_ „One inel pentru a le guverna pe toate': Cum sunt asamblate filamentele de actină de către formine

Actina este o proteină foarte abundentă care controlează forma și mișcarea tuturor celulelor noastre. Actina realizează acest lucru prin asamblarea în filamente, câte o moleculă de actină. Proteinele familiei formelor sunt parteneri esenți în acest proces: poziționate la capătul filamentului, forminele recrutează noi subunități de actină și rămân asociate cu capătul prin „pasare” cu filamentul în creștere.

Există tot atâtea. ca 15 forme diferite din celulele noastre care conduc la creșterea filamentului de actină la viteze diferite și în scopuri diferite. Cu toate acestea, mecanismul exact de acțiune al forminelor și baza diferitelor viteze inerente ale acestora au rămas evazive.

Acum, pentru prima dată, cercetătorii din grupurile lui Stefan Raunser și Peter Bieling de la Institutul Max Planck de Fiziologie Moleculară din Dortmund au vizualizat la nivel molecular modul în care forminele se leagă de capetele filamentelor de actină. Acest lucru le-a permis să descopere modul în care forminele mediază adăugarea de noi molecule de actină la un filament în creștere.

În plus, au elucidat motivele diferitelor viteze la care diferitele formine promovează acest proces. Cercetătorii MPI au folosit o combinație de strategii biochimice și crio-microscopia electronică (cryo-EM). Descoperirea, publicată în revista Science, ne poate ajuta să explicăm de ce anumite mutații ale formelor pot duce la boli neurologice, imunitare și cardiovasculare.

„Descoperirea noastră ne permite să interpretăm zeci de ani de studii biochimice asupra forminelor prin intermediul lentile noi, care răspunde la multe întrebări de lungă durată, deschise în acest domeniu”, spune Bieling.

Structurile anterioare de la cristalizarea cu raze X au dezvăluit că forminele sunt formate din două părți identice care înconjoară filamentul de actină într-un conformație asemănătoare inelului și pășește de-a lungul ei pe măsură ce crește. În modelele speculative sugerate până acum, forminele interacționează prin toate cele patru domenii de legare cu actina, în timp ce formina cu mișcare lentă și rapidă ar adopta forme diferite la nivelul filamentului.

„Dar aceste studii nu aveau structuri de înaltă rezoluție. de formine legate de locurile lor relevante de activitate, capătul ghimpat al filamentelor de actină”, spune Wout Oosterheert, postdoc în grupul lui Raunser la MPI Dortmund și co-primul autor al publicației.

Forminele sunt proteine ​​foarte dinamice care asamblează filamentele rapid, prin urmare este dificil să se obțină suficiente capete de filament pentru determinarea detaliată a structurii. Oamenii de știință MPI au analizat nu doar una, ci trei forme distincte care provin de la ciuperci, șoareci și oameni, care alungesc filamentele de actină la viteze foarte diferite.

„Una dintre formele pe care le-am studiat este foarte rapidă și poate fi considerat Ferrari-ul dintre formine, în timp ce un alt formin se comportă mai mult ca un tractor”, spune Raunser. Oamenii de știință au testat și optimizat o mare varietate de condiții care, în cele din urmă, le-au oferit un număr mare de filamente legate de formină.

„Ne-am construit pe experiența pe care am dobândit-o din studiile noastre anterioare. Optimizarea iterativă atât a biochimia și prepararea probelor crio-EM au fost cheia pentru obținerea acestor structuri”, spune Micaela Boiero Sanders, celălalt co-primul autor al studiului.

O nouă paradigmă

Noile structuri. , cu rezoluții în jur de 3,5 Ångstrom, arată că forminele înconjoară actina ca un inel asimetric: o jumătate a inelului este legată stabil, în timp ce cealaltă jumătate este asociată cu filamentul și este liberă să captureze o nouă subunitate.

„Analiza structurilor ne-a oferit un adevărat moment „Eureka” în ceea ce privește mecanismul”, spun Oosterheert și Boiero Sanders. Când noua subunitate de actină sosește, încorporarea ei pe filament destabiliza aranjamentul de formină și necesită ca semi-inelul stabil să pășească pe noua subunitate și să devină slăbit, în timp ce cealaltă jumătate de inel devine stabil.

Datorită acestui mecanism concertat, forminele rămân asociate cu capătul în creștere al filamentului de actină pe distanțe lungi. Spre deosebire de ipotezele anterioare, structurile sunt similare pentru toate cele trei formine analizate, doar trei domenii de legare fiind angajate cu actina în același timp.

Prin introducerea mutațiilor în formine, oamenii de știință MPI au explicat și diferențele de viteză. între complexele actină-formină: dacă inelul de formină este legat mai strâns de capătul filamentului de actină, este mai dificil ca inelul să se lase și să pășească pe o nouă subunitate de actină care intră. Drept urmare, creșterea filamentului este mai lentă.

„Acum înțelegem cum o formină care se comportă ca un tractor poate fi făcută mai rapid, oferindu-i niște caracteristici asemănătoare Ferrari”, spune Bieling. Echipa MPI se așteaptă ca rezultatele lor să fie utile pentru mulți oameni de știință din întreaga lume care studiază citoscheletul de actină.

„Noile noastre perspective deschid un număr mare de posibilități pentru elucidarea rolurilor specifice ale celor cincisprezece oameni. formine la nivel celular, ceea ce ne poate crește înțelegerea modului în care mutațiile în genele formei duc la boli grave”, conchide Raunser.

(Fluierul)