Cofilin-inducerade strukturella förändringar i aktinfilament förblir lokala
aktin är ett stort cytoskeletalt protein som spelar avgörande roller i ett antal biologiska händelser som involverar kraftgenerering och formförändringar. Aktinmonomerer polymeriseras till aktinfilament, som fungerar som en kärna av aktincytoskelettet tillsammans med många associerade proteiner. Även om renat aktin kan polymeriseras spontant under fysiologiska förhållanden i provrör, kontrolleras montering och demontering av aktin rumsligt och Temporärt i celler. Till exempel kan samordnad riktad montering av aktinfilament driva membran och organeller, medan demontering av aktinfilament bidrar till cytoskeletal ombyggnad och återvinning av demonterade aktinmonomerer för en ny runda aktinpolymerisation. Därför krävs ofta samordnad reglering av aktinmontering och demontering för att uppnå normalt cellulärt beteende. Särskilt är demontering av aktinfilament en utmanande uppgift i cytoplasman. När aktin polymeriseras begränsar långsam spontan dissociation av aktin-subenheter från filament hastigheten för den totala aktinomsättningen. Dessutom innehåller cytoplasman i allmänhet höga koncentrationer av aktinmonomerer som kan öka nettoaktin. En av faktorerna som främjar demontering av aktinfilament är aktin depolymeriserande faktor (ADF)/cofilin familj av proteiner, som uttrycks i olika celltyper över eukaryoter och är involverade i cellulära processer som kräver dynamisk omläggning av aktincytoskelettet, såsom cellmigration, cytokinesis och morfogenes (1, 2). ADF / cofilin (hädanefter kallat cofilin) främjar aktin depolymerisering och ökar aktinomsättningen (3-5 kg). Cofilin binder till sidan av aktinfilament vid ett molförhållande på 1:1 (cofilin:aktin-subenhet) på ett kooperativt sätt så att kluster av cofilin-dekorerade regioner genereras. Därefter sker filament avskiljning ofta vid eller nära gränser mellan cofilin-dekorerade och nakna områden på filamentet (6, 7). Därför avskiljer cofilin aktinfilament mest effektivt när cofilin binder till filament vid låga densiteter (8). Mekanismen för filament som bryts vid kanterna av cofilin-kluster är emellertid oklart. Kofilin-bundna aktinfilament skiljer sig strukturellt från Nakna aktinfilament (9 0CG -11), vilket ledde till en hypotes att strukturella diskontinuiteter vid gränserna mellan kofilin-bundna och nakna regioner genererar mekaniskt bräckliga punkter (12). Andra studier visar emellertid att cofilin-inducerade strukturella förändringar sprids till nakna regioner (13, 14). För att klargöra detta problem har en samarbetsgrupp ledd av de La Cruz och Sindelar (15) nyligen analyserat strukturella variationer av aktinfilament med cofilin-kluster med kryoelektronmikroskopi och visat att cofilin-inducerade strukturella förändringar är begränsade inom två aktinunderenheter vid gränserna. I PNAS, Huehn et al. (16) vidare bestämma nära atomära strukturer av cofilin och aktin vid gränserna och visa att cofilin endast inducerar strukturella förändringar på aktin-subenheter lokalt genom direkta kontakter utan att påverka närliggande aktin-subenheter i en bar region. Den högupplösta strukturen hos aktin-subenheter vid marginalerna för cofilin-kluster ger ledtrådar för att förstå mekanismen för avskiljning av cofilin-inducerad aktinfilament.
aktinfilament är polariserade tvåsträngade spiralformiga polymerer (17). Polymerisation av aktin på ett staplande sätt genererar två filamentändar med distinkta biokemiska egenskaper: spetsiga (eller minus) och taggade (eller plus) ändar (18) (Fig. 1A). Cofilin kommer i kontakt med två longitudinellt placerade aktinunderenheter på samma protofilament och ändrar glödtrådens vridning (9). Cofilin förändrar också konformationen av aktin-subenheter så att längsgående kontakter mellan de två aktin-subenheterna störs (10, 11). Även med den cofilin-inducerade störningen i aktin–aktin-bindningar är cofilin-mättade aktinfilament inte lätt fragmenterade (8) eftersom cofilin fungerar som en tvärbro som stabiliserar de två longitudinella aktinunderenheterna. När endast en enda cofilin molekyl är bunden till en filament, Huehn et al. (16) upptäck att endast den övre (den spetsiga sidan) aktinsubenheten antar den cofilin-inducerade konformationen, så att den längsgående aktinaktin-bindningen endast störs mellan den övre cofilin-bundna subenheten (I i Fig. 1B) och den intilliggande longitudinellt placerade underenheten (+2 i Fig. 1B). Således gör en enda cofilin en bräcklig punkt på endast en protofilament utan att påverka det motsatta protofilamentet, vilket inte är tillräckligt för att orsaka effektiv avskiljning.
