Посещений:
Actin-Membrane Interface: Dynamin
Взаимодействие Актин-Мембрана: Роль Динамина

Dynamin at the actin-membrane interface
J.D. Orth and M.A. McNiven
Current Opinion in Cell Biol. V. 15. P. 31-39, 2003

Многочисленные белки участвуют в связывании плазматической мембраны с цитосклетом, включая еханоэнзимы, такие как семейство миозинов и структурные белки, такие как спектрин, анкирин, талин, α-актинин и др. Эти компоненты упругой сети (meshwork) обеспечивают форму плазматической мембраны и др. органелл. Новое семейство белков, динамины (dynamins), обладающее механохимическими свойствами, используется, чтобы tubulate и вырезать мембраны. Семейство динаминов содержит три конвенциональных члена (Dyn1, -2, -3), обладаеющие 70% гомологией. Они содержат N-терминальный GTPase домен, pleckstrin Homology (PH) домен, который связывает phodphotidylinositol липиды, что делает возможным ассоциацию динамина с мембраной, и С-терминальный proline/arginine-rich domain (PRD), который непосредственно связывается с Src homology 3 (SН3) доменами множественных ассоциированных с актином белков. Эти белки вместе с их партнерами по связыванию, включая белки нуклеации и организации актина N-WASP (neuronal Wiscott-Aldrich syndrome protein) и Arp2/3 (actin-related protein 2/3) комплекса, привлекли интерес как важные игроки в реструктуировании субкортиалькой сети актина.


Interactiond of dynamin with actin-binding proteins

Direrct actin-binding proteins: profilin, Abp1 and contractin
(Рис. 1)

Профилин - это актин-связывающий белок, который непосредственно соединяется с PRD динамина. Кроме динамина профилин связыватся также с phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2), N-WASP и Arp2/3 комплекс и ассоциирует с актиновыми мономерами (profilactin) в стоихометрии 1:1. Благодаря этому связыванию со свободными мономерами профилин существенно влияет на полимеризацию актина во время важных клеточных процессов, таких как елточная подвижность. Кроме того профилин функционирует вместе с actin-barbed-end-ассоциировнным белком формином, чтобы ренгулировать нуклеацию и элонгацию актина без ветвления или вклад комплекса Arp2/3. F-актин связывающие белки Abp1 и cortactin непосредственно связывают PRD динамина. Abp1 содержит Т-терминальный и центральный F-актин связывающие доменыЮ сопровождаемые богатым пролином доменом и SH3 доменом. Abp1 локализуется на мембранных оборках (ruffles) в ответ на воздействие факторами роста и в комплексе Гольджи и ко-локализуется с динамином на клатриновых ямках, где он, по-видимому, "связывает" актиновый цитоскелет с динамином.
Динамин связывающий партнер cortactin ко-локализуется с динамином в мембранных оборках, подосомах, актиновых кометах, клатриновых ямках и в комплексе Гольджи. Кортактин является палочкообразным белком, который содержит F-актин-связывающие повторы в α спиральном пролин/тирозин-богатом домене и SH3 домен на С-терминальном конце. Важными отличием между кортактином и Abp1 является то, что кортактин содержит кислый из трех аминокислот 'DDW' мотив в своем N-конце, который связывает Arp3, чтобы непосредственно стимулировать Arp2/3-зависимую нуклеацию актина при содействии (synergy) N-WASP. Cotractin, Arp2/3 и N-WASP формируют тримерный комплекс in vitro.

Indirerct actin-binding proteins: syndapin, intersectin, Grb2 and Nck
(Рис. 1)

Intersectin и syndapin (PACSIN) регулируют процесс эндоцитоза, возможно благодаря прфмому свяхыванию PRD динамина. Интерсектин поставляет clathrin-pit белки, включая epsin и synaptojanin, связывает N-WASP и функционирует как GDP exchange factor (GEF), чтобы активировать Cdc42, который в свою очередь стимулирует N-WASP-Arp2/3 нуклеацию актина. Кроме динамина синдапин взаимодействует также с N-WASP, чтобы регулировать Arp2/3-зависимую кортикальную организацию актина и мембранный перенос. SH3- и SH2-домен содержащие поддерживающие (scaffold) белки Grb2 и Nck (Grb4), традиционо считается, связывают фосфорилированные рецепторы ростовых факторов и действуют, организуя пути передачи сигналов митогенов. Эти белки также связывают PRD динамина. И N- и С-терминальные SH3 домены Grb2 и только третий SH3 домен у Nck обеспечивают связь с PRD. Известно также, что Grb2 и Nck действуют также, усиливая N-WASP-стимулируемую и Arp2/3-зависимую нуклеацию актина. Grb2 и Nck соединяются непосредственно с N-WASP, а Nck взаимодействует также через WASP-взаимодействующий белок (WIP).

Participation of dynamin in specific actin-mediated membrane processes


Три процесса связаны с динамикой мембран: во-первых, мембранная tubulation специализированных плазматических мембранных структур, таких как подосомы и invadopodia; во-вторых, мембранная везикуляция из плазматической мембраны и trans-Golgi network (ЕПТ) во время эндоцитоза и секреции; в-третьих, мембранные расширения и выпячивания во время прогресса ламеллоподий, фагоцитоз и подвижность везикулярных комет. Все эти функции перекрываются и использутся во время различных клеточных процессов.

Membrane tubulation: invadopodia and podosomes


Подосомы и инвадоподии являются специализированными инвагинациями/тубуляциями вентральной части плазматической мембраны. Эти органеллы кажутся сходными по морфологии и находятся в интимной ассоциации с основанием клетки, которое кажется выпячивающимся вместе с торчащими актиновыми пучками. предполагается, что подосомы и инвадоподии являются родственными органеллами, которые выполняют сходные функции, но в разных клеточных условиях. Подосомы обнаруживаются в мигрирующих клетках, таких как макрофаги, где отни, по-видимому, участвуют в регулируемых процессах клеточного прикрепления. Они обнаруживаются также в клетках, абсорбирующих кость, таких как остеокласты, когда они подвижны и сфокусированы на отложении кость-ремоделурующих энзимов. Сходная функция м. появиться и у инвадоподий, которые также содержат динами и собираются в ансамбли в вентральном сайте для транспорта и высвобождения гидролитических матричных металлопротеиназ. В таких случаях протеазы, секвестрированые в этом месте, используются для растворения подлежащих белков внеклеточного матрикса, облегчая тем самым инвазию и метастазирование клеток.
Подобные подосомам и ивадоподиям структуры (Рис. 2) обнаруживаются в различных нормальных и неопластических культивируемых клетках, стимулированных митогенными ростовыми факторами, такими как platelet-derived growth factro или эпидермальный фактор роста. Эти тубулярные, богатые динамином органеллы обнаруживаются вдоль клеточной поверхности спустя минуты после воздействия ростового фактора, где они, по-видимому, ремоделируют актиновый цитоскелет из ригидных стрессовых волокон на более гибкую сеть, которая облегчает выпячивание ламеллиподий. Известно, что эти родственные структуры состоят из актина, Dyn2, кортактина, комплекса Arp2/3 и N-WASP, но м. содержать и винкулин, паксиллин и разнообразные сигнальные киназы.
Экспрессия активного Src индуцирует образование подосом, это указывает на то, что Src-обеспечиваемые сигнальные каскады важны для этого процесса. Более того стимуляция факторами роста м. индуцировать образование этих струкур через активацию Src. Наконец, функциональный динамин, по-видимому, является важным компоенентом, т.к. динами-подобные кольца обнаруживаются вокруг формирующихся тубул, а клетки, экспрессирующие мутантный динамин, не образуют этих структур. Т.к. динамин и кортактин являются субстратами для Src, то м. предположить, что рецепторами ростовых факторов активируемые Src будут стимулировать динамин и кортактин тубулировать плазматическую мембрану в сочетанном действии с актином и ассоциированными белками, чтобы индуцировать образование этих структур, усиливая тем самым подвижность и инвазию.

Membrane vesiculation: endocytosis and secrecion


Общепринято, что актиновый цитосклет играет важную роль в образовании и высвобождении пузырьков на плазматической мембране и из TGN. Вероятно, эта актиновая сеть является субстратом для взаимодействия множественных не-мышечных миозинов, которые м. генерировать силы для деформации мембраны. Некоторые наблюдения указывают на то, что динамин м. также м. составлять динамическую компоненту этого комплекса актин-мембрана, нацеленную на вырезание везикул. Проведены графические наблюдения, показавшие на синергичное участие актин-динамина во время эндоцитоза. Было продемонстрировано, драматическое и последовательное пульсовое рекрутирование динамина и актина в места образования пузырьков перед их высвобождением. Является ли рекрутирование актин-динамина нацеленным на секвестрирование эндоцитотических лигандов при расширении, тубуляции или вырезании из плазматической мембраны или на "вспышку" нуклеаций актина и образование хвостов комет, богатых актином, которые вносят вклад в подвижность, пока неясно.
Обнаружение, что динамин и ассоциированные с актином белки - кортактин, Abp1, intersectin и syndapin - локализуются в покрытых клатрином ямках и необходимы для эффектиыной интернализации лигандов. подтверждает роль актина в этом процессе. Существенное фосфорилирование кортактина по специфическим С-терминальным остаткам тирозина с помощью членов семейства Src, делает это взимодействие еще более интересным. М. предположить, что сборка спираьного динаминового полимера вдоль мембраны в сочетании с др. адапторными белками действует, чтобы деформировать мембрану. Т.к. полимер, как полагают, является мультитетрамерным с С-терминальными PRD хвостами, выступающими из спирали, то эти домены м. свободно взаимодействовать с множественными актин-связывающими партнерами (Рис. 3).
Такое множество целей д. приводить к образованию комплексов, таких динамических, геле-пободных поддержек для дальнейшей деформации бислоя. Тот факт, что GTPase активность динамина м. б. модулирована, а Src-обусловленное фосфорилирование кортактина м. индуцировать изменения в организации актина, делает клетки чуствительной и разностаронней пузырьки продуцирующей машиной.
Безусловно, что варианты этой базовой machinery используются используются многими мембранными органеллами. В самом деле, динамин был локализован на TGN (Рис. 3) в компартментах ранних и полздних эндосом, где он, по-видимому, также необходим для образования пузырьков и/или переноса грузов. Интерактивный Arp2/3-N-WASP комплекс ассоциирует с подвижными эндосомными кометами и TGN. Важно отметить, что многие белки, используемые во время образования пузырьков, по-видимому, обнаруживаются в membrane-tubulating органеллах. Т.о., процессы тубуляции и везикуляции скорее всего являются последовательными, но связанными процессами.

Pushing membranes forward: phagocytosis, lammellipodia and vesicle comets


Образование факгоцитарного бокала и дамеллиподий обладает некоторыми общими характеристиками; оба нуждаются с инсерции новых мембран в месте образования и необходимы для актином-обусловленного расширения вперед плазматической мембраны. В вышеописанных процессах комбинация Arp2/3 и Np-WASP-опосредованной полимеризации актина одновременно с контрактильными силами ражлиных миозинов, поддерживают такие процессы.
Локализация Dyn2 (Рис. 4а-е) в этих базирующихся на актине структурах демонстрирует, что их функция необходима для их образования и прогресса или обоих. Многие динамин связывающие партнеры, такие как кортактин, Abp1, профилин, синдапин и Nck, локализуются на ведущем крае мигрирующих клеток или в ростовом конусе нейронов.
Интересно, что в клетках, экспрессирующих мутантный динамин, выпячивания мембран во время закрытия фагоцитарного бокала или миграции клетки существенно ослаблены. Тот факт, что Dyn2 идентифицирован в фагосомах (Рис. 4a,d) - благодаря их взаимодействию с традиционным эндоцитотическим адпторным белком amphiphysin - подтверждает, что перенос или слияние мембран происходит в месте, где должен появиться бокал. Однако, ни Dyn2, ни амфифизин, по-видимому, не участвуют в слиянии мембрана-пузырек. Альтернативный механизм м. принимать участие в высвобождении, базирующемся на актине выталкивании мембраны вперед. М. ли динамин облегчить продвижение мембраны непосредственно через ее механихимические свойства, путем создания связи между мембраной и актином или путем прямого модулирования сборки актина, еще неизвестно. Установлено, что динамин оказывает некоторый эффект на полимеризацию актина и организацию PIP-обогащенных липосом. Неясно, являются ли эти эффекты результатом изменения сборки актина или соединения липосоных субстратов с помощью динамина и актина, эти находки согласуются с ранними наблюдениями др. процессов движения. Dyn2 является компонентом подвижных везикулярных комет в культивируемых клетках, экспрессирующих PIP 5-kinase (PIP5KIs; Рис. 4 c,f), и если он мутаирован, то изменяется длина и скорость хвосат кометы. Т.к. большая часть Dyn2 а кометах формирует бокал в месте взаимодействия пузырек-хвост, то снова м. предположить, что это взаимодействие м. иметь целью впроталкивание мембраны вперед путем взаимодействия с актиновым цитоскелетом. Эта же самая концепция верна и для образования фагоцитарного бокала, ламмелиподий растущего конуса и подвижных пузырьков.
Сайт создан в системе uCoz