FILAMINS

ФИЛАМИНЫ

Филамин это повсеместный актин-связывающий белок присутствует в цитосклете многих типов клеток. Термин филамин используется для белка, экспрессирующегося в мышечной ткани, тогда как акроним актин-связывающий белок (АВР) используется для белков в немышечных клетках (Chiang et al. 2000).
кДНК в 8.5 т.п.н. АВР-280, немышечного филамина человека, клонирована и секвенирована. АВР-280 ген (FLN1) картирован на хромосоме человека Xq28 и в Х хромосоме мыши. FLN1 - ген домашнего хозяйства, экспресируется в цитоскелете многих типов клеток, включая скелетные и кардиальные мышцы.
Другая филаминовая кДНК получена из скелетных мышц человека, она картирована в хромосоме 7 человека и хромосоме 6 мыши. Этот ген FLN2 обнаруживает высокую экспрессию только в скелетных мышцах и сердце. мРНК двух генов имеют 70% идентичных последовательностей. Основные различия в том, что шарнир 1 человеческого АВР-280 отсутствует в гене FLN2. Третий ген филамина у человека FLN3 кодирует β-филаминовую изоформу, обнаруживатеся во многих тканях и в культивируемых эндотелиальных клетках вены пупочного канатика. FLN3 локализован в хромосоме 3 человека имеет размер 9.4 т.п.н.. Гомология между FLN1 и FLN3 высокая во всех последовательностях за исключением шарнира 1. Последовательности шарнира 1 полностью отличаются.
Филаминовая кДНК в 9.4т.п.н. из плоских клеток сетчатки кур также клонирована и секвенирована. В целом первичная структура ее очень близка АВР-280 человека, но в ней также отсутствует инсерция, дающая шарнир 1. В мышечных клетках кур выявлены 2 изоформы филамина. Синтез миобластами филамина переключается, после 4-дневного отсутствия филамин появляется вновь уже в мышечных трубках, но как другая изоформа филамина. Миобластный филамин высоко гомологичен филамину фибробластов и gizzard кур. Филамин зрелых мышечных трубок сходен с филамином взрослых скелетных мышц.
Было установлено, что транскрипты филамина, неспецифичного для мышц мышей, имеют размер в 9.5 т.п.н. и экспрессируются во всех немышечных тканях. Мечение наиболее интенсивное в тканях, содержащих существенную пропорцию эпителиальных и гладкомышечных клеток (мочевой пузырь, muscularis externa тонкого кишечника, туника медиа аорты). Поперечнополосатые мышцы экспрессируют не мышечный филамин на очень низком уровне. Транскрипты филамина, специфичного для мышц, имеют размер в 10 т.п.н. и экспресируются преимущественно в кардиальных и скелетных мышцах (уровень его экспрессии в 10 раз выше немышечного филамина). Мышечный филамин экспрессируется также интенсивно в стенке желудка, которые содержат больие количества гладких мышц. Перициты сетчатки экспрессируют обильно мышечный и немышечный изотип филамина. Присутствие мышечного филамина в этих клетках важно для их контрактильности.
Экспрессия мРНК этого филамина обнаруживается в сердце на 8 день развития, тогда как в миотомах сомитов только после 10.5 дня эмбриогенеза. Транскрипты мышце-специфичного гена филамина обнаруживаются до образования мышечных трубок in vivo, но уже после начала экспрессии α-кардиального или α-склетного актинов в клетках миотомов. Филамин конкурирует за сайты связывания актина с другими миофибриллярными белками, такими как тропомиозин и S1 часть миозиновых головок. MyoD может играть регуляторную роль в активации мышце-специфичного филамина. Их мРНК начинают экспрессироваться почти одновременно. Последовательности для связывания MyoD, Е бокс (CANNTG) найдены в регуляторных областях (промотор или энхансер) большинства мышце-специфичных генов.
Предполагается, что мышечный филамин играет существенную роль в детерминации трехмерного расположения актиновых филамент в различных клетках и в связывании филаментозного актина с гликопротеинами плазменых мембран. Сборка миофилмент нуждается в сложном наборе структурных и ассоциированных белков, предполагается, что организация целого саркомера происходит сначала на клеточной мембране. Следовательно, филамин может вовлекаться в сборку миофибрил путем закрепления актиновой сети в цитоплазме и создании мест для добавлений новых саркомеров во время элонгации миофибрил. Так, АВР-280-дефицитные клетки неспособны к локомоции и не формируют как обычно ламелл.

FILAMINS AS INTEGRATORS OF CELL MECHANICS and SIGNALLING

Thomas P. Stossel, John Condeelis, Lynn Cooley, John H. Hartwig, Angelika Noegel,Michael Schleicher, Sandor S. Shapiro
Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, N 2, 138-145 (2001)


Динамическая реорганизация актинового цитоскелета меняет форму клетки и генерирует силы, необходимые для движения, клеточного деления,
PHAGOCYTOSIS и др. клеточных процессов. Структуры, базирующиеся на актиновых филаментах варьируют в пределах от параллельных пучков до гелевой сети. Пучки создают силу натяжения и служат в качестве кабелей для сильной контрактильной активности и в качестве треков для транспорта органелл. Трехмерная ортогональная сеть создает эластичность, распределяет внутреннюю диффузию воды, растворенных в-в и малых органелл, противостоит слабому 
OSMOTIC и
HYDROSTATIC FLUID FLOWS и служит поддержкой для слабых контракций. Она служит барьером для спонтанного движения крупных органелл и локализует сигнальную трансдукцию и др. внутриклеточные реакции. 

Белки, связывающие актин, оркестрируют перестройку актинового цитоскелета в ответ на сигнальный каскад. Эти белки регулируют добавление и потерю актиновых субъединиц к и из актиновых полимеров, организуя эти полимеры в трехмерный каркас и прикрепляя актиновые филаменты к клетоным мембранам. такими белками и являются filamins.

Авторы предлогают униформировать номенклатуру филаминов (Box 1; Табл.1).

(Табл.1)  | Proposed naming system

Boxes
Box 1 | Proposed nomenclature for the filamin family
The prefixes hs (Homo sapiens), gg (Gallus gallus), dm ( Drosophila melanogaster), dd (Dictyostelium discoideum) denote the systematic name of the filamin-expressing species. The alphabetical listing of human filamins in Table 1 reflects the order in which complete sequence data entered the human genome database и the convention of using letters rather than numbers to describe them. An additional designation, h+ or h-, describes whether the proteins contain hinge 1. For example, a human FLNb that contains hinge 1 would be called hsFLNbh+. The Drosophila filamins are not orthologues of the human proteins, leading to the use of numbers rather than letters to specify the two recognized Drosophila filamin genes. A suffix designating the number of filamin repeats discriminates the two products of the Drosophila FLN1 gene.

Links
DATABASE LINKS
filamin | cheerio | β-spectrin | dystrophin | α-actinin | calponin | utrophin | Arp2/3 complex | Ral | Cdc42 | RhoA | Rac1 | Trio | β1 integrin | protein kinase A | protein kinase C | Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II | p90 ribosomal S6 kinase | human periventricular heterotopia
FURTHER INFORMATION
Stossel lab page
ENCYCLOPEDIA OF LIFE SCIENCES
Actin и actin filaments

Structure of the filamins

Т.к. filamins являются являются удлиннеными 'filamentous' димерами, которые видны  при ЭМ (Рис. 1), то 'filamin' (сокращенно FLN) рациональное название для этого класса молекул, хотя филамины необязательно дают пучки актиновых филамент.

(Рис.1.)  |  The structure of human FLNa.

Филамины позвоночных и некоторые у Drosophila являются димерами с большими полипептитдными (240–280 kDa) цепями, которые ассоциированы своими carboxyl концами. Актин-связывающий домен на N-концах филаминовых субъединиц соответсвует участку в 275 аминокислот с мотивом, впервые распознанным в β-spectrin , dystrophin и α-actinin и др белках, связывающих актиновые филаменты, таких как  calponin и utrophin. Последний из полипептидов состоит из 24 повторяющихся последовательностей примерно из 96 аминокислот, прерываемых одним или двумя короткими 'шарнирными' сегментами. Моделирование повторов показало, что эти сегменты формируют антипараллельные β-sheet домены, которые перекрываются так, что образуют палочку.
Аминокислотные последовательности филаминов человека обнаруживают 60–80% гомологичных последовательностей с усилением изменчиваости в направлении С-терминальных само-ассоциирующихся доменов. Филамины амебы и один из филаминов  Drosophila имеют значительно более короткий домен димеризации, чем у филаминов позвоночных ( Рис. 2), a  изоформа филамина Drosophila не имеет даже N-терминального актин-связывающего мотива.

(Рис.2.)  |  Schematic subunit structures of some filamins.

Constructing orthogonal actin networks in vitro

После полимеризации актин становится 'gelled' и 
GELS выглядит более твердым, чем эквивалентная концентрация чистого актина. Желатинирование (Gelation) обусловлено образованием с помощью поперечных связей актиновых филамент ортогональной сети. FLNa является наиболее мощным actin-filament-crosslinking белком.
Высокая валентность или сродство связывания не м. объяснить высокую эффективность FLNa по образованию актинового геля. relative to other actin crosslinkers. При низком молярном отношении, сравнимым с  актином, филамины продуцируют оптически прозрачный гель.  ЭМ фтотографии актиновых филамент, поперечно связанных с помощью  FLNa или Dictyostelium филаминов in vitro, показывают поразительное ветвление под высоким углом (Рис. 3a–c), а расстояния между веточкамии  обратно пропорционально  концентрации филамина. В точках ветвления,
POINTED ENDS актиновых филамент пересекаются со сторонами других филамент, образуя  T- или  Y-образные структуры (Рис. 3b).

(Рис.3.)  |  Electron micrographs showing crosslinked complexes of actin filaments.

Механизм, с помощью которого филамин способствует образованию веточек актиновых филамент изучен неполностью. Ясно, что филамин должен димеризоваться и должен иметь интактными актин-связывающие домены. Увеличивающаяся конец-в-конец длина  FLNa димера, в котором ригидные палочковидные домены перемежаются с флексибельными шарнирами, ведет к тому, что филамин действует подобно 'molecular leaf spring', придавая FLNa смесь подвижности и жесткости, необходимых, чтобы связать актиновые филаменты и держать их в improbable перпендикулярном положении.
В подвижных клетках
LEADING EDGE содержит трехмерную ортогональную сеть коротких филамент, перекрывающихся  в виде  X-, T- или Y-образных соединений.  FLNa обнаруживается в таких соединениях в макрофагах кроликов,
PLATELET человека и цитоскелете опухолевых клеток. Расстояния между веточками короче в тромбоцитах чем в макрофагах, что согласуется с более высоким содержанием FLNa в тромбоцитах.  Однако в большинстве исследований молекулы филамина распределены униформно по всей сети актинового цитоскелета  right up to the plasma membrane (Рис. 4).

(Рис.4.)  |  Electron micrograph of the actin cytoskeleton at the periphery of a human blood platelet.

Do filamin и the Arp2/3 complex cooperate?

Филмины м. ориентировать актиновые филаменты перпендикулярно, когда они полимеризуются спонтанно in vitro. Одним из кандидатов, работающих с филамном по созданию архитектуры кортикального актина является Arp2/3 комплекс, ансамбль из семи полипептидов.  Arp2/3 complex предопредяеляет место ответвления актиновой филаменты, растущей в направлении колючего конца предсуществующей актиновой филаменты под фиксированным углом в  70° in vitro.
Предполагается, что Arp2/3 является наиболее важным actin-filament-crosslinking фактором в кортикальной цитоплазме. Однако, имеется несколько аргументов,  что  комплекс Arp2/3 действует синергично с др. actin-filament-crosslinking белками, такими как  filamin. Во-первых, важно то, что Arp2/3 комплекс обилен в филамин-дефицитных клетках
MELANOMA cells (см. ниже), но неспособен стабилизировать  их мембраны или поддерживать локомоцию. Во-вторых, ветвления полимера per se недостаточно для желатинации полимера. ЭМ  фотографии ветвеящихся с помощью Arp2/3 филамент  показывают щетко-подобные структуры, и не обнаруживают замкнутых петель, необходимых для образования трехмерных гелей, и наблюдаемых в ветвящихся с помощью филамина филаментах. В-третьих, комплекс Arp2/3 увеличивает эластичность растворов актиновых филамент in vitro, но значительно более высокие молярные отношения Arp2/3 к актину необходимы для воссоздания эластических значений, сходных с теми, что генерируются  FLNa. В-четвертых, сцепления между актиновыми филаментами, формируемые с помощью Arp2/3 комплекса являются metastable и диссоциируют, тогда как взаимодействия между FLNa и актиновыми филаментами живучи в течение длительного времени. И, наконец, хотя некоторые соединения между актиновыми филаментами  и имеют угол в 70° в результате ветвления при содействии комплекса Arp2/3, однако другие - нет.  Следовательно, после того как комплекс Arp2/3 инициирует actin-filament branching, филамины м. стабилихзировать  веточки и спаивать точки, в которых растущие филаменты перекрываются.

Integrators of cell mechanics и signalling

Филамины связывают различные и другоие макромолекулы помимо филаментозного актина. Известно 20 партнеров по связыванию. Большинство взаимодействий осуществляется через С-терминальный конец филаминов. Физиологическая роль некоторых взаимодействий, представленных в Табл.2 , неизвестна. Ясно одно, что interwebbing актинового каркаса с мембранными рецепторами является тем способом обеспечениия механической стабильности клеточным мембранам  и поддержания межклеточных и клетка-матрикс соединений. Путем сведения вместе рецепторов, таких как α-integrins, субмембранной актиновой сети и компонентов внутриклеточной передачи сигналов, филамины м. облегчать активацию локальных клеточных процессов,  в частности тех, что связаны с полимеризацией актина (Рис. 5).

(Табл.2)  | Filamin-binding partners



(Рис.5.)  |  Possible organization of FLNa at the surface of a human blood platelet.

<вшм>Хорошим примером такой макромолекулярной кооперации является связь FLNa с
FAMILY GTPASES и с некотрыми их регуляторными кофакторами, которые участвуют в регуляции сборки актина и активации миозина. Ral связывает FLNa  GTP-зависимым способом. тогда как Cdc42, RhoA и Rac1 связывают FLNa постоянно. Trio,  guanine nucleotide exchange фактор для Rho GTPases, связывает FLNa, указывая тем самым, что переключение  on и off Rho GTPases постоянно связанное с филаминами, м. регулировать пространственное расположение сборки актина. Итак. непосредственно взаимодействуя с Rho signalling аппаратом, филамины м. организовать, чтобы  актиновые филаменты, которые удлинняются под действием этих  GTPases  в трехмерные конфигурации, м.быть использованы клетками.
Предполагается участие филаминов в сигнальной трансдукции. Напр.,
DICTYOSTELIUM , у которого отсутствует филамин имеет заметное нарушение фото- и термосенсорной реакции, т.е. филамин играет адапторную роль в этих процессах. В фибробластах млекопитающих FLNa передает стрессовые сигналы актиновому цитоскелету. transduces stress signals to the actin cytoskeleton. В клетках, чувствительных к shear стерссу, β1 integrin непосредственно ассоциирует с филамином. Клетки без FLNa не дают реакции отвердения. Эта т.наз.  mechanoprotection функция филаминов м.б. особенно важной в мышечной ткани, повторно подвергающейся сильным контрактильным воздействиям.

Regulation of filamins

Несколько различных serine/threonine protein киназ фосфорилируют филамины, включая  protein kinase A, protein kinase C, Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II и p90 ribosomal S6 kinase Фосфорилирование FLNa с помощью протеин киназы А увеличивает его резистентность  к расщеплению
CALPAIN, а фосфорилирование филмина зоба кур  с помощью  Ca2+/calmodulin-зависимой протеин киназы II снижает его сродство к связываемому актину. Однако физиологическое значение форсфорилирования неясно.

Life without filamin

Амебоидная форма Dictyostelium, генетически истощенная по филамину в результате  гомологичной рекомбинации, имеет трудности с выпусканием больших поверхностных выпячиваний и в результате имеет нарушенную подвижность и фагоцитоз. Актиновая сеть в  выпячивающихся
LAMELLAE filamin-null амеб плотнее и менее трехмерна, чем в норме. Компенсация за счет увеличения количества актина.
Некоторые линии опухолевых клеток, растущие со злокачественной меланомой  человека не экспрессируют FLNa protein. FLNa-дефицитные клетки не движутся в ответ на факторы, вызывающие миграцию. Трансфекция одной из таких линий (M2) кДНК FLNa дала сублинию, которая ползает со скоростью, пропорциональной уровню экспрессируемого белка. Экспрессия выше, чем в номе снова снижает скорость локомоции.
 M2 клетки (как и др. линии меланомных клеток с отсутствием FLNa) выпячивают и вбирают множественные сферические аневризмы , описываемые как blebs (
see movie online ). Этот blebbing феномен результат неспособности кортекса клеток, в котором отсутствует FLNa, противостоять внутреннему гидростатическому давлению. Инициация   bleb обусловлена ослабленной структурой актина,  blebs первоначально содержат мономерный, а не филаментозный актин. Затем полимеризация актина и его поперечное связывание , происходящее в отсутствие филамина, прекращает увеличение bleb и ведет к ретракции.
Мутации в гене FLNa , полностью блокирующие его экспрессию, вызывают  human periventricular heterotopia,  X-сцепленное заболевание. Женщины страдают от повторяющихся
EPILEPTIC SEIZURES . Их головной мозг обнаруживает скопления тел нейрональных клеток вдоль
LATERAL VENTRICLES в результате неспособности к миграции нейронов в кортекс. Эти фокусы и являются источником судорожной активности. В большинстве затронутых семей heterotopia летальна для мальчиков in utero.
Кольцевые канальцы в яичниках Drosophila, не способны накапливать филаментозный актин у мутантов cheerio и не достигают нормальных размеров. В результате приток цитоплазмы в ооцит неадекватен и образуются маленьките нежизнеспосоные яйцеклетки. Следовательно, филамин необходим для рекрутации F-actin в кольцевые канальцы.
Простейшим объяснением многих структурных и функционалных дефектов у мутантов по филамину является то, что  у них отсутствует эффективный механизм для создания периферичекой сети актинового геля  путем ортогонального поперечного связывания акиновых филамент.


Сайт создан в системе uCoz