Biología celular

Citoesqueleto

ACTA1 es un gen de humanos que codifica para la alfa actina 1. La proteína actina codificada por el gen es una de las isoformas típicas el músculo esquelético, formando parte del aparato contráctil del músculo. También se expresa en el músculo cardiaco y en la glándula tiroides.¹ Susecuencia consta de siete exones, que producen cinco transcritos conocidos.²

Su expresión génica se induce por los estímulos conducentes a la formación del músculo.³ De hecho, la expresión del gen codificante para la actina provoca la expresión de otros genes miogénicos, esenciales para la formación del músculo.⁴ Un factor de transcripción implicado en la activación de la expresión de ACTA1 es SRF (el factor de respuesta al suero), una proteína que reconoce y se une su secuencia promotora.⁵ La actuación de SRF no es única: en muchos casos, otras proteínas intervienen en la activación de la expresión de la actina, como las señales derivadas de la presencia de andrógenos (a veces denominados esteroides anabólicos), lo cual está relacionado con la actividad de estos últimos como inductores del desarrollo muscular.

El gen ACTA1 codifica el músculo esquelético alfa-actina, el principal isoforma de actina en el músculo esquelético adulto, que forma el núcleo del filamento delgado del sarcómero donde interactúa con una variedad de proteínas para producir la fuerza de la contracción muscular (Laing et al. , 2009).

Clonación y expresión

El uso de ADNc de beta-actina de pollo como sonda, Gunning et al. (1983) clonado alfa-actina de una biblioteca de ADNc de músculo humano. También clonaron beta-actina (ACTB; 102,630) y gamma-actina (ACTG1; 102,560) a partir de una biblioteca de ADNc de fibroblastos. Análisis de secuencias de los extremos 5-prime reveló que la alfa-actina comienza con tanto una metionina y una cisteína que no se encuentra en la proteína madura. Llegaron a la conclusión de que, ya que las proteínas de actina no conocidas empiezan con una cisteína, debe haber eliminación postraduccional de cisteína además de metionina en la síntesis de alfa-actina, pero no en la síntesis de beta o gamma-actina. Hanauer et al. (1983) clonado alfa-actina a partir de una biblioteca de ADNc a partir de ARNm desarrollado cuádriceps musculares utilizando ADNc de alfa-actina de músculo esquelético de ratón como sonda. La secuencia se caracteriza por un alto contenido de GC (61,6%). Hanauer et al. (1983) observó la conservación de la secuencia de aminoácidos entre actins humanos y de rata, y una comparación de las secuencias codificantes reveló 61% cambios silenciosos. Taylor et al. (1988) clonado alfa-actina y determinó que el transcrito primario codifica una proteína de 377-amino ácido, incluyendo los primeros 2 residuos, que están ausentes de la proteína madura. Señalaron que los mismos 2 codones preceden al codón que especifica el aminoácido N-terminal en los genes homólogos de rata, ratón, pollo, Drosophila, y el erizo de mar.

La estructura del gen

Taylor et al. (1988) determinaron que el gen de la alfa-actina contiene 7 exones. Hay un gran intrón en la región no traducida 5-prime que es característico de actins y muchos genes específicos de músculo. El promotor contiene una caja TATA y cajas CArG 3 conservados; Taylor et al. (1988) demostró que éstos fueron activados por la diferenciación de las células musculares en una rata línea celular miogénica. La región no traducida 3-prime contiene una región rica en GC, así como una señal de adición de poli putativo (A).

Cartografía

Mediante el uso de una sonda de ADNc en híbridos de células somáticas, Hanauer et al. (1984) asignado el gen de la cadena alfa actina de músculo esquelético en el cromosoma 1. secuencias de actina se encontraron en alta rigurosidad también en 2p23-qter y 3pter-q21. En condiciones de baja o media rigurosidad, secuencias de actina se demostraron en la X (p11-p12) y cromosomas Y. Los genes de actina asignados a los cromosomas X e Y (Heilig et al., 1984;. Koenig et al, 1985) parecen ser pseudogenes intronless. Usando una copia de ADNc de la región no traducida 3-prime del gen de alfa-actina de músculo esquelético humano , Muestra et al. (1984) asignan el gen 1p12-qter. Este gen y que para alfa-actina cardíaca (ACTC; 102.540) se coexpresan tanto en el músculo esquelético y el corazón humano. La coexpresión no es una función de la vinculación; los loci en los cromosomas son separados: (1p21-qter y 15q11-qter,respectivamente. Gunning et al, 1,984). Usando un panel de híbridos de células somáticas, Alonso et al. (1993)confirmó la localización del gen en el cromosoma humano ACTA1 1. Akkari et al. (1994) redujo la asignación del gen ACTA1 a 1q42 por hibridación in situ fluorescente. También por fluorescencia de hibridación in situ, Ueyama et al.(1.995) mapeado el gen para 1q42.1. Sobre la base de análisis de ratón / de hámster híbridos de células somáticas segregantes cromosomas de ratón, Czosnek et al. (1982) concluyeron que el gen de la actina de músculo esquelético se encuentra en el cromosoma del ratón 3. Sin embargo, Alonso et al. (1993) encontró por análisis por PCR de un microsatélite en un retrocruzamiento interespecífico que el gen alfa-actina está estrechamente relacionada con tirosina aminotransferasa y fosforibosiltransferasa adenina en el cromosoma del ratón 8. El gen ACTA1 está situado entre Tat y Aprt; los homólogos humanos TAT (613018) y Aprt (102,600) están en el cromosoma humano 16. Abonia et al.(1993) del mismo modo mapeado el gen ACTA1 al cromosoma del ratón 8 por la segregación de RFLVs en 2 juegos retrocruzamiento interespecíficas y en 4 sets ratón endogámicas recombinantes.

Función Génica

Actina constituye 10 a 20% de la proteína celular y tiene un papel vital en la integridad celular, estructura, y la motilidad. Es altamente conservado durante la evolución. Su función depende del equilibrio entre monomérica (globular) G-actina (42 kD) y (filamentoso) F-actina, un polímero lineal de subunidades G-actina. Entre las proteínas de unión a actina citosólicas, 3 parecen ser de primera importancia en la limitación de la polimerización: profilina(176590, 176610), timosina beta-4 (300 159 (GSN;), y gelsolin 137.350). La existencia de proteínas de unión a actina intracelular permite la concentración de G-actina que se mantiene sustancialmente por encima del umbral en el que normalmente ocurrirá una polimerización y la formación de filamentos. Cuando se libera en el espacio extracelular, la actina, que de otro modo se sabe que tiene un efecto patológico, está obligado por la gelsolina y por la proteína Gc (GC; 139,200). Este es el llamado sistema actina-scavenger extracelular (Lee y Galbraith, 1.992).

Características bioquímicas

Oda et al. (2009) crearon un modelo de F-actina usando rayos x intensidades de difracción obtenidos a partir de soles de fibra bien orientadas de músculo esquelético de conejo F-actina a 3,3 angstroms en la dirección radial y 5,6 angstroms a lo largo del ecuador. Los autores mostraron que la transición conformacional G- a F-actina es una simple rotación relativa de los 2 dominios principales en alrededor de 20 grados. Como resultado de la rotación de dominio, la molécula de actina en el filamento es plana. La forma plana es esencial para la formación de estable, helicoidal F-actina. Oda et al. (2009) llegó a la conclusión de que su modelo de estructura-F actina sirvió de base para la comprensión de la polimerización de actina, así como sus interacciones moleculares con proteínas de unión a actina.

Genética molecular

Resultados de contracción muscular de la fuerza generada entre la delgada proteína actina filamento y el grueso de la miosina proteínas de filamentos, que hace que los filamentos musculares gruesos y finos se deslicen una sobre otra. Hay músculo esquelético, músculo cardíaco, músculo liso, y no musculares isoformas tanto de actina y miosina. Las enfermedades hereditarias en los seres humanos se han asociado con defectos en la actina cardíaca en la miocardiopatía dilatada (102540.0001) y la miocardiopatía hipertrófica (102540.0003); en la miosina cardiaca en la miocardiopatía hipertrófica (160.760,0001); y en la miosina no muscular en la sordera (276903.0001). En los pacientes con miopatía nemalínica (NEM3; 161.800), Nowak et al. (1999) identificaron 15 mutaciones de sentido erróneo diferentes en el gen ACTA1 (véase, por ejemplo, 102610.0001). Las mutaciones de sentido erróneo en ACTA1 se distribuyeron a lo largo de los 6 exones de codificación y algunos involucrados dominios funcionales conocidas de actina. Aproximadamente la mitad de los pacientes murió dentro de su primer año, pero 2 pacientes de sexo femenino había sobrevivido en sus treinta años y tuvo hijos. Nowak et al. (1999) identificaron mutaciones dominantes en todo menos en 1 de 14 familias, con las mutaciones sin sentido ser soltero y heterocigotos. La única familia que documenta herencia dominante comprendía una madre afectada de 33 años de edad, con 2 afectadas y 2 niños no afectados (102610.0002). En otra familia, el padre clínicamente afectado era mosaico somática para la mutación se observa en sus dos niños afectados. Ellos identificaron mutaciones recesivas en 1 familia en la que los 2 hermanos afectados tenían mutaciones heterocigotas en 2 exones diferentes, 1 paternalmente y el otro de herencia materna (102610.0001; 102610.0005). También identificaron mutaciones de novo en 7 probandos esporádicos para los que fue posible analizar el ADN de los padres.  En los miembros afectados de 2 familias con autosómica dominante "núcleo sólo" miopatía, Kaindl et al. (2004)mutaciones missense identificadas en el gen ACTA1 (102.610,0009 - 102.610,0010). Los pacientes de ambas familias mostraron un curso leve y no progresivo de la debilidad del músculo esquelético. La miopatía fue acompañado por miocardiopatía hipertrófica del adulto e insuficiencia respiratoria en 1 familia. Histológicamente, se detectaron núcleos en las fibras musculares de al menos 1 paciente de cada familia, mientras que los organismos o varillas nemaline y la acumulación de filamentos de actina estaban ausentes. Kaindl et al. (2004) concluyeron que sus hallazgos establecen mutación en el gen ACTA1 como causa de miopatía congénita dominante con núcleos y delineados otro fenotipo clínico patológica de ACTA1. Por el análisis de inmunoblot, Ilkovski et al. (2004) mostraron que el músculo de miopatía nemalínica (NM) de los pacientes había aumentado los niveles de gamma-filamin (FLNC;102565), miotilina (TTID; 604.103), desmina (DES; 125.660), y alfa-actinina (ACTN1; 102575), consistente con la acumulación de cuerpos nemaline derivadas línea Z. No se observaron agregados intranucleares en mioblastos transfección con V163L (102610.0004) -, V163M-, y R183G-nulos que actúan construcciones transgénicas, y el modelado mostraron estos residuos para ser adyacente a la señal de exportación nuclear de la actina. Transfección estudios mostraron más alteraciones significativas en la capacidad de V136L y R183G actina mutantes para polimerizar y contribuir a los filamentos de actuación insolubles. Los estudios in vitro sugieren que el plegamiento anormal, polimerización alterado, y la agregación de las isoformas de actina mutantes pueden ser propiedades comunes de mutantes ACTA1 NM. Una combinación de estos efectos puede contribuir a las características patológicas comunes de NM, a saber, la formación de intranucleares y citoplasmáticas varilla, la acumulación de filamentos delgados, y la desorganización miofibrilar. Laing et al. (2004) identificaron mutaciones en el gen ACTA1(102.610,0011 - 102610.0013) en 3 pacientes no relacionados con una forma grave de la congénita de tipo fibra desproporción (255.310). Ninguno de los pacientes tenía varillas nemaline en el músculo de la biopsia. Laing et al.(2009) proporciona una revisión de mutaciones y polimorfismos en el gen ACTA1 y descrito 85 nuevas mutaciones.Las mutaciones se extienden a lo largo de los 6 exones de codificación, y no hay puntos calientes de mutación. Con independencia de la patología, las mutaciones ACTA1 suelen dar lugar a una miopatía clínicamente grave, con muchos pacientes mueren en los primeros años de vida. La mayoría de las mutaciones son dominantes, y la mayoría de estos son de novo. Cerca de 10% de las mutaciones son recesivas y funcionalmente nulo.

Genotipo / fenotipo correlaciones

Ilkovski et al. (2001) evaluaron una nueva serie de 35 pacientes con miopatía nemalínica. Se identificaron 5 pacientes no relacionados con una mutación sin sentido en el gen ACTA1 (véase, por ejemplo, 102610.0002; 102610,0006 -102.610,0008), lo que sugiere que las mutaciones en esta cuenta gen de la enfermedad en aproximadamente el 15% de los pacientes. Los 5 mutaciones eran novedosos, mutaciones de novo dominantes. Un individuo estudiado posteriormente tuvo 2 hijos afectados, un resultado consistente con transmisión autosómica dominante. Los 7 pacientes mostraron una marcada variabilidad clínica, que van desde debilidad congénita aparición severa, con la muerte por insuficiencia respiratoria durante el primer año de vida, a una miopatía leve inicio en la infancia con la supervivencia hasta la edad adulta. Hubo variación marcada tanto en la edad de inicio y la gravedad clínica en los 3 miembros afectados de la familia 1. Las características patológicas compartidos por los pacientes incluidos anormal diferenciación del tipo de fibra, la acumulación de glucógeno, la alteración miofibrilar, y "espirales" de filamentos delgados de actina. El porcentaje de fibras con varillas no se correlacionó con la gravedad clínica; sin embargo, el fenotipo letal severa se asoció con tanto grave, generalizada, la desorganización de la estructura sarcomérica y localización anormal de actina sarcomérica. La marcada variabilidad, en el fenotipo clínico, entre los pacientes con mutaciones diferentes en ACTA1 sugerido que tanto el sitio de la mutación y la naturaleza del cambio de aminoácidos tienen efectos diferenciales sobre la formación de filamento fino y proteína-proteína interacciones. La variabilidad intrafamiliar sugiere que el genotipo alfa-actina no es el único determinante del fenotipo, sin embargo.En un informe de la conferencia de 2002 sobre la miopatía nemalínica, Wallgren-Pettersson y Laing (2003) señaló que se habían identificado 59 mutaciones en el gen ACTA1. El noventa por ciento de las familias tenían un diagnóstico de miopatía nemalínica, el 11% tenía un diagnóstico de miopatía actina, y el 11% un diagnóstico de miopatía varilla intranucleares. Los hallazgos subrayan la variabilidad fenotípica causada por mutaciones en el gen ACTA1. Entre los pacientes con miopatía nemalínica, la forma grave fue también estuvieron representadas las formas más comunes, pero leves y típicos, y algunos pacientes tenían características asociadas inusuales. La mayoría de los casos fueron esporádicos, pero hubo ejemplos tanto autosómico dominante y herencia autosómica recesiva. No se observaron correlaciones obvias genotipo / fenotipo. Agrawal et al. (2004) encontraron 29 mutaciones ACTA1 en 28 de 109 (aproximadamente 25%) pacientes con miopatía nemalínica. De todo el grupo, las mutaciones ACTA1 fueron responsables para 14 de 25 (56%) de los casos congénitos graves. Diez pacientes con mutaciones ACTA1 tenido la enfermedad típica ", definido como inicio en la infancia o la niñez con hitos retrasados ​​y la supervivencia hasta la edad adulta, y 1 paciente tuvo inicio en la adultez. Cuatro de las familias con mutaciones ACTA1 mostraron herencia autosómica dominante; 1 familia mostró herencia autosómica recesiva; 2 familias sugirieron penetrancia incompleta;los 21 pacientes restantes tenían enfermedad esporádica con mutaciones heterocigotas. La biopsia muscular a las 5 semanas de edad del paciente ACTA1 hereditaria recesiva con enfermedad severa mostró tinción intensa para la actina cardíaca. Agrawal et al. (2004) hizo hincapié en la heterogeneidad fenotípica entre los pacientes con mutaciones ACTA1. Feng y Marston (2009) proporcionan un análisis de mutaciones ACTA1 y llegaron a la conclusión de que no existen patrones funcionales o bioquímicos obvias visto en mutaciones que dan lugar a la misma patología. Aunque algunas mutaciones se predice o han sido demostrado que interfiere con el procesamiento de N-terminal, el plegamiento postraduccional, la polimerización, o la interacción con otras proteínas, a menudo hay desacuerdo en estudios entre la estructura y función de las proteínas mutantes. No hay correlaciones genotipo / fenotipo claras.