Семейство ADF / Cofilin - ADF/Cofilin family
ADF / cofilin - это семейство актин-связывающих белков, связанных с быстрой деполимеризацией актиновых микрофиламентов, которые придают актину характерную динамическую нестабильность . Эта динамическая нестабильность играет центральную роль в роли актина в сокращении мышц, подвижности клеток и регуляции транскрипции.
Три высококонсервативных и высоко (70% -82%) идентичных гена, принадлежащих к этому семейству, были описаны у людей и мышей:
- CFL1 , кодирование кофилина 1 (немышечного или н-кофилина)
- CFL2 , кодирование кофилина 2 (обнаружено в мышцах: м-кофилин)
- DSTN , кодирующий дестрин , также известный как ADF или фактор деполимеризации актина
Актин- связывающие белки регулируют сборку и разборку актиновых филаментов. Кофилин , член семейства ADF / кофилин, на самом деле является белком с 70% идентичностью последовательности дестрину , что делает его частью семейства ADF / кофилин малых ADP-связывающих белков. Белок связывается с мономерами и нитями актина, G-актином и F-актином соответственно. Кофилин вызывает деполимеризацию на минус-конце филаментов, тем самым предотвращая их повторную сборку. Известно, что белок рассекает актиновые филаменты, создавая больше положительных концов на фрагментах филаментов. Кофилин / АДФ (дестрин), вероятно, расщепляет F-актин без кэппинга и предпочитает АДФ-актин. Эти мономеры могут быть переработаны профилином , активируя мономеры, чтобы они снова вернулись в форму филаментов за счет обмена АДФ- АТФ . Затем АТФ-актин доступен для сборки.
Состав
Структура факторов деполимеризации актина очень консервативна во многих организмах из-за важности актина во многих клеточных процессах. Белки семейства факторов деполимеризации актина обычно состоят из пяти бета-листов, четырех антипараллельных и одной параллельной, а также четырех альфа-спиралей с центральной альфа-спиралью, обеспечивающих структуру и стабильность белков. Домен гомологии фактора деполимеризации актина (домен ADF-H) позволяет связываться с субъединицами актина и включает центральную альфа-спираль, удлинение N-конца и спираль C-конца.
- Удлинение N-конца состоит из наклонной петли, которая облегчает связывание с G-актином, но не с F-актином из-за стерических затруднений, присутствующих в F-актине.
- С-конец может образовывать водородные связи с F-актином через его амидный остов и серин в положении S274. Этот серин особенно высок эволюционно консервативен из-за его важности в связывании актина.
- Центральная альфа-спираль вставляется в гидрофобную щель между первой и третьей субъединицами актина во время связывания актина.
Кофилин связывает мономерный (G-актин) и нитчатый актин (F-актин). Его аффинность связывания для АДФ-актина выше, чем для АДФ-Pi и АТФ-актина. Его связывание изменяет поворот F-актина. Структура ADF была впервые описана в 1980 году Джеймсом Бамбургом. Четыре актина-гистидина рядом с сайтом связывания кофилина могут потребоваться для взаимодействия кофилин / актин, но одной только чувствительности к pH может быть недостаточно для объяснения уровней встречающегося взаимодействия. Кофилин встраивается в АДФ-F-актин из-за повышенной гибкости этой формы актина. Связывание как кофилином, так и ADF (дестрином) вызывает уменьшение длины кроссовера филамента. Следовательно, деформации увеличивают динамику филаментов и наблюдаемый уровень фрагментации филаментов.
Функция
Кофилин - это повсеместный актин-связывающий фактор, необходимый для реорганизации актиновых филаментов. Члены семейства ADF / Cofilin связывают мономеры G-актина и деполимеризуют актиновые филаменты посредством двух механизмов: отщепления и увеличения скорости отклонения мономеров актина от заостренного конца. Для эффективного функционирования кофилина необходимы «более старые» актиновые филаменты ADP / ADP-Pi, свободные от тропомиозина и соответствующего pH. В присутствии легкодоступного АТФ-G-актина кофилин ускоряет полимеризацию актина за счет своей разрушающей актин активности (обеспечивая свободные зазубренные концы для дальнейшей полимеризации и зародышеобразования комплексом Arp2 / 3). Как длительный эффект in vivo , кофилин рециркулирует более старый ADP-F-актин, помогая клетке поддерживать пул ATP-G-актина для устойчивой подвижности. pH, фосфорилирование и фосфоинозитиды регулируют связывание кофилина и ассоциированную активность с актином.
Arp2 / 3 и кофилин работают вместе , чтобы реорганизовать актиновые филаменты в цитоскелета . Arp 2/3, комплекс актин-связывающих белков, связывается со стороной АТФ-F-актина возле растущего зазубренного конца филамента, вызывая зарождение новой ветви F-актина, в то время как деполимеризация, управляемая кофилином, происходит после диссоциации от комплекс Арп2 / 3. Они также работают вместе, чтобы реорганизовать актиновые филаменты, чтобы транспортировать больше белков по везикулам для продолжения роста филаментов.
Кофилин также связывается с другими белками, такими как миозин , тропомиозин , α-актинин , гельсолин и скруин . Эти белки конкурируют с кофилином за связывание актина. Софилин также играет роль в врожденном иммунном ответе.
В модельном организме
АДФ / кофилин обнаруживается в мембранах взъерошивания и на переднем крае подвижных клеток. В частности, ADF / cofilin способствует разборке филамента в задней части кисти у Xenopus laevis lamellipodia , выпячивания из клеток фибробластов, характеризующегося сетями актина. Субблоки добавляются к зазубренным концам и теряются из обращенных назад заостренных концов. Было обнаружено, что увеличение константы скорости k диссоциации актина с заостренных концов приводит к разрыву актиновых филаментов. В ходе этого эксперимента было обнаружено, что АТФ или АДФ-Pi, вероятно, участвуют в связывании с актиновыми филаментами.
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 соседним гистидином, присоединенным к основной петля. Это взаимодействие стабилизирует структуру изнутри за счет 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, который вызывает скручивание боковой цепи серина, вызывая конформационное изменение второй субъединицы. Это конформационное изменение также приводит к тому, что серин больше не может образовывать водородную связь с гистидином, присоединенным к основной петле, и это ослабляет связь между первой и третьей субъединицами, вызывая скручивание всей молекулы. Это скручивание вызывает напряжение в молекуле и дестабилизирует ее.
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 конформационные изменения в F-актине, которые заставляют его еще больше скручиваться и становиться более дестабилизированным. Это скручивание вызывает разрыв связи между мономерами актина, деполимеризуя филамент.
Регулирование
Фосфорилирование
Фактор деполимеризации актина регулируется фосфорилированием серина на С-конце киназами LIM . Фактор деполимеризации актина активируется, когда он дефосфорилируется, и ингибируется, когда он фосфорилируется.
pH
Щелочная среда стабилизирует неорганический фосфат, высвобождаемый при гидролизе АТФ до АДФ, поэтому более высокий рН увеличивает благоприятную возможность гидролиза АТФ, связанного с F-актином, до АДФ, что приводит к дестабилизации актина.
Связывание тропомиозина
F-актин связывает белок тропомиозин и фактор деполимеризации актина конкурентным и взаимоисключающим образом. Связывание F-актина с тропомиозином несовместимо, поэтому связывание тропомиозина не вызывает конформационных изменений F-актина и не вызывает его дестабилизацию. Однако, поскольку F-актин не может связывать одновременно тропомиозин и фактор деполимеризации актина из-за того, что тропомиозин блокирует сайт связывания фактора деполимеризации актина, когда он связан с актином, тропомиозин действует как протектор актина от деполимеризации.