Ремоделирование актина

Ремоделирование актина - это биохимический процесс, который позволяет динамические изменения клеточной организации. Ремоделирование актиновых нитей происходит циклически на поверхности клеток и существует как фундаментальный аспект клеточной жизни. Во время процесса ремоделирования актин мономеры полимеризуются в ответ на сигнальные каскады, которые происходят от сигналов окружающей среды. Сигнальные пути клетки заставляют актин влиять на внутриклеточную организацию цитоскелета и часто, следовательно, на клеточную мембрану. Опять-таки под действием условий окружающей среды актиновые филаменты снова распадаются на мономеры, и цикл завершается. Актин-связывающие белки (ABP) способствуют трансформации актиновых филаментов в процессе ремоделирования актина. Эти белки объясняют разнообразную структуру и изменения формы эукариотических клеток. Несмотря на свою сложность, ремоделирование актина может привести к полной реорганизации цитоскелета менее чем за минуту.

• 1 Структурный состав актина
• 2 Цикл ремоделирования актина
• 3 См. Также
• 4 Ссылки

Образование тонких филаментов, отражающее механизм полимеризации для превращения G-актина в F-актин; обратите внимание на гидролиз АТФ.

Актин остается одним из наиболее распространенных белков во всей эукарии и представляет собой фермент (АТФаза ), который постепенно гидролизует АТФ. Он существует в двух формах внутри эукариотических клеток: глобулярный или G-актин и нитчатый / нитчатый или F-актин. Глобулярный актин представляет собой мономерную форму белка, тогда как нитчатый актин представляет собой линейный полимер глобулярных субъединиц. Сборка нитчатого актина возникает в результате слабых нековалентных взаимодействий между G-актином и проявляется в расположении двухцепочечного асимметричного спирального полимера.

Асимметричная природа F- актин обеспечивает различную специфичность связывания на каждом конце. Конец, который представляет субъединицу актина с открытым сайтом связывания АТФ, обычно обозначается как «(-) конец». Тогда как противоположный конец полимера, который представляет собой щель и не имеет свободного сайта связывания АТФ, называется «(+) концом». Кроме того, соответствующие концы актинового микрофиламента часто определяются по их внешнему виду при просвечивающей электронной микроскопии во время метода, известного как «украшение», когда добавление миозина приводит к отличительному связыванию актин-миозин на каждом конце. Термины «заостренный конец» и «зазубренный конец» относятся к «(-) концу» и «(+) концу» соответственно.

Внутри клетки постоянно происходят концентрации G-актина и F-актина. колебаться. Сборка и разборка F-актина регулярно называют «актиновым протекторным фрезерованием». В этом процессе субъединицы G-актина в основном добавляются к «зазубренному концу» нитевидного полимера. Этот конец оказывается более термодинамически благоприятным для добавления G-актина, а также кинетически динамичным. Одновременно с этим более старые мономеры G-актина «отваливаются» от заостренного конца микрофиламента. На «заостренном конце» полимера F-актина мономеры актина связаны с АДФ, который диссоциирует более легко и быстро, чем связанный с АТФ актин, который обнаружен в « колючий конец »полимера. Таким образом, в средах с высокими концентрациями свободных субъединиц актина рост нитей на «зазубренном конце» остается больше, чем на «заостренном конце». Этот «протектор», по сути, существует как упрощенное объяснение процесса ремоделирования актина.

Ремоделирование актина на поверхности клетки (кортикального слоя) представляет собой циклический (9-этапный) процесс где каждый шаг напрямую зависит от механизма передачи сигналов ячейки. В течение цикла актин начинается как мономер, удлиняется в полимер с помощью прикрепленных актин-связывающих белков и снова распадается на мономер, так что цикл ремоделирования может начаться снова. Динамическая функция ремоделирования актина напрямую связана с огромной изменчивостью формы, структуры и поведения клеток.

Воспроизвести медиа Реорганизация цитоскелета и подвижность клеток в форме ремоделирования актина, чтобы закрыть рану, расположенную на простате человека.

Инициирование

Состоит из ряда различных возможных механизмов, которые в конечном итоге определяют, где и когда должно произойти удлинение актиновых филаментов. В механизме, который включает раскрытие зазубренного конца, инициация регулируется диффузией -регулируемой полимеризацией актина субъединиц, связанных с белками, связывающими актин-мономер. Тимозин и Профилин существуют как белки, изолирующие актин-мономер, которые поддерживают способность ограничивать возникновение спонтанного нуклеации, тем самым останавливая процесс ремоделирования актина и возвращая перейти к первому шагу. Кроме того, клетка использует полифосфоинозитиды, чтобы помочь в удалении всех известных «зазубренных концов», закрывающих белки.

Возможные механизмы:

• De novo зародышеобразование комплексом Arp2 / 3, формины, и это образует тример
• , открывающее зазубренный конец путем удаления белков, закрывающих зазубрины (CapZ, Hsp70, EPS8 )
• Расцепление зазубренных концов актин-связывающими белками, которые разъединяют актиновые филаменты.

Удлинение

Облегчается in vivo промоторами полимеризации и белками, ингибирующими закрывание колючих концов. Фаза элонгации начинается, когда концентрация коротких полимеров F-актина значительно выше, чем в равновесии. В этот момент оба конца принимают добавление новых мономеров (хотя в основном на «зазубренном конце»), и микрофиламент актина удлиняется.

Терминация

Включает деградацию полифосфоинозитидов и реактивацию белков Hsp70 и CapZ, закрывающих «зазубренный конец», тем самым повторно инициируя ca pping и значительно уменьшающееся удлинение. Несмотря на присутствие активных кэпирующих белков, некоторые ингибиторы, включая профилин, формины, ENA и VASP, способствуют удлинению. Эти ингибиторы могут действовать различными способами, однако большинство из них используют ингибирование деполимеризации субъединиц и актин-деполимеризации актин-связывающих белков.

Амплификация разветвления

Включает зарождение новых микрофиламентов актина с существующих сторон F-актина. В ячейке используется комплекс Arp2 / 3 для временного связывания с существующими полимерами под углом 70 °. Комплекс Arp2 / 3 затем удлиняется в нитевидную ветвь, которая оказывается существенной для внутриклеточной реорганизации посредством изменений цитоскелета. Это изменение в инфраструктуре может изменить форму и поведение клеток и часто используется для транспортировки везикул, патогенов или других родственных структур.

Сшивание актиновых волокон

Результаты в целом стабилизация сети актиновых филаментов. В клетке используются сшивающие белки различных размеров для достижения различных средств стабильности внутри связывающей сети. Относительно небольшие АД, такие как скруин, фимбрин и эспин, действуют за счет отверждения пучков актиновых филаментов. Более крупные ABP, которые проявляют катушечные качества, такие как функция филамента, способствуют ортогональной организации. В целом, перекрестное связывание актина обеспечивает основу, по которой клетка может транспортировать сигнальные промежуточные соединения, необходимые для других этапов цикла ремоделирования актина.

Сокращение актиновых филаментов и перемещение груза

Представляет способность актина сеть филаментов, чтобы реагировать на условия окружающей среды и реагировать посредством различных форм везикул и передачи сигналов. Чаще всего белок миозин существует как «двигатель», который сопровождает клеточный «груз» по всей клетке. Миозин, в первую очередь миозин II, также важен для генерации сократительных сил между актиновыми филаментами.

Мембранное прикрепление к актиновой сети

Прикрепление актин-ортогональной сети к клеточной мембране оказывается важным к движению, форме и механической функции клетки. Динамическая природа клетки по-прежнему напрямую связана со способностью сети актин-филамент реагировать на сократительные силы, возникающие в результате внешних и внутренних сигналов.

Разборка актиновых филаментов

Иммобилизация путем взаимного проникновения актиновых филаментов является результатом двух различных Семейства ABP. Семейство белков гельсолин считается наиболее эффективным в разрушении актиновых филаментов и считается «белком сильного разделения». Эти белки отвечают на увеличение Ca2 + и закрывают «зазубренный конец» недавно оторванного F-актина. Повышенный уровень Ca2 + может также дестабилизировать сеть актин-филамент, препятствуя связыванию сшивающих белков. Семейство белков ADF / Cofilin также служит серьезным сетям актин-филаменты за счет слабого разрыва актиновых сетей. Эта форма слабого разделения не плотно закрывает «зазубренные концы», но допускает диссоциацию мономеров актина и, таким образом, разборку F-актина.

Секвестрация мономера, которая предотвращает спонтанное зародышеобразование

Существует как точка оборота в цикл ремоделирования актина. Белки тимозин и профилин предотвращают спонтанное зарождение новых тримеров актина. Отсутствие или ингибирование этих белков приводит к способности клетки начать цикл ремоделирования актина и продуцировать удлиненный F-актин.

• Актин

1. ^ Thomas P. Stossel; Габриэль Фентеани; Джон Х. Хартвиг ​​(2006). «Ремоделирование актина клеточной поверхности» (PDF). Журнал клеточной науки. 119(Pt 16): 3261–3264. doi : 10.1242 / jcs.02994. PMID 16899816. S2CID 30606964. Архивировано из оригинального (PDF) 18.06.2010.
2. ^ Amon; Берк; Бретчер; Кайзер; Кригер; Лодиш; Плоег; Скотт (2013). Молекулярная клеточная биология (седьмое изд.). Нью-Йорк: W.H Freeman and Company. С. 775–815. ISBN 978-1-4292-3413-9.
3. ^ Бегг, Округ Колумбия; Родевальд, Р.; Ребхун, Л.И. (1 декабря 1978 г.). «Визуализация полярности актиновых филаментов в тонких срезах. Доказательства однородной полярности связанных с мембраной филаментов». Журнал клеточной биологии. 79(3): 846–852. doi : 10.1083 / jcb.79.3.846. PMC 2110270. PMID 569662.
4. ^ Кун, младший; Поллард, Т. Д. (февраль 2005 г.). «Измерения полимеризации актиновых волокон в реальном времени с помощью флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения». Биофизический журнал. 88(2): 1387–1402. Bibcode : 2005BpJ.... 88.1387K. doi : 10.1529 / biophysj.104.047399. PMC 1305141. PMID 15556992.
5. ^Роттнер, Клеменс; Страдаль, Терезия Э. (2011). «Динамика актина и оборот в подвижности клеток». Текущее мнение в клеточной биологии. 23(5): 569–578. doi : 10.1016 / j.ceb.2011.07.003. PMID 21807492.
6. ^ Николсон-Дикстра, S; Хиггс, HN; Харрис, ES (10 мая 2005 г.). «Динамика актина: рост из дендритных ветвей». Текущая биология. 15(9): R346 – R357. doi : 10.1016 / j.cub.2005.04.029. PMID 15886095. S2CID 16997184.
7. ^ Калват, Массачусетс; Турмонд, округ Колумбия (23 августа 2013 г.). «Сигнальные механизмы индуцированного глюкозой ремоделирования F-актина в β-клетках панкреатических островков». Экспериментальная и молекулярная медицина. 45(37): e37. doi : 10.1038 / emm.2013.73. PMC 3789261. PMID 23969997.