Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 315
Текст из файла (страница 315)
16.2.4. Механизм нуклеации влияет на крупномасштабную организацию филаментов Поскольку комплекс АКР наиболее эффективно инициирует рост нового актинового филамента, когда он связан со старым актиновым филаментом, регули- 16.2. Как клетки регулируют свои цитоскелетные филаменты 1531 руемая активация комплекса АКР в животных клетках обычно приводит к сборке гелеобразных разветвленных актиновых сетей. Однако многие крупные актиновые структуры состоят из параллельных пучков неразветвленных филаментов, включая борозду дробления делящихся клеток (см.
рис. 16.2) и актиновые волокна, направленные в сторону роста почки дрожжей (см, рис, 16. 6), Образование многих из таких актиновых пучков инициируется другим набором белков нуклеации, форминами, которые способны нуклеировать рост прямых неразветвленных филаментов, сшитых друг с другом другими белками с образованием параллельных пучков. Формины — это крупное семейство димерных белков (геном мыши кодирует около 15 различных форминов).
Каждая субъединица формина несет сайт связывания мономерного актина, и, по-видимому, нуклеация полимеризации актина происходит путем захвата двух мономеров. По мере роста филамента димер формина остается связанным с быстро растущим плюс-концом, при этом не препятствуя присоединению новых субъединиц для удлинения филамента (рис. 16.36). Это сильно отличается от поведения комплекса АКР или у-ТпКС, которые остаются связанными с минус-концом актинового филамента или микротрубочки и препятствуют как связыванию новых субъединиц с этим концом, так и их потере. 16.2.5. Белки, связывающие свободные субъединицы, влияют на удлинение филаментов После нуклеации цитоскелетные филаменты обычно удлиняются за счет присоединения растворенных субъединиц.
В большинстве клеток позвоночных, за исключением мышечных, примерно 50 актина содержится в филаментах и 50;ь— в растворе, но это соотношение может быстро изменяться в ответ на внешние си~палы. Концентрация растворимых мономеров обычно составляет 50 — 200 мкМ (2 — 8 мгlмл); это довольно много, поскольку критическая концентрация для чистого актина в пробирке меньше 1 мкМ. Почему так много актина остается в раство. ренной форме, а не полимеризуется в филаменты? Ответ на этот вопрос состоит в том, что пул субъединиц содержит специальные белки, связывающие актино- Рис.
16.34. Нуклеация и формирование антиповой сети комплексом АНР. а) Сравнение структур Агр2, АгрЗ и вктинв. Несмотря на то что поверхность молекул Агр2 и АгрЗ, соответствующая плкк-концу (вверху), очень похожа нэ плюс-конец акти на, различия по бокам и на минус-конце (внизу) не дают этим эктиноподобным белкэм образовывать собственные фил аменты или включаться в акти новые. 6) Модель нуклевции антипового филамента комплексом АНР.
8 отсутствие активирующего фактора Агр2 и Агрз удерживаются дополнительными белками в ориентации, не позволяющей им начать нуклевцию нового акти нового фил амента. Когда с комплексом связывается активирую щий фактор (голубой гореуюльно к), Агр2 и Агрз сближаются в новой конфигурации, напоминающей плюс-конец эктинового филэментз. 8 результате субъединицы актина могут присоединиться к этой сгруктуре, обходя лимитирующую стадию нуклеации филамента (см.
рис. 16.10). в) Комплекс АНР наиболее эффективно нуклеирует филвменты, когда он связан с уже существующим антиповым филвментом. Образуется ответвление, растущее под углом 70' относительно исходного филамента. Повторяющиеся этапы нуклевции приводят к формированию древоподобной сети антиповых филаментов. г) Вверху, электронная микрофотография разветвленных зктиновых филаментов, образованных в результате смешения очищенных антиповых субъединиц и очищенных комплексов АНР. Внизу, восстановленное изображение разветвления, куда были согласна электронной плотности встроены трехмерные структуры витина и комплекса ЯНР. Материнский фила мент направлен сверху вниз, в дочерний филамент ответвляется справа, где комплекс АНР связался с тремя актиновыми субъединицами материнского филаментв.
(г, из Н. О. Мц)йпз ет з!., Ргос. яГас!. Асад. 5с!. (Г5З 95: 6181-6186, 1998. С любезного разрешения Мзг)опа! Асвдегпу о(5с!епсез, и из М. Нойггпапп ет в!., 5с(енсе 293: 2456-2459, 2001. С любезного разрешения издательства Мвспк!)зп Роы!звегз Цг(.) 1532 Часть))7. Внутренняя орРвиизвция клетки в) Рис. 15.35. Функция комплекса АВР в растительных клетках.
о) Клетки эпидермиса листьев кукурузы образуют маленькие обогащенные акти ном вы росты, скрепляющие соседние клетки друг с другом. как детали пазла. б) На поверхности листа можно наблюдать регулярную структуру, образованную сцепленными клетками.
в] эп идермальные клетки муга нтного растения, лишенного комплекса АВР, не образуют выростов. Прямоугольные клетки имеют нормальный размер и располагаются на нормальном расстоянии друг от друга, но невооруженным глазом лист кажется слишком блестящим. (из М.
1 агапа, Н. м. сагпипябт апд Ь 6. 5гпаЬ, Оеуеlоргпепт 130: 753-702, 2003. С любезного разрешения Согп рану о) Вю)оязя.) вые мономеры и делающие полимеризацию менее выгодной (их действие похоже на действие токсина латрункулина). 11ебольшой белок тимозин является наиболее распространенным белком такого типа. Связанные с тимозином актиновые моно. меры находятся в «запертом» состоянии и не способны присоединяться ни к плюс, ни к минус концам актинового филамента. а также гидролизовать или обменивать свой связанный нуклеотид. Как клетки рекрутируют актиновые мономеры из этого забуференного пула н используют их для полимеризацни? Может показаться, что тнмозин регулируется сигнальными путями (см, главу ! 5), но зто не так.
Вместо этого, рекрутизация зависит от другого связывающего мономеры белка — профилана. Профилин связывается с актиновым мономером с противоположной от АТР связывающей щели стороны, блокируя поверхность, которая в норме связывалась бы с минус концом филамента, но оставляя открьггьгм сайт, связывающийся с плюс. концом (рис, 16.37). Комплекс профилин актин может легко присоединиться к свободному плюс концу. Это приводит к конформационной перестройке актина, снижающей его родство к профнлнну, и профилин отваливается от удлинившегося на одну субьединицу филамента. Поскольку профилин конкурирует с тимозином за связывание с актиновыми мономерами, локальная активация молекул профилина приводит к переходу актиновых субъединиц из тимозин связанного пула на плюс концы филаментов. Рост актиновых филаментов, чьи плюс концы связаны г определеннымн формина ми (семейством белков нуклеации актнна, описанным ранее), еще сильнее зависит от активации профилина.
В этих случаях для удлинения актнновых филаментов необходимо, чтобы мономерный актин был связан с профилином (рис. 16.38). Активность профилина регулируется несколькими внутриклеточными механизмами, включая фосфорилирование профилина и его связывание с инозитолфосфо 162; как клетли регулируютсаоицитоскелетные филаагфнтьт ) 533 плюс-конец димер " формина актинов филаме минус-конец липидами. Эти механизмы определягот сайты, где действуег профилин. 11апример, способность профилина перемещать актиновые субъединицы нз пула на растущие концы филаментов играет критическую роль в сборке филаментов в плазматической мембране. Профилин располагается на цитоплазматической поверхности мембраны, поскольку он связывается с ее кислыми фосфолипидами. Здесь внеклеточные сиг палы способны активировать профилин и инициировать стремительную локальную полимеризацию актина и рост обогащенных актином подвижных структур, например фи- мо"е "ула в АТР-связывающей лоподий н ламеллощгдий (см.
ниже). Поми щели мо связывания с актином и фосфолипидами, профилин также связывается с различными внутриклеточными белками, несущими обо гащенные пролином домены; эти белки также способствуют локализации профилина в местах, где необходима быстрая сборка актина. Как и в случае актиновых мономеров, клетка удерживает неполимеризованные ту- Рис.
16.37. Профили н, связанный с антиновым мономером. Молекула белка профилина показана синим, а актин — красньяи. АТР лонаэан зеленым. Профнлин связывается с актином с противоположной от АТР-связывающей щели стороны. Такой гетерадимер профилин-витин способен связывать и удлинять плюс-конец актинового филамента, но стерически не способен присоединяться к минусконцу. (С любезного разрешения М) сная) йотусм и С)агепсе Е. 5саоп.) лрофилин Рис.
16.36. Опосредованное форминами удлинение актина. Белки формины (эеленые) образуют димерный комллекс, олосредующий нуклеацию сборки нового актинового филамента (красный), и остаются связанными с быстрорастущим плюс-концом. Фермин поддерживает связь с одной из двух актиновых субъединиц на плюс-конце, не мешая присоединению новых субъединиц. Здесь показана только часть крупной молекулы формина. Другие его участки ре~улируют активность и связываются с различными структурами клетки. Многие формины косвенно связаны с плазматической мембраной клетки и способствуют инсерционной (лутем вставок) лолимеризации актиновых филаментов прямо лод поверхностью мембраны. 16,2.
Как клетки регулируют свои цитоскепетные флпамемтн 1535 Рис. 16.39. Расщепление микротрубочек катанином Стабилизированные таксолом и окрашенные родамином микротрубочки абсорбировали на поверхности стеклянной подложки, после чего к ним добавили очищенный катании и АТР. о) Через 30 секунд после добавления катани на можно видеть несколько разрывов в микротрубочках. б) То же поле зрения через 3 минуты после добавления катанина. Филаменты были расщеплены по множеству сайтов, и теперь на месте длинных микротрубочек остались только а) короткие фрагменты. (Из !.!. Наг!гнал ет а)., Се)! 93: 277 — 287, 1998. С любезного разрешения издательства Е)зешег.) Для расщепления микротрубочки должно быть разрушено тринадцать продольных свя зей, по одной для каждого протофиламента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
