Los cambios estructurales inducidos por la cofilina en los filamentos de actina permanecen locales

La actina es una proteína citoesquelética importante que desempeña un papel crucial en una serie de eventos biológicos que involucran la generación de fuerza y cambios de forma. Los monómeros de actina se polimerizan en filamentos de actina, que sirven como núcleo del citoesqueleto de actina junto con muchas proteínas asociadas. Aunque la actina purificada puede polimerizarse espontáneamente en condiciones fisiológicas en tubos de ensayo, el ensamblaje y desmontaje de la actina se controlan espacial y temporalmente dentro de las células. Por ejemplo, el ensamblaje direccional concertado de filamentos de actina puede empujar membranas y orgánulos, mientras que el desmontaje de filamentos de actina contribuye al remodelado citoesquelético y al reciclaje de monómeros de actina desmontados para una nueva ronda de polimerización de actina. Por lo tanto, a menudo se requiere una regulación coordinada del ensamblaje y desmontaje de actina para lograr comportamientos celulares normales. En particular, el desmontaje del filamento de actina es una tarea difícil en el citoplasma. Una vez polimerizada la actina, la disociación espontánea lenta de las subunidades de actina de los filamentos limita la tasa de recambio total de actina. Además, el citoplasma generalmente contiene altas concentraciones de monómeros de actina que pueden aumentar el ensamblaje neto de actina. Uno de los factores que promueven el desmontaje de filamentos de actina es la familia de proteínas factor de despolimerización de actina (ADF)/cofilina, que se expresa en varios tipos celulares a través de eucariotas e interviene en procesos celulares que requieren un reordenamiento dinámico del citoesqueleto de actina, como la migración celular, la citocinesis y la morfogénesis (1, 2). ADF / cofilina (en lo sucesivo, cofilina) promueve la despolimerización de actina y aumenta la rotación de actina (3⇓-5). La cofilina se une al lado de los filamentos de actina en una proporción molar de 1:1 (subunidad de cofilina:actina) de manera cooperativa, de modo que se generan grupos de regiones decoradas con cofilina. Luego, el corte del filamento ocurre con frecuencia en o cerca de los límites entre las regiones decoradas con cofilina y desnudas del filamento (6, 7). Por lo tanto, la cofilina corta los filamentos de actina de manera más eficiente cuando la cofilina se une a los filamentos a bajas densidades (8). Sin embargo, el mecanismo de filamento de cortar en los bordes de la cofilina clusters sigue siendo poco clara. Los filamentos de actina unidos a cofilina son estructuralmente diferentes de los filamentos de actina desnudos (9⇓-11), lo que llevó a la hipótesis de que las discontinuidades estructurales en los límites entre las regiones unidas a cofilina y desnudas generan puntos mecánicamente frágiles (12). Sin embargo, otros estudios demuestran que los cambios estructurales inducidos por la cofilina se propagan a regiones desnudas (13, 14). Para aclarar este problema, un grupo de colaboración liderado por De La Cruz y Sindelar (15) ha analizado recientemente las variaciones estructurales de los filamentos de actina con grupos de cofilina utilizando microscopía crioelectrónica y ha demostrado que los cambios estructurales inducidos por la cofilina están limitados dentro de dos subunidades de actina en los límites. En PNAS, Huehn et al. (16) determinar además estructuras casi atómicas de cofilina y actina en los límites y demostrar que la cofilina solo induce cambios estructurales en las subunidades de actina localmente por contacto directo sin afectar a las subunidades de actina vecinas en una región desnuda. La estructura de alta resolución de las subunidades de actina en los márgenes de los clústeres de cofilina proporciona pistas para comprender el mecanismo de corte del filamento de actina inducido por cofilina.

Los filamentos de actina son polímeros helicoidales bicatenarios polarizados (17). La polimerización de actina de forma apilable genera dos extremos de filamentos con propiedades bioquímicas distintas: extremos puntiagudos (o menos) y púas (o más) (18) (Fig. 1A). La cofilina entra en contacto con dos subunidades de actina posicionadas longitudinalmente en el mismo protofilamento y cambia la torsión del filamento (9). La cofilina también altera la conformación de las subunidades de actina de tal manera que se interrumpen los contactos longitudinales entre las dos subunidades de actina (10, 11). Incluso con la alteración inducida por la cofilina en los enlaces actina–actina, los filamentos de actina saturados con cofilina no se fragmentan fácilmente (8) porque la cofilina actúa como un puente transversal que estabiliza las dos subunidades longitudinales de actina. Cuando solo una molécula de cofilina está unida a un filamento, Huehn et al. (16) encontrar que solo la subunidad actina superior (el extremo puntiagudo) adopta la conformación inducida por la cofilina, de modo que el enlace longitudinal actina-actina se interrumpe solo entre la subunidad unida a la cofilina superior (i en la Fig. 1B) y la subunidad adyacente posicionada longitudinalmente (+2 en la Fig. 1B). Por lo tanto, una sola cofilina hace un punto frágil en un solo protofilamento sin afectar al protofilamento opuesto, lo que no es suficiente para causar una ruptura eficiente.