stringtranslate.com

Семейство ADF/Cofilin

Карикатурное изображение кофилина (фактора деполимеризации актина, АДФ).

ADF/кофилин — это семейство актин-связывающих белков , связанных с быстрой деполимеризацией актиновых микрофиламентов , которые придают актину его характерную динамическую нестабильность . [1] Эта динамическая нестабильность является центральной для роли актина в мышечном сокращении, подвижности клеток и регуляции транскрипции. [2]

У людей и мышей были описаны три высококонсервативных и в высокой степени (70%-82%) идентичных гена, принадлежащих к этому семейству: [3]

Актин -связывающие белки регулируют сборку и разборку актиновых филаментов. [4] Кофилин , член семейства ADF/кофилинов, на самом деле является белком с 70% идентичностью последовательности с дестрином , что делает его частью семейства ADF/кофилинов малых АДФ-связывающих белков. [5] [6] Белок связывается с мономерами и филаментами актина, G-актином и F-актином соответственно. [7] Кофилин вызывает деполимеризацию на минус-конце филаментов, тем самым предотвращая их повторную сборку. Известно, что этот белок разрывает актиновые филаменты, создавая больше положительных концов на фрагментах филаментов. [4] Кофилин/ADF (дестрин), вероятно, разрывает F-актин без кэпирования [6] и предпочитает АДФ-актин. Эти мономеры могут быть повторно использованы профилином , активируя мономеры для возвращения в форму филаментов снова путем обмена АДФ на АТФ . Затем АТФ-актин доступен для сборки. [4]

Структура

Белок кофилин-1, член семейства белков актин-деполимеризующего фактора, выделенный у дрожжей.

Структура актин-деполимеризующих факторов в высокой степени консервативна во многих организмах из-за важности актина во многих клеточных процессах. [8] Белки семейства актин-деполимеризующих факторов характерно состоят из пяти бета-слоев, четырех антипараллельных и одной параллельной, и четырех альфа-спиралей с центральной альфа-спиралью, обеспечивающей структуру и стабильность белков. [8] Домен гомологии актин-деполимеризующего фактора (домен ADF-H) позволяет связываться с субъединицами актина и включает центральную альфа-спираль, расширение N-конца и спираль C-конца. [9] [8]

Кофилин связывает мономерный (G-актин) и нитевидный актин (F-актин). Его связывающее сродство выше для АДФ-актина по сравнению с АДФ-Фи и АТФ-актином. Его связывание изменяет скручивание F-актина. Структура ADF была впервые охарактеризована в 1980 году Джеймсом Бамбургом. [10] Четыре актиновых гистидина вблизи сайта связывания кофилина могут быть необходимы для взаимодействия кофилина/актина, но одной чувствительности к pH может быть недостаточно для объяснения уровней взаимодействия. Кофилин размещается в АДФ-актине из-за повышенной гибкости этой формы актина. Связывание как кофилином, так и ADF (дестрином) приводит к уменьшению длины кроссинговера филамента. Таким образом, деформации увеличивают динамику филамента и уровень наблюдаемой фрагментации филамента. [6]

Функция

Кофилин — это вездесущий фактор связывания актина, необходимый для реорганизации актиновых филаментов. Члены семейства ADF/Cofilin связывают мономеры G-актина и деполимеризуют актиновые филаменты посредством двух механизмов: разрыва [11] и увеличения скорости диссоциации мономеров актина с заостренного конца. [12] Для эффективного функционирования кофилина требуются «старые» актиновые филаменты ADP/ADP-Pi, свободные от тропомиозина, и правильный pH. В присутствии легкодоступного АТФ-G-актина кофилин ускоряет полимеризацию актина посредством своей активности по разрыву актина (предоставляя свободные зазубренные концы для дальнейшей полимеризации и зародышеобразования комплексом Arp2/3). [13] В качестве длительного эффекта in vivo кофилин перерабатывает старый АДФ-F-актин, помогая клетке поддерживать пул АТФ-G-актина для устойчивой подвижности. pH, фосфорилирование и фосфоинозитиды регулируют связывающую и ассоциативную активность кофилина с актином [7]

Комплекс Arp2/3 и кофилин работают вместе, чтобы реорганизовать актиновые нити в цитоскелете . Arp 2/3, комплекс актин-связывающих белков, связывается с боковой стороной АТФ-F-актина около растущего зазубренного конца нити, вызывая зарождение новой ветви F-актина, [13] в то время как деполимеризация, вызванная кофилином, происходит после диссоциации от комплекса Arp2/3. [4] Они также работают вместе, чтобы реорганизовать актиновые нити, чтобы транспортировать больше белков везикулами для продолжения роста нитей. [14]

Кофилин также связывается с другими белками, такими как миозин , тропомиозин , α-актинин , гельзолин и скруин. Эти белки конкурируют с кофилином за связывание с актином. [6] Кофилин также играет роль во врожденном иммунном ответе [ требуется ссылка ] .

В модельном организме

ADF/cofilin обнаружен в рябящих мембранах и на переднем крае подвижных клеток. [12] В частности, ADF/cofilin способствует разборке филамента в задней части щетки в ламеллиподиях Xenopus laevis , выступе из клеток фибробластов, характеризующихся сетями актина. Субъединицы добавляются к колючим концам и теряются с обращенных назад заостренных концов. Было обнаружено, что увеличение константы скорости, k, для диссоциации актина с заостренных концов приводит к разрыву актиновых нитей. В ходе этого эксперимента было обнаружено, что АТФ или АДФ-Pi, вероятно, участвуют в связывании с актиновыми нитями. [14]

Механизм действия

F-актин (нитчатый актин) стабилизируется, когда он связан с АТФ из-за присутствия серина на второй субъединице актина, который способен образовывать водородные связи с последней фосфатной группой в АТФ и близлежащим гистидином, прикрепленным к основной петле. Это взаимодействие стабилизирует структуру изнутри из-за взаимодействий между основной петлей и второй субъединицей. Когда АТФ гидролизуется до АДФ, серин больше не может образовывать водородную связь с АДФ из-за потери неорганического фосфата, что заставляет боковую цепь серина скручиваться, вызывая конформационное изменение во второй субъединице. [15] [12] Это конформационное изменение также приводит к тому, что серин больше не может образовывать водородную связь с гистидином, прикрепленным к основной петле, и это ослабляет связь между субъединицами один и три, заставляя всю молекулу скручиваться. Это скручивание создает напряжение в молекуле и дестабилизирует ее. [2]

Фактор деполимеризации актина способен связываться с дестабилизированным F-актином, вставляя центральную спираль в щель между первой и третьей субъединицами актина. Фактор деполимеризации актина кооперативно связывает F-актин и вызывает конформационное изменение в F-актине, которое заставляет его еще больше скручиваться и становиться более дестабилизированным. Это скручивание вызывает разрыв связи между мономерами актина, деполимеризуя нить. [2]

Регулирование

Фосфорилирование

Фактор деполимеризации актина регулируется фосфорилированием серина на С-конце киназами LIM . [16] Фактор деполимеризации актина активируется, когда он дефосфорилируется, и ингибируется, когда он фосфорилируется. [17]

рН

Тропомиозин связан с актином

Щелочная среда стабилизирует неорганический фосфат, высвобождаемый при гидролизе АТФ до АДФ, поэтому более высокий pH увеличивает благоприятность АТФ, связанного с F-актином, для гидролиза до АДФ, что приводит к дестабилизации актина. [18]

Связывание тропомиозина

F-актин связывает белок тропомиозин и актин-деполимеризующий фактор конкурентно и взаимоисключающе. Связывание F-актина с тропомиозином является некооперативным, поэтому связывание тропомиозина не вызывает конформационных изменений в F-актине и не приводит к его дестабилизации. [17] Однако, поскольку F-актин не может связывать тропомиозин и актин-деполимеризующий фактор одновременно из-за того, что тропомиозин блокирует сайт связывания актин-деполимеризующего фактора, когда он связан с актином, тропомиозин действует как защитник актина от деполимеризации. [19]

Ссылки

  1. ^ Актин+Деполимеризующие+Факторы в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)
  2. ^ abc Домингес Р., Холмс К. К. (2011). «Структура и функция актина». Annual Review of Biophysics . 40 : 169–86. doi :10.1146/annurev-biophys-042910-155359. PMC  3130349. PMID  21314430 .
  3. ^ Menon S, Gupton SL (2016-01-01). «Строительные блоки функционирующего мозга: динамика цитоскелета в развитии нейронов». International Review of Cell and Molecular Biology . 322 : 183–245. doi : 10.1016/bs.ircmb.2015.10.002. ISBN 9780128048092. PMC  4809367 . PMID  26940519.
  4. ^ abcd Купер, GM и RE Хаусман. Клетка: молекулярный подход, 3-е изд. Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press 2004, стр. 436-440.
  5. ^ Gunning PW, Ghoshdastider U, Whitaker S, Popp D, Robinson RC (2015). «Эволюция композиционно и функционально различных актиновых филаментов». Journal of Cell Science . 128 (11): 2009–19. doi : 10.1242/jcs.165563 . PMID  25788699.
  6. ^ abcd McGough A, Pope B, Chiu W, Weeds A (август 1997 г.). «Кофилин изменяет скручивание F-актина: последствия для динамики актиновых филаментов и клеточной функции». J. Cell Biol . 138 (4): 771–81. doi :10.1083/jcb.138.4.771. PMC 2138052. PMID  9265645. 
  7. ^ ab Lappalainen P, Drubin DG (июль 1997). «Кофилин способствует быстрому обороту актиновых филаментов in vivo». Nature . 388 (6637): 78–82. Bibcode :1997Natur.388R..78L. doi : 10.1038/40418 . PMID  9214506. S2CID  205027806.
  8. ^ abcdef Inada N (март 2017 г.). «Фактор деполимеризации актина растений: разборка микрофиламентов актина и многое другое». Журнал исследований растений . 130 (2): 227–238. Bibcode : 2017JPlR..130..227I. doi : 10.1007/s10265-016-0899-8. PMC 5897475. PMID  28044231 . 
  9. ^ Paavilainen VO, Oksanen E, Goldman A, Lappalainen P (июль 2008 г.). «Структура домена гомологии актин-деполимеризующего фактора в комплексе с актином». The Journal of Cell Biology . 182 (1): 51–9. doi :10.1083/jcb.200803100. PMC 2447895 . PMID  18625842. 
  10. ^ Бамбург, JR; Харрис, HE; ​​Видс, AG (17 ноября 1980 г.). «Частичная очистка и характеристика фактора деполимеризации актина из мозга». FEBS Lett . 121 (1): 178–82. doi : 10.1016/0014-5793(80)81292-0 . PMID  6893966. S2CID  42641895.
  11. ^ Ichetovkin I, Han J, Pang KM, Knecht DA, Condeelis JS (апрель 2000 г.). «Актиновые филаменты разделяются как нативным, так и рекомбинантным диктиостелиумовым кофилином, но в разной степени». Cell Motil. Cytoskeleton . 45 (4): 293–306. doi :10.1002/(SICI)1097-0169(200004)45:4<293::AID-CM5>3.0.CO;2-1. PMID  10744862.
  12. ^ abc Carlier MF, Laurent V, Santolini J, et al. (март 1997). "Фактор деполимеризации актина (ADF/cofilin) ​​усиливает скорость оборота филаментов: влияние на подвижность на основе актина". J. Cell Biol . 136 (6): 1307–22. doi :10.1083/jcb.136.6.1307. PMC 2132522. PMID  9087445 . 
  13. ^ ab Ichetovkin I, Grant W, Condeelis J (январь 2002 г.). «Кофилин производит новые полимеризованные актиновые филаменты, которые предпочтительны для дендритного зарождения комплексом Arp2/3». Curr. Biol . 12 (1): 79–84. doi : 10.1016/s0960-9822(01)00629-7 . PMID  11790308. S2CID  15747359.
  14. ^ ab Свиткина ТМ, Борисий ГГ (май 1999). "Комплекс Arp2/3 и фактор деполимеризации актина/кофилин в дендритной организации и беговой дорожке массива актиновых филаментов в ламеллиподиях". J. Cell Biol . 145 (5): 1009–26. doi :10.1083/jcb.145.5.1009. PMC 2133125. PMID  10352018 . 
  15. ^ "Как актиновые филаменты деполимеризуются?". MBInfo . Получено 2018-06-16 .
  16. ^ Прунье ​​С., Прудент Р., Капур Р., Садул К., Лафанешер Л. (июнь 2017 г.). «LIM-киназы: кофилин и не только». Онкотаргет . 8 (25): 41749–41763. doi : 10.18632/oncotarget.16978. ПМЦ 5522193 . ПМИД  28445157. 
  17. ^ ab Bamburg JR, McGough A, Ono S (сентябрь 1999 г.). «Новый поворот в актине: ADF/кофилины модулируют динамику актина». Trends in Cell Biology . 9 (9): 364–70. doi :10.1016/S0962-8924(99)01619-0. PMID  10461190.
  18. ^ Pope BJ, Zierler-Gould KM, Kühne R, Weeds AG, Ball LJ (февраль 2004 г.). «Структура раствора человеческого кофилина: связывание актина, чувствительность к pH и связь с фактором деполимеризации актина». Журнал биологической химии . 279 (6): 4840–8. doi : 10.1074/jbc.M310148200 . PMID  14627701.
  19. ^ Bernstein BW, Bamburg JR (1982). «Связывание тропомиозина с F-актином защищает F-актин от разборки мозговым актин-деполимеризующим фактором (ADF)». Cell Motility . 2 (1): 1–8. doi :10.1002/cm.970020102. PMID  6890875.

Внешние ссылки

Смотрите также