Диссертация (1145903), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Также на рисунке показаны петли, содержащие регуляторный остаток серина Ser14 иметилированный остаток гистидина His73 (Ser14 and His73 loops), петля связывания с ДНКазойI (DNase I-binding loop) (оранжевый).(b) F-актин представляет собой двойную спираль, в которой на 6 поворотов приходится 13мономеров актина.
Актиновый филамент представляет собой поляризованную структуру: на«оперённом» конце (barbed end) идёт присоединение новых мономеров, а на противоположном– «заострённом» - конце (pointed end) происходит медленная разборка F-актина.652.3.2. Реорганизация актиновых филаментовРеорганизация чистого актина in vitro происходит очень медленно. В живой клетке этотпроцесс существенно ускоряется за счёт целого арсенала актин-связывающих белков. Внастоящее время известно более 60 классов актин-связывающих белков (Pollard, Borisy, 2003).Главную роль в сборке разветвлённой сети актиновых филаментов играют коровые белки,включая Arp2/3-комплекс (Arp - actin-related protein; белок, связанный с актином), профилин,кэппирующий белок и АДФ/кофилин (Pollard, Borisy, 2003).
Сигнальные пути с участиембелков WASP/Scar (WASP - Wiskott-Aldrich syndrome proteins, белки семейства синдромаВискотта-Олдрича; Scar - suppressor of G-protein coupled cyclic-AMP receptor, супрессорсвязанного с G-белком рецептора циклического АМФ), в свою очередь, регулируют активностьArp2/3-комплекса, который активирует рост и ветвление актиновых филаментов. Послебыстрого всплеска роста филаментов кэппирующий белок прекращает их образование. Затемгидролиз молекул АТФ, связанных с актином, и диссоциация γ-фосфата АДФ/кофилинзапускает деполимеризацию F-актина. Профилины катализируют отсоединение АДФ отмолекул G-актина и присоединение к ним АТФ, восполняя, таким образом, пулактивированных мономеров актина, связанных с АТФ и готовых к полимеризации (Pollard,Borisy, 2003).Одной из моделей, описывающих реорганизацию актина in vivo, является модель«ветвления и нуклеации/ выстраивания» (dendritic nucleation/ array treadmilling model)(рис.
19) (Pollard et al., 2000; Pollard, Borisy, 2003).Скорость полимеризации актина прямо пропорциональна концентрации мономеров(Pollard et al., 2000; Pollard, Borisy, 2003). Поэтому для обеспечения быстрой элонгации Fактина в цитозоле постоянно содержится пул молекул G-актина, связанных с АТФ, которыйподдерживается такими белками, как профилин и тимозин-β4. Согласно, модели, новыефиламенты возникают, когда сигнальные пути активируют факторы, запускающие нуклеацию,такие как белки семейства WASP/Scar (Pollard et al., 2000; Pollard, Borisy, 2003).
Белки WASP, всвою очередь, активируют белки Arp2/3-комплекса, которые запускают образование дочернихфиламентов, ответвляющихся от уже существующих. За счёт пула G-актина, связанного спрофилином, происходит быстрый рост (элонгация) новых филаментов, пока связываниекэппирующих белков не остановит этот процесс (Pollard et al., 2000; Pollard, Borisy, 2003).66Рис. 19. Модель «ветвления и нуклеации/ выстраивания» (dendritic nucleation/ arraytreadmilling model) (по Pollard, Borisy, 2003)(1) Внеклеточные сигналы активируют рецепторы плазмалеммы.
(2) В результатевнутриклеточной передачи сигнала активированные малые ГТФазы семейства Rho (например,Cdc 42) и фосфатидилинозитол-3-фосфат (PIP2) стимулируют активность белков WASp/Scar (3).(4) Белки WASp/Scar обеспечивают сборку комплекса Arp2/3, который взаимодействует смономером актина в уже существующем микрофиламенте и создаёт точку ветвления под углом70° к нему.
(5) Происходит быстрый рост дочернего филамента на «оперённом» конце за счётпула активированных мономеров актина (комплексы актина, АТФ и белков профилинов). (6)Новые нити F-актина могут стимулировать образование выпячиваний мембраны на переднемконце (leading edge) клетки при её локомоции. (7) Кэппирующий белок в течение 1 – 2 спрекращает рост дочернего филамента. (8) По мере старения филаментов происходит гидролизАТФ, связанных с каждым мономером, а затем – диссоциация γ-фосфата (АТФ-актин – белый,АДФ-Ф-актин – жёлтый, АДФ-актин - красный). (9) АДФ/кофилин стимулирует диссоциациюмономеров актина, связанных с АДФ, на конце филамента. Нить F-актина распадается. (10)Профилин катализирует обмен АДФ на АТФ в мономерах актина, возвращая субъединицы впул активированного G-актина, связанного с АТФ и профилином (11). (12) Rho-ГТФазы такжеактивируют протеинкиназы РАК и LIM.
Последняя фосфорилирует АДФ/кофилин, чтоприводит к ингибированию способности последнего дестабилизировать актиновые филаменты.PAK – p21-activating kinase (киназа, активирующая белок р21).67Затем мономеры актина осуществляют гидролиз связанных с ними молекул АТФ, номикрофиламент достаточно долгое время находится в полимеризованном состоянии, пока непроизойдёт диссоциация γ-фосфата (Pollard et al., 2000; Pollard, Borisy, 2003). Когда γ-фосфатдиссоциирует, с АДФ-актином связываются молекулы АДФ-кофилина, которые запускаютотщепление мономеров на концах микрофиламентов (Pollard et al., 2000; Pollard, Borisy, 2003).Профилин является фактором обмена нуклеотидов и обеспечивает в актине замену АДФ наАТФ, таким образом, активируя мономеры актина и возвращая их в пул G-актина, готового кполимеризации (Pollard et al., 2000; Pollard, Borisy, 2003).Следует отметить, что в данная модель подразумевает перестройки актина только наоперённом конце, поскольку рассматривает образование дочерних нитей F-актина на ужесуществующих, когда заострённый конец оказывается зафиксированным (Pollard, Borisy, 2003).2.3.3.
Актин-связывающие белки2.3.3.1. Структура и функции Arp2/3-комплексаArp2/3-комплекс (Arp 2/3 - actin-related protein 2/3; белок, связанный с актином 2/3)играет ключевую роль в формировании актинового цитоскелета большинства эукариотическихклеток (Robinson et al., 2001; Xu et al., 2012).
В его состав входят семь субъединиц: белки Arp2,Arp3 и пять вспомогательных субъединиц ARPC1 – 5 (ARPC - actin-related protein complex;комплекс белков, связанных с актином) (рис. 20) (Robinson et al., 2001; Xu et al., 2012). БелкиArp2 и Arp3 - основные компоненты комплекса - взаимодействуют с молекулами G-актина,образуя сайты нуклеации, в которых запускается образование актиновых филаментов.
В составсайтов нуклеации входят также WASP-белки, которые активируют Arp2/3-комплексы иобеспечивают их взаимодействие с мономерами актина. Вспомогательные субъединицы Arp2/3комплекса выступают в роли связующих (scaffold) белков (Robinson et al., 2001; Xu et al., 2012).В настоящее время предложена модель формирования новых актиновых филаментов сучастием Arp2/3-комплекса, получившая название «модель бокового ветвления» (sidebranching model) (Robinson et al., 2001; Egile et al., 2005; Xu et al., 2012). Согласно данноймодели, Arp2/3-комплекс связывается с боковой поверхностью нити F-актина (mother filament,«материнская» нить) и инициирует рост «дочерней» нити (daughter filament), ориентированнойпод углом около 70º к «материнской».
При этом белки Arp2 и Arp3 фактически выступают вроли первых двух мономеров в составе новой актиновой нити (Robinson et al., 2001; Egile et al.,2005). Таким образом, Arp2/3-комплекс обеспечивает формирование разветвлённой актиновойсети в цитозоле.68Рис. 20. Структура и функции Arp2/3-комплекса (по Goley, Welch, 2006)а – схематичное изображение субьединичного состава неактивного Arp2/3-комплкса,который включает 7 субьединиц: основные (ARP2, ARP3) и вспомогательные (ARPC1-5),обозначенные цифрами 1-5. б – Кристаллическая структура Arp2/3 комплекса. Субдомены 1 и 2ARP2 были смоделированы на основе соответствующих доменов актина. в – Предполагаемаякристаллическая структура Arp2/3 комплекса в активной конформации (субьединицыобозначены цветами также как на рис.
б). г – Cхематичное изображение связывания Arp2/3комплекса (ARP2/3 complex) с материнской нитью актина (Mother filament) и формированиядочерней нити актина (Daughter filament). Дочерняя нить находится по отношению кматеринской под углом ~70о. e – Две модели расположения Arp2/3 комплекса приформировании новой нити актина (субьединицы окрашены так же как на рис. б). Обе моделипредполагают, что ARP2 (светло-синий) и ARP3 (желтый) связываются с дочерней нитью, аостальные субьединицы комплекса опосредуют взаимодействие с материнской нитью.69Предполагают, что образование актиновых филаментов происходит в несколько этапов(Dayel et al., 2001).
Изначально Arp2/3-комплекс, связанный с АТФ, взаимодействует с Fактином и активирующим белком N-WASP, который, в свою очередь, ассоциирован сзаякоренным в мембране малым G-белком cdc42. В результате этих белок-белковыхвзаимодействий происходит гидролиз АТФ (Dayel et al., 2001). Образующиеся при этом АДФ ифосфат остаются связанными с Arp2/3-комплексом. Гидролиз АТФ приводит к изменениюконформации комплекса и образованию стабильного ядра из белков Arp2, Arp3 и первогомономера актина (Dayel et al., 2001). На основе ядра формируется актиновый филамент. Затемот Arp2/3-комплекса отщепляется фосфат, в результате чего сродство Arp2/3-комплекса и NWASP снижается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
