biología celular

Citoesqueleto

La gelsolina es una proteína que es clave en el ensamblaje y desensamblaje de los filamentos de actina. Pertenece a la superfamilia de la vilina.¹ Se localiza comúnmente dentro de la célula, como en el citosol y la mitocondria, así como fuera de ella, como en el plasma sanguíneo.²

Estructuralmente es una proteína globular de 82 KDa con seis subdominios, llamados S1-S6. Cada uno posee cinco beta láminasflanqueadas por dos alfa hélices, una de cada hélice está posicionada de forma perpendicular a las láminas beta y otra en posición paralela. El extremo N-terminal (S1-S3) forma una hoja beta, tal y como el C-terminal (S4-S6).

Gelsolina es una proteína de unión a actina que es un regulador clave del conjunto de filamentos de actina y desmontaje. Gelsolina es uno de los miembros más potentes de la actina-gelsolina corte/villina superfamilia, ya que rompe con casi el 100% de eficiencia. Gelsolina se encuentra intracelularmente y extracelularmente.

Estructura

Gelsolina es una proteína de 82-kD con seis subdominios homólogos, a que se refiere como S1-S6 - Cada subdominio se compone de una cadena de cinco hojas, flanqueada por dos hélices a, uno colocado perpendicular con respecto a las hebras y uno posicionado paralelas. El N-terminal forma una prolongación de la hoja, como lo hace el C-terminal.

Regulación

Entre las proteínas reguladoras de unión a actina de lípidos, gelsolina es uno de los pocos que exhiben unión preferencial hacia polyphosphoinositide. Las secuencias de unión en gelsolina se parecen mucho a los motivos de las otras proteínas de unión al PPI.

La actividad de gelsolina es estimulada por iones de calcio. Aunque la proteína conserva su integridad estructural global en ambos estados activado y desactivado, los S6 helicoidales cola mueve como un pestillo en función de la concentración de iones de calcio. El extremo C-terminal detecta la concentración de calcio dentro de la célula. Cuando no hay Ca2 presente, la cola de S6 escudos los sitios de unión a actina en una de las hélices de S2. Cuando un ión de calcio se une a la cola S6, sin embargo, se endereza, la exposición de los sitios de unión a actina S2. El N-terminal está directamente implicada en la ruptura de actina. S2 y S3 se unen a la actina antes de la unión de S1 corta bonos actina-actina y los casquillos del extremo de púas.

Gelsolina puede ser inhibida por un aumento local en la concentración de fosfatidilinositol-bisfosfato, un PPI. Este es un proceso de dos pasos. En primer lugar, se une a S2 y S3, gelsolina inhibición de la unión lateral actina. A continuación, se une a gelsolinas S1, evitando la ruptura de actina gelsolina, aunque no se une directamente al sitio de unión a actina de gelsolina.

Ruptura de actina de gelsolina, en contraste con el corte de los microtúbulos por katanin, no requiere ningún aporte de energía adicional.

Función Celular

Como un importante regulador de actina, gelsolina juega un papel en la formación podosome.

Gelsolina también inhibe la apoptosis mediante la estabilización de la mitocondria. Antes de la muerte celular, las mitocondrias normalmente pierden el potencial de membrana y se convierten en más permeable. Gelsolina puede impedir la liberación de citocromo C, obstruir la amplificación de la señal que habría dado lugar a la apoptosis.

La actina puede ser reticulado en un gel de actina entrecruzamiento proteínas. Gelsolina puede convertir este gel en un sol, de ahí el nombre de gelsolina.

Organismos Relevancia

La investigación en ratones sugiere que gelsolina, al igual que otras proteínas actina-cortando, no se expresa en un grado significativo hasta después de las primeras etapa-aproximadamente 2 semanas embrionarias en embriones murinos. En ejemplares adultos, sin embargo, gelsolina es particularmente importante en las células móviles, tales como plaquetas de la sangre. Los ratones con genes nulos gelsolina-codificación someten a un desarrollo embrionario normal, pero la deformación de sus plaquetas de la sangre redujeron su motilidad, lo que resulta en una respuesta más lenta a la cicatrización de la herida.

Una insuficiencia de gelsolina en ratones también se ha demostrado que causa aumento de la permeabilidad de la barrera vascular pulmonar, lo que sugiere que la gelsolina es importante en la respuesta a la lesión pulmonar.

Proteínas relacionadas

La comparación de secuencias indican una relación evolutiva entre gelsolina, vellosidades, fragmina y Severin. Seis grandes segmentos repetidos ocurren en gelsolina y vellosidades, y 3 segmentos similares en Severin y fragmina. Mientras que las múltiples repeticiones todavía tienen que estar relacionados con cualquier función conocida de las proteínas actina-Severing, la superfamilia parece haber evolucionado a partir de una secuencia ancestral de 120 a 130 residuos de aminoácidos.

Interacciones

Gelsolina es un citoplasmática, regulada por calcio proteína, actina-modulación que se une a los extremos de púas de filamentos de actina, evitando un intercambio monómero. Puede promover la nucleación, así como cortar los filamentos existentes. Además, esta proteína se une con alta afinidad a la fibronectina. La gelsolina plasmática y citoplasmática gelsolina se derivan de un único gen por sitios de iniciación alternativos y empalme diferencial.

Gelsolina se ha demostrado que la interacción con VDAC1, proteína precursora amiloide, receptor de andrógenos y PTK2B.

Latrunculina es el nombre de varias toxinas producidas por poríferos (esponjas de mar), como el género Latrunculia, del cual deriva su nombre. La toxicidad de la latrunculina A deriva de su capacidad de secuestrar monómeros de actina en células vivas con una estequiometría 1:1, si bien se sugieren otras actividades biológicas para el compuesto. No existen evidencias de que el complejo actina-latrunculina A participe en la elongación de los filamentos de actina. En cuanto al lugar de reconocimiento respecto de otras proteínas, su lugar de unión a la actina es distinto del de la profilina, si bien la unión de timosina beta 4 queda interrumpida cuando aquélla forma un complejo con la latrunculina A: esto es, existe un impedimento estérico, una suerte de alosterismo.¹

Latrunculina A

Latrunculina A se utiliza ampliamente como un agente para secuestrar actina monomérica en células vivas. Nuestra hipótesis es que las actividades adicionales de latrunculin A pueden ser importantes para su actividad biológica. Nuestros datos son consistentes con la formación de un complejo 1: 1 estequiométrica con una constante de disociación de equilibrio de 0,2 a 0,4 μ M y no proporcionan evidencia de que la actina-latrunculin A participa complejos en el alargamiento de los filamentos de actina. Profilin y latrunculin Un unen de forma independiente a la actina, mientras que la unión de timosina β ₄ a la actina se inhibe por latrunculin A. implicaciones potenciales de este efecto diferencial sobre proteínas de unión a actina se discuten. Desde una perspectiva estructural, si latrunculin A se une a la actina en un sitio que estéricamente influencias de unión por timosina β ₄ , a continuación, la observación de que latrunculin A inhibe el intercambio de nucleótidos en actina implica un efecto alostérico en la hendidura de unión de nucleótidos. Alternativamente, si, como postulado anteriormente, latrunculin A se une en la hendidura de nucleótidos de actina, a continuación, su capacidad para inhibir la unión por timosina β ₄ es un resultado sorprendente que sugiere que los cambios alostéricos importantes afectan a la timosina β ₄ sitio de unión. Se demuestra que latrunculin A y actina forman una estructura cristalina con grupo espacial ortorrómbico P2 ₁ 2 ₁ 2 ₁ y difracción a 3,10 Å. Una estructura de alta resolución con las condiciones de cristalización optimizadas debería dar una idea con respecto a estas propiedades alostéricos notables.

Latrunculin A, aislado desde el Mar Rojo esponja Negombata magnifica, fue identificado inicialmente como un inhibidor de la polimerización de actina por sus efectos morfológicos y por los efectos que tuvo en la distribución de filamentos de actina en las células no musculares cultivadas ( 1 ). Sobre la base de los efectos de latrunculin A en el nivel de estado estacionario de F-actina in vitro, se pensaba que los efectos de la droga para ser coherente con el secuestro de actina monomérica en un complejo 1: 1 molar con la disociación constante de equilibrio de 0,2 μ M ( 2 ). El sitio de unión de latrunculin no se ha identificado de manera concluyente, pero basado en el estudio de los efectos de las mutaciones específicas de actina levadura en latrunculin A de unión, se ha inferido que latrunculin A puede unirse a la actina cerca o en su hendidura de unión de nucleótidos ( 3 , 4 ). La observación de que afecta latrunculin intercambio de nucleótidos se ha ofrecido como apoyo de esta conclusión ( 3 ). Estos datos, sin embargo, no son concluyentes a la luz del hecho de que muchos de ellos también son capaces de afectar el intercambio de nucleótidos (proteínas con sitios que son espacialmente distantes de la hendidura de unión de nucleótidos de unión a actina5 ) y que la actina demuestra varias propiedades alostéricos adicionales que sirven como un precedente para la transmisión de alteraciones estructurales a sitios distantes ( 6-8 ).

Cuando latrunculin A se emplea en los estudios de biología celular, los efectos observados son consistentes con la despolimerización de filamentos de actina consiguientes al secuestro de actina monomérica por latrunculin ( 9 ). Un informe preliminar anterior ( 2 ) no descartó la posibilidad de que latrunculin A tiene efectos relacionados con la polimerización de actina en adición a monómero secuestro, y estas posibilidades se exploran en nuestros estudios actuales. Otros efectos de la latrunculin A sobre el citoesqueleto son posibles, sin embargo, y la evidencia ha sido informado de que latrunculin puede afectar a la expresión de actina y, posiblemente, de otras proteínas de unión a actina por un mecanismo de retroalimentación que pueden detectar la concentración celular de monómeros de actina, lo que resulta en resultados más complicados que la predicha por el secuestro de monómero solo ( 10 ). Para caracterizar las interacciones superficiales de latrunculin A y actina, se examinó si latrunculin A afectada la interacción de actina con otras proteínas de unión a actina de monómero. Para nuestra sorpresa, latrunculin A inhibió la unión por timosina β ₄ pero no vinculante por profilina o DNasa I. Debido a que la timosina β ₄ ha postulado para realizar funciones relacionadas con la cicatrización de heridas ( 11 ), la apoptosis (12 ), y la respuesta inflamatoria ( 13 ), el aumento de la concentración de timosina libre β ₄ por latrunculin A podría potenciar estas respuestas. Nuestros resultados implican que los productos naturales marinos se unen a actina pueden tener efectos distintos de los previstos únicamente por sus efectos en la polimerización de la actina y, por inferencia, que pueden existir productos naturales marinos que afectan la función de la proteína de unión a actina sin afectar directamente la polimerización de actina. Finalmente, nuestros resultados ilustran un nuevo mecanismo por el cual los agentes farmacológicos que se unen actina se podrían utilizar para modular la función de proteínas de unión a actina.