アクチンフィラメントにおけるコフィリン誘発構造変化は、局所的にとどまる

アクチンは、力の発生と形状変化を含む多くの生物学的事象に重要な役割を果たす主要な細胞骨格タンパク質である。 アクチンモノマーはアクチンフィラメントに重合され、多くの関連タンパク質とともにアクチン細胞骨格のコアとして機能する。 精製されたアクチンは試験管内の生理学的条件下で自発的に重合することができるが、アクチンの組み立ておよび分解は細胞内で空間的および時間的に制御される。 例えば、アクチンフィラメントの協調的な方向性アセンブリは、アクチンフィラメントの分解は、アクチン重合の新しいラウンドのための細胞骨格のリモデリングと分解アクチンモノマーのリサイクルに貢献しているのに対し、膜やオルガネラをプッシュすることができます。 したがって、アクチンの組み立てと分解の調整は、通常の細胞行動を達成するためにしばしば必要とされる。 特に、アクチンフィラメントの分解は、細胞質における困難な作業である。 アクチンが重合すると、フィラメントからのアクチンサブユニットの遅い自発的解離は、全体的なアクチンターンオーバーの速度を制限します。 さらに、細胞質は一般に純アクチンアセンブリを増加させることができるアクチンモノマーの高濃度を含んでいます。 アクチンフィラメント分解を促進する因子の一つは、真核生物全体の様々な細胞型で発現し、細胞遊走、細胞質分裂、形態形成などのアクチン細胞骨格の動的再配列を必要とする細胞プロセスに関与するタンパク質のアクチン解重合因子（ADF）/コフィリンファミリーである（1、2）。 ADF/コフィリン（以下コフィリン）は、アクチン解重合を促進し、アクチンターンオーバー（3≤-5）を促進する。 コフィリンは1:1（コフィリン：アクチンサブユニット）モル比でアクチンフィラメントの側に結合し、コフィリンで装飾された領域のクラスターが生成されるように協調的に結合する。 その後、フィラメント切断は、フィラメント上のコフィリン装飾された領域と裸の領域との間の境界またはその近くで頻繁に発生する（6、7）。 したがって、コフィリンが低密度でフィラメントに結合すると、コフィリンはアクチンフィラメントを最も効率的に切断します(8)。 しかし，コフィリンクラスターの端でフィラメントが切断されるメカニズムは不明である。 コフィリン結合アクチンフィラメントは、コフィリン結合と裸の領域の境界で構造的不連続が機械的に脆弱な点（12）を生成するという仮説につながった裸のアクチンフィラメント（9≤-11）とは構造的に異なっている。 しかし、他の研究では、コフィリン誘発性構造変化が裸の領域（に伝播されることを示している13、14）。 この問題を明らかにするために、De La CruzとSindelar（15）率いる共同グループは、最近、クライオ電子顕微鏡を用いてコフィリンクラスターとアクチンフィラメントの構造変化を解析し、コフィリン誘起構造変化が境界に二つのアクチンサブユニット内に制限されていることを実証した。 ＰＮＡＳでは、Ｈｕｅｈｎ ｅ ｔ ａ ｌ． (16)さらに、境界におけるコフィリンとアクチンの原子近傍構造を決定し、コフィリンは裸領域の隣接するアクチンサブユニットに影響を与えることなく、直接接触によって局所的にアクチンサブユニットに構造変化を誘導することを示した。 コフィリンクラスターの縁にあるアクチンサブユニットの高分解能構造は、コフィリン誘起アクチンフィラメント切断のメカニズムを理解するための手がかりを提供します。

アクチンフィラメントは分極した二本鎖ヘリカルポリマーである(17)。 アクチンをスタッキング方式で重合すると、尖った（またはマイナス）末端と有刺鉄線（またはプラス）末端（18）という明確な生化学的性質を持つ二つのフィラ 1A）。 コフィリンは、同じプロトフィラメント上の二つの縦方向に配置されたアクチンサブユニットと接触し、フィラメントのねじれを変化させる(9)。 コフィリンはまた、二つのアクチンサブユニット間の縦方向の接触が破壊されるようにアクチンサブユニットの立体配座を変化させる（10、11）。 アクチン-アクチン結合におけるコフィリン誘発性障害であっても、コフィリン飽和アクチンフィラメントは容易に断片化されていない（8）コフィリンは、二つの縦アクチンサブユニットを安定化するクロスブリッジとして機能するため。 単一のコフィリン分子のみがフィラメントに結合している場合、Huehn et al. (16)上部（尖った端側）のアクチンサブユニットのみがコフィリン誘導立体配座を採用し、縦アクチン-アクチン結合が上部コフィリン結合サブユニット間でのみ破壊されることを見いだした（図中i）。 および隣接する縦方向に配置されたサブユニット（図１ｂでは＋２）を含む。 1B）。 したがって、単一のコフィリンは、効率的な切断を引き起こすのに十分ではない反対のプロトフィラメントに影響を与えることなく、一つのプロトフィラメントのみに脆弱な点を作る。