紡錘体と細胞全体を引き離します。

極性間微小管は、有糸分裂中に中心体から放射状に伸びる微小管の一種である。これらの微小管は、星状微小管とは異なり、有糸分裂紡錘体に向かって放射状に伸びる。極性間微小管は、有糸分裂中に最も豊富で動的な微小管のサブクラスである。有糸分裂紡錘体の微小管の約 95% は極性間微小管として特徴付けられる。さらに、これらの微小管の半減期は 1 分未満と非常に短い。^[63] キネトコアに付着しない極性間微小管は、キネトコアとの横方向の相互作用を通じて染色体の集合を助けることができる。^[64]

K 繊維/キネトコア微小管は、有糸分裂微小管の 3 番目に重要なサブクラスです。これらの微小管は、有糸分裂紡錘体のキネトコアと直接接続します。各 K 繊維は 20～40 本の平行な微小管で構成され、一方の端が中心体に、もう一方の端が各染色体の中心にあるキネトコアに接続された強力なチューブを形成します。各中心体には、各染色体ペアに接続する K 繊維があるため、染色体は K 繊維によって有糸分裂紡錘体の中央で繋がれます。K 繊維の半減期は 4 ～ 8 分で、極間微小管よりもはるかに長いです。^[65]有糸分裂の終わりには、各 K 繊維を形成する微小管が解離し始め、K 繊維が短くなります。K 繊維が短くなると、細胞質分裂の直前にペアの染色体が引き離されます。これまで、一部の研究者は、K繊維は他の微小管と同様に中心体から発生するマイナス端で形成されると信じていましたが、新しい研究では異なるメカニズムが指摘されています。この新しいメカニズムでは、K繊維は最初にキネトコアによってプラス端で安定化され、そこから成長します。これらのK繊維のマイナス端は最終的に既存の極間微小管に接続し、このようにして最終的に中心体に接続されます。^[66]

有糸分裂紡錘体を形成する微小管のほとんどは、中心体から発生する。当初、これらの微小管はすべて、上記のセクションで詳しく説明した検索と捕捉と呼ばれる方法を介して中心体から発生すると考えられていたが、新しい研究では、有糸分裂中に微小管の核形成の追加の手段があることが示された。これらの微小管の核形成の追加の手段のうち最も重要なものの1つは、RAN-GTP経路である。RAN-GTPは有糸分裂中にクロマチンと結合して、染色体近くの微小管の局所的な核形成を可能にする勾配を作成する。さらに、オーグミン/HAUS複合体として知られる2番目の経路（一部の生物はより研究されているオーグミン複合体を使用し、ヒトなどの他の生物はHAUSと呼ばれる類似の複合体を使用する）は、有糸分裂紡錘体における微小管の核形成の追加の手段として機能している。^[66]

微小管プラス端は、多くの場合、特定の構造に局在しています。極性化した間期細胞では、微小管は、移動中の線維芽細胞の先端など、MTOC から極性部位に向かって不均衡に配向しています。この構成は、微小管結合小胞をゴルジ体から極性部位に 運ぶのに役立つと考えられています。

微小管の動的不安定性は、ほふく動物細胞のほとんどが移動する上でも必要である。^{[67]動的微小管は、細胞の収縮性と細胞の広がりを制御する}RhoA ^[68]やRac1 ^[69]などの重要なG タンパク質のレベルを調節する。動的微小管は、移動に必要な接着斑の分解を引き起こすためにも必要である。 ^[70]微小管は、細胞移動中に後縁を収縮させるために必要な収縮力に対抗する「支柱」として機能することがわかっている。細胞の後縁にある微小管が動的である場合、収縮を可能にするためにリモデリングすることができる。ダイナミクスが抑制されると、微小管はリモデリングできず、したがって収縮力に対抗する。^[47]微小管ダイナミクスが抑制された細胞の形態は、細胞が前縁を伸ばすことができる（移動方向に分極する）が、後縁を収縮させることが難しいことを示している。^[71]一方、高濃度の薬物や、微小管を脱重合させる微小管変異は細胞の移動を回復させるが、方向性は失われる。微小管は細胞の動きを抑制し、方向性を確立する働きをしていると結論付けることができる。

真核生物の繊毛と鞭毛では、微小管が構造上重要な役割を果たしている。繊毛と鞭毛は常に MTOC (この場合は基底小体と呼ばれる) から直接伸びている。繊毛や鞭毛に沿って走るさまざまな微小管鎖に対するダイニンモータータンパク質の作用により、細胞小器官は曲がり、遊泳、細胞外物質の移動、その他の役割のための力を生み出すことができる。 原核生物はFtsZなどのチューブリン様タンパク質を持っている。しかし、原核生物の鞭毛は真核生物の鞭毛とは構造がまったく異なり、微小管に基づく構造を含んでいない。

微小管によって形成される細胞骨格は、生物の発達における形態形成過程に不可欠である。例えば、ショウジョウバエの卵母細胞では、胚発生中に卵子の軸を確立するために極性微小管のネットワークが必要である。卵胞細胞と卵母細胞の間で送られるシグナル（上皮成長因子に似た因子など）は、微小管の再編成を引き起こし、その（-）端が卵母細胞の下部に位置するようにし、構造を極性化して前後軸の出現につながる。^{[72]このような体の構造への関与は、}哺乳類にも見られる。^[73]

微小管が不可欠なもう一つの分野は高等脊椎動物の神経系の発達であり、神経系の発達の過程でチューブリンの動態と関連タンパク質（微小管関連タンパク質など）の動態が細かく制御される。^[74]

細胞の細胞骨格は、さまざまなレベルで機能する動的なシステムです。細胞に特定の形状を与え、小胞や細胞小器官の輸送をサポートするだけでなく、遺伝子発現にも影響を与えます。このコミュニケーションに関与するシグナル伝達メカニズムはほとんど理解されていません。しかし、薬物による微小管の脱重合と転写因子の特定の発現との関係が説明されており、これらの因子の存在に応じた遺伝子の差次的発現に関する情報が得られています。^[75]細胞骨格と細胞応答の調節との間のこのコミュニケーションは、成長因子の作用にも関連しています。たとえば、この関係は結合組織成長因子に存在します。^[76]

• マイクロ触手
• 組織化された客観的還元- 意識を説明する仮説

ウィキメディア・コモンズには、微小管に関連するメディアがあります。

• MBInfo - 微小管
• EMデータバンク(EMDB)の3D微小管構造
• 微小管生成プロトコル