Cofilin aiheuttamat rakenteelliset muutokset aktiinifilamenteissa pysyvät paikallisina
aktiini on tärkeä sytoskeletaalinen proteiini, jolla on ratkaiseva rooli useissa biologisissa tapahtumissa, joihin liittyy voiman muodostusta ja muodonmuutoksia. Aktiinimonomeerit polymeroituvat aktiinifilamenteiksi, jotka toimivat aktiinisytoskeletonin ytimenä yhdessä monien siihen liittyvien proteiinien kanssa. Vaikka puhdistettu aktiini voi spontaanisti polymeroitua fysiologisissa olosuhteissa koeputkissa, aktiinin kokoonpano ja purkaminen ovat tilallisesti ja ajallisesti säädeltyjä soluissa. Esimerkiksi aktiinifilamenttien koordinoitu suuntaaminen kokoonpano voi työntää kalvoja ja organelleja, kun taas aktiinifilamenttien purkaminen edistää sytoskeletaalista uudelleenmuodostusta ja hajotettujen aktiinimonomeerien kierrätystä aktiinipolymeroinnin uudelle kierrokselle. Siksi aktiinin kokoonpanon ja purkamisen koordinoitua säätelyä tarvitaan usein normaalin solukäyttäytymisen saavuttamiseksi. Erityisesti aktiinifilamentin purkaminen on haastava tehtävä sytoplasmassa. Kun aktiini on polymeroitunut, aktiinin alayksiköiden hidas spontaani dissosiaatio filamenteista rajoittaa aktiinin kokonaisliikevaihdon nopeutta. Lisäksi sytoplasmassa on yleensä suuria pitoisuuksia aktiinimonomeerejä, jotka voivat lisätä aktiinin netkokoonpanoa. Yksi aktiinifilamenttien purkamista edistävistä tekijöistä on aktiinifilamenttien depolymerisoiva tekijä (ADF)/cofilin-proteiiniperhe, joka ilmaistaan eri solutyypeissä eukaryooteilla ja osallistuu soluprosesseihin, jotka vaativat aktiinisytoskeletonin dynaamista uudelleenjärjestelyä, kuten solujen migraatiota, sytokineesiä ja morfogeneesiä (1, 2). ADF/cofilin (jäljempänä cofilin) edistää aktiinin depolymerisaatiota ja parantaa aktiinin vaihtuvuutta (3⇓-5). Cofilin sitoutuu aktiinifilamenttien kylkeen moolisuhteessa 1:1 (cofilin: aktiinialayksikkö) yhteistoiminnallisesti siten, että syntyy klustereita cofilin-koristeltuja alueita. Tämän jälkeen hehkulangan katkeaminen tapahtuu usein hehkulangan cofilin-koristeltujen ja paljaiden alueiden välisillä rajoilla tai niiden läheisyydessä (6, 7). Siksi cofilin katkaisee aktiinifilamentit tehokkaimmin, kun cofilin sitoutuu filamentteihin alhaisella tiheydellä (8). Hehkulangan katkeamisen mekanismi cofilin-klusterien reunoilla on kuitenkin edelleen epäselvä. Cofilin-sidotut aktiinifilamentit poikkeavat rakenteellisesti paljaista aktiinifilamenteista (9⇓-11), mikä johti hypoteesiin, jonka mukaan rakenteelliset epäjatkuvuudet cofilin-sidottujen ja paljaiden alueiden rajoilla synnyttävät mekaanisesti hauraita kohtia (12). Kuitenkin muut tutkimukset osoittavat, että cofilin aiheuttama rakennemuutokset leviävät paljaille alueille (13, 14). Tämän ongelman selvittämiseksi de La Cruzin ja Sindelarin (15) johtama yhteistyöryhmä on äskettäin analysoinut cofilin-klustereilla olevien aktiinifilamenttien rakenteellisia variaatioita kryoelektronimikroskopian avulla ja osoittanut, että cofilin-indusoidut rakennemuutokset rajoittuvat kahteen aktiinin alayksikköön. PNAS, Huehn et al. (16) määrittää edelleen cofilin-ja aktiinirakenteiden lähellä atomin rajoja ja osoittaa, että cofilin indusoi vain aktiinialayksiköiden rakenteellisia muutoksia paikallisesti suorilla kosketuksilla vaikuttamatta naapurimaiden aktiinialayksiköiden kanssa paljaalla alueella. Cofilin-klusterien reunoilla olevien aktiinialayksiköiden korkean resoluution rakenne antaa vihjeitä cofilin-indusoidun aktiinifilamentin katkeamisen mekanismin ymmärtämiseksi.
Aktiinifilamentit ovat polarisoituneita kaksisäikeisiä kierteisiä polymeerejä (17). Aktiinin polymerointi pinoamalla tuottaa kaksi filamenttipäätä, joilla on erilliset biokemialliset ominaisuudet: teräväkärkiset (tai miinus) ja piikkiset (tai plus) päät (18) (Kuva. 1 A). Cofilin koskettaa kahta pituussuunnassa sijoitettua aktiinialayksikköä samalla protofilamenttilangalla ja muuttaa hehkulangan kierrettä (9). Cofilin muuttaa myös aktiinin alayksiköiden konformaatiota siten, että kahden aktiinin alayksikön väliset pitkittäiset kontaktit häiriintyvät (10, 11). Vaikka aktiini–aktiinisidoksissa on cofilin-tyydyttyneitä aktiinifilamentteja, ne eivät helposti pirstaloidu (8), koska cofilin toimii poikkisiltana, joka stabiloi kaksi pitkittäistä aktiinialayksikköä. Kun vain yksi cofilin-molekyyli on sitoutunut hehkulankaan, huehn et al. (16) toteavat, että vain ylempi (teräväkärkinen puoli) aktiinialayksikkö hyväksyy cofilin-indusoidun konformaation siten, että Pitkittäinen aktiini-aktiinisidos häiriintyy vain ylemmän cofilin-sidoksen (I Kuvassa. 1B) ja viereinen pituussuunnassa sijoitettu alayksikkö (+2 Kuvassa. 1b). Näin ollen yksi kofiliini tekee hauraan pisteen vain yhdelle protofilamentille vaikuttamatta vastakkaiseen protofilamenttiin, mikä ei riitä aiheuttamaan tehokasta katkaisua.
