Kofilininduserte strukturelle endringer i aktinfilamenter forblir lokale
Actin er et stort cytoskeletal protein som spiller avgjørende roller i en rekke biologiske hendelser som involverer kraftgenerering og formendringer. Aktinmonomerer polymeriseres til aktinfilamenter, som tjener som en kjerne av actin cytoskelettet sammen med mange tilknyttede proteiner. Selv om renset aktin kan spontant polymeriseres under fysiologiske forhold i reagensrør, er montering og demontering av aktin romlig og tidsmessig kontrollert i celler. For eksempel kan samordnet retningsmontering av aktinfilamenter presse membraner og organeller, mens demontering av aktinfilamenter bidrar til cytoskeletal remodeling og gjenvinning av demonterte aktinmonomerer for en ny runde aktinpolymerisering. Derfor er koordinert regulering av aktinmontering og demontering ofte nødvendig for å oppnå normal cellulær oppførsel. Spesielt er aktinfilament demontering en utfordrende oppgave i cytoplasma. Når aktin polymeriseres, begrenser langsom spontan dissosiasjon av aktinunderenheter fra filamenter hastigheten av total aktinomsetning. I tillegg inneholder cytoplasma generelt høye konsentrasjoner av aktinmonomerer som kan øke netto aktinmontering. En av faktorene som fremmer aktinfilament demontering er actin depolymeriserende faktor (ADF)/kofilin familien av proteiner, som uttrykkes i ulike celletyper på tvers av eukaryoter og involvert i cellulære prosesser som krever dynamisk omorganisering av actin cytoskelettet, som cellemigrasjon, cytokinese og morfogenese (1, 2). ADF / cofilin (heretter kalt cofilin) fremmer aktindepolymerisering og øker aktinomsetningen (3⇓-5). Kofilin binder seg til siden av aktinfilamenter ved et 1:1 (kofilin:aktinunderenhet) molforhold på en kooperativ måte slik at klynger av kofilin-dekorerte regioner genereres. Deretter skjer filamentavskjæring ofte ved eller nær grenser mellom kofilin-dekorerte og nakne regioner på filamentet (6, 7). Derfor kutter kofilin aktinfilamenter mest effektivt når kofilin binder seg til filamenter ved lave tettheter (8). Imidlertid forblir mekanismen for filamentavbrudd ved kantene av kofilinklynger uklart. Kofilinbundne aktinfilamenter er strukturelt forskjellige fra nakne aktinfilamenter (9⇓-11), noe som førte til en hypotese om at strukturelle diskontinuiteter ved grensene mellom kofilinbundne og nakne regioner genererer mekanisk skjøre punkter (12). Andre studier viser imidlertid at kofilininduserte strukturelle endringer forplantes til nakne regioner (13, 14). For å klargjøre dette problemet har en samarbeidsgruppe ledet Av De La Cruz og Sindelar (15) nylig analysert strukturelle variasjoner av aktinfilamenter med kofilinklynger ved bruk av kryo-elektronmikroskopi og vist at kofilininducerte strukturelle endringer er begrenset innen to aktinunderenheter ved grensene. I PNAS, Huehn et al. 16) videre bestemme næratomstrukturer av kofilin og aktin ved grensene og vise at kofilin bare induserer strukturelle endringer på aktinunderenheter lokalt ved direkte kontakter uten å påvirke nabostrukturer av aktinunderenheter i et nakent område. Den høyoppløselige strukturen av aktinunderenheter ved kantene av kofilinklynger gir ledetråder for å forstå mekanismen for kofilinindusert aktinfilamentavbrudd.
Aktinfilamenter er polariserte tostrengede spiralformede polymerer (17). Polymerisering av aktin i en stabling måte genererer to filament ender med distinkte biokjemiske egenskaper: spiss( eller minus) og piggete (eller pluss) ender (18) (Fig. 1A). Kofilin kontakter to langsgående posisjonerte aktinunderenheter på samme protofilament og endrer filamentets vridning (9). Kofilin endrer også konformasjonen av aktinunderenheter slik at langsgående kontakter mellom de to aktinunderenhetene forstyrres (10, 11). Selv med kofilin-indusert forstyrrelse i aktin-aktinbindinger, er kofilin-mettet aktinfilamenter ikke lett fragmentert (8) fordi kofilin virker som en kryssbro som stabiliserer de to langsgående aktin-underenhetene. Når bare et enkelt kofilinmolekyl er bundet til et filament, Huehn et al. (16) finn at bare den øvre (den spisse endesiden) aktinunderenheten vedtar den kofilininduserte konformasjonen, slik at den langsgående aktin-aktinbindingen bare forstyrres mellom den øvre kofilinbundne underenheten (I I Fig. 1B) og den tilstøtende lengderetningen plassert underenhet (+2 I Fig. 1B). Således gjør en enkelt kofilin et skjøre punkt på bare ett protofilament uten å påvirke det motsatte protofilamentet, noe som ikke er tilstrekkelig til å forårsake effektiv kutting.
