Actina: diferència entre les revisions

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Exploració interactiva de l'historial
← Edició anteriorEdició següent →
Contingut suprimit Contingut afegit
VisualWikitext
Línia 188: Línia 188:


=== Relacionada amb ''ACTA1'' ===
=== Relacionada amb ''ACTA1'' ===
L<nowiki>'</nowiki>''[[ACTA1]] és el gen que codifica la [[isoforma]] α de l'actina humana present principalment en el múscul esquelètic, encara que també s'expressa en el múscul cardíac i en la [[glàndula tiroides]].<ref>{{cita publicació| autor =Su AI, Wiltshire T, Batalov S, Lapp H, Ching KA, Block D, Zhang J, Soden R, Hayakawa M, Kreiman G, Cooke MP, Walker JR, Hogenesch JB| títol =A gene atlas of the mouse and human protein-encoding transcriptomes | any =2004 | publicació = Proc Natl Acad Sci U S A. | volum=101 | númer =16 | id = PMID 15075390| url =http://www.pnas.org/content/101/16/6062.full}}</ref> La seva seqüència consta de set [[exó|exons]], que produeixen cinc transcrits coneguts.<ref name="uniprot">{{citar web|url =http://www.uniprot.org/uniprot/P68133 |títol =Uniprot ACTA1 |idioma =anglès}}</ref> El 2006, l'ENMC ([[European Neuromuscular Centre]]) havia publicat 116 mutacions relacionades amb patologies, conegudes com [[actinopatia|actinopatíes]]. La major part d'elles consisteixen en substitucions puntuals d'[[aminoàcid]]s, que en molts casos poden ser associades amb el fenotip que determina la severitat i el curs de l'afecció.<ref name="dosremedios">{{cita llibre| autor =Cristóbal G. Dos Remedios, Deepak Chhabra | títol =Actin-binding Proteins and Disease | any =2008 | editorial = Springer | id =ISBN 0-387-71747-1}} Veure en [http://books.google.es/books?id=Y6xHVnH8iOIC&pg=PA23&dq=actinopathy&client=firefox-a#PPA18,M1 Google books]</ref><ref name="uniprot" />

[[Fitxer:Nemaline rods.jpg|thumb|[[Miopatía nemalínica|Bastons nemalínics]] gegants produïts mitjançant la [[transfecció]] amb una [[seqüència d'ADN|seqüència]] d<nowiki>'</nowiki>''[[ACTA1]]'' portadora d'una [[mutació gènica|mutació]] responsable de la miopatía nemalínica.<ref name="Bathe" />]]


== Referències ==
== Referències ==

Revisió del 19:40, 29 des 2012

Aquest article (o secció) és manifestament incomplet.
Ajudeu a desenvolupar-lo de manera que l'exposició de conceptes o idees sigui coherent, o com a mínim sigui un esborrany amb una estructuració acceptable.
Actina G (codi PDB: 1j6z). Al centre actiu s'hi representen les molècules d'ADP i el catió divalent.
Actina F; representació de la superfície d'una repetició de 13 subunitats basades en el model de Ken Holmes del filament d'actina.[1]

L'actina és una proteïna globular que forma els microfilaments, un dels tres components fonamentals del citosquelet de les cèl·lules eucariotes. S'expressa a totes les cèl·lules dels organismes pluricel·lulars, especialment a les fibres musculars, on participa en la contracció muscular juntament amb la miosina i altres elements. Pot trobar-se en forma lliure, anomenada actina G, o formant part de polímers lineals anomenats microfilaments o actina F, que són essencials per a funcions cel·lulars tan importants com la mobilitat i la contracció de la cèl·lula durant la divisió cel·lular.

De la importància capital de l'actina dóna compte el fet que en el contingut proteic d'una cèl·lula suposa sempre un elevat percentatge i que la seva seqüència està molt conservada, és a dir, que ha canviat molt poc al llarg de l'evolució. Per ambdues raons es pot dir que la seva estructura ha estat optimitzada. Sobre aquesta es poden destacar dos trets peculiars: és un enzim que hidrolitza ATP, la "moneda universal de l'energia" dels processos biològics, fent-ho molt lentament. Però al mateix temps necessita d'aquesta molècula per mantenir la seva integritat estructural. Adquireix la seva forma eficaç en un procés de plegament gairebé dedicat. A més és la que estableix més interaccions amb altres proteïnes de totes les que es coneixen, el que li permet exercir les més variades funcions que arriben a gairebé tots els aspectes de la vida cel·lular. La miosina és un exemple de proteïna que uneix actina. Un altre exemple és la vil·lina, que pot entrellaçar l'actina en feixos o bé tallar els filaments d'actina, depenent de la concentració de catió calci en el seu entorn.[2]

Formant microfilaments en un procés dinàmic proporciona una bastida que dota la cèl·lula d'una forma amb possibilitat de remodelar ràpidament en resposta al seu entorn o senyals de l'organisme, per exemple, augmentant la superfície cel·lular per a l'absorció o proporcionant suport a l'adhesió de les cèl·lules per a formar teixits. Sobre aquest bastida es poden ancorar altres enzims, orgànuls com el cili, dirigir la deformació de la membrana cel·lular externa que permet la ingestió cel·lular o la citocinesi. També pot produir moviment, bé per ella mateixa o ajudada de motors moleculars. D'aquesta manera contribueix a processos com el transport intracel·lular de vesícules i orgànuls i la contracció muscular, o la migració cel·lular, important en el desenvolupament embrionari, reparació de ferides o invasivitat del càncer. L'origen evolutiu d'aquesta proteïna es pot rastrejar en les cèl·lules procariotes, on hi ha equivalents. Finalment és important en el control de l'expressió gènica.

Un bon nombre de malalties tenen com a base alteracions genètiques en al·lels dels gens que governen la producció de l'actina o de les seves proteïnes associades, i també essencial en el procés d'infecció d'alguns microorganismes patògens. Les mutacions en els diferents gens d'actina presents en humans ocasionen miopaties, variacions en la grandària i la funció cardíaca i sordesa. Els components del citoesquelet també tenen relació amb la patogenicitat de bacteris intracel·lulars i virus, especialment en processos relacionats amb l'evasió de la resposta del sistema immunitari.[3]

Història

El premi Nobel Szent-Györgyi, co-descobridor amb Brúnó Straub de l'actina.

L'actina va ser observada experimentalment per primera vegada el 1887 per W.D. Halliburton, qui va extraure una proteïna muscular que coagulava preparacions de miosina, denominant-lo "ferment de la miosina".[4] No obstant, Halliburton va ser incapaç d'efectuar la caracterització de les seves observacions, i per això el descobriment s'atribueix a Brúnó F. Straub, llavors un jove bioquímic que treballava en el laboratori d'Albert Szent-Györgyi a l'Institut de química mèdica de la Universitat de Szeged, Hongria.

En 1942, Straub va desenvolupar una nova tècnica per a l'extracció de proteïnes musculars que li permetia aïllar quantitats substancials d'actina relativament pura. Aquest mètode és el mateix que essencialment s'utilitza en els laboratoris d'avui dia. Szent-Györgyi havia descrit prèviament una forma més viscosa de miosina, produïda per extraccions lentes en músculs, com "miosina activada" i ja que la proteïna d'Straub produïa l'efecte activador, la va denominar actina. La viscositat disminuïa si s'afegia ATP a la barreja d'ambdues proteïnes, coneguda com actomiosina. El treball d'ambdós no va poder ser publicat en els països occidentals a causa del ambient bèl·lic de la Segona Guerra Mundial, sortint a la llum el 1945 quan va ser publicat com suplement de Acta Physiologica Scandinavica.[5] Straub va continuar treballant en l'actina fins a 1950, publicant que podia unir-se a l'ATP i que, durant la polimerització de la proteïna per a formar microfilaments, s'hidrolitzava a ADP + Pi, el qual romania unit al microfilament. Straub va suggerir que aquesta reacció ocupava un paper en la contracció muscular, però això només és cert en el cas del múscul llis i no va ser verificat experimentalment fins el 2001.[6][7]

La seqüència d'aminoàcids va ser completada per Elzinga i col·laboradors el 1973,[8] i l'estructura cristalogràfica de l'actina G va ser determinada el 1990 per Kabsch i col·laboradors, tot i tractar-se d'un cocristall en el qual formava un complex amb la desoxirribonucleasa I,[9] sent proposat un model el mateix any per a l'actina F per Holmes i els seus col·laboradors.[10] Aquest procediment de cocristalització amb diferents proteïnes va ser emprat repetidament durant els següents anys, fins que el 2001 s'aconseguí cristal·litzar la proteïna aïllada juntament amb ADP. Va ser possible gràcies a l'ocupació d'un conjugat de rodamina que impedia la polimerització bloquejant l'aminoàcid cys-374.[11] Aqueix mateix any es va produir la defunció de Christine Oriol-Audit, la investigadora que el 1977 va aconseguir cristal·litzar per primera vegada l'actina en absència d'ABP's. Els cristalls van resultar massa petits per a la tecnologia de l'època.[12]

Tot i que actualment no existeix un model d'alta resolució de la forma filamentosa, l'equip de Sawaya va realitzar el 2008 una aproximació més exacta basant-se en múltiples cristalls dels dímers d'actina que contacten en diferents llocs.[13] Aquest model va ser refinat pel propi autor i per Lorenz. Altres enfocaments, com l'ús de microscopia crioelectrònica o radiació sincrotró han permès recentment augmentar el nivell de resolució i comprendre amb major profunditat la naturalesa de les interaccions i els canvis conformants implicats en la formació del filaments d'actina.[14][15]

Estructura

L'actina és una de les proteïnes més abundants entre els eucariotes i es troba present en tot el citoplasma.[2] De fet, en les fibres musculars representa el 20% en pes total de les proteïnes, en altres cèl·lules animals, està entre l'1 i el 5%. No obstant això, no existeix un únic tipus d'actina, sinó que els seus gens codificants estan definits per una família multigènica (família que, en plantes, alberga més de 60 elements, entre gens i pseudogens i, en humans, més de 30).[16] Això significa que la informació genètica de cada individu té instruccions per generar variants de l'actina (anomenades isoformes) que posseiran funcions lleugerament diferents. D'aquesta manera, els organismes eucariotes expressen diferents gens que donen lloc a: l'actina α, que es troba en estructures contràctils; l'actina β, a la vora en expansió de les cèl·lules que empren la projecció d'estructures mòbils com a mètode de mobilitat; i l'actina γ, en els filaments de les fibres d'estrès.[17] A més de les similituds existents entre les isoformes d'un organisme, també hi ha una conservació evolutiva pel que fa a estructura i funció entre organismes de dominis diferents de l'eucariota: en bacteris es coneix l'homòleg MreB, una proteïna que és capaç de polimeritzar en microfilaments,[15] i en arqueobacteris hi ha un representant (Ta0583) encara més semblant a les actines d'eucariotes.[18]

L'actina es presenta a la cèl·lula en dues formes: com monòmers globulars denominats actina G i com polímers filamentosos anomenats actina F (és a dir, filaments compostos de multitud de monòmers d'actina G). L'actina F pot denominar també microfilament. A cada bri d'actina s'uneix una molècula d'adenosina trifosfato (ATP) o d'adenosina difosfat (ADP) al seu torn associada a un catió Mg+2. De les diferents combinacions possibles entre les formes d'actina i el nucleòtid trifosfat, en la cèl·lula predominen l'actina G-ATP i l'actina F-ADP.[19][20]

Actina G

Pel que fa a la seva estructura molecular, l'actina G té una aparença globular al microscopi electrònic de rastreig, no obstant això, mitjançant cristal·lografia de raigs X es pot apreciar que està composta de dos lòbuls separats per una esquerda, l'estructura conforma el plec ATPasa, un centre de catàlisi enzimàtica capaç d'unir l'ATP i Mg2 i hidrolitzar el primer a ADP més fosfat. Aquest plec és un motiu estructural conservat que també està present en altres proteïnes que interaccionen amb nucleòtids trifosfat com l'hexoquinasa (un enzim del metabolisme energètic) o les proteïnes Hsp70 (una família de proteïnes que contribueixen a que altres proteïnes tinguin estructures funcionals).[21] L'actina G només és funcional quan posseeix o bé ADP o bé ATP en la seva esquerda, no obstant això, en la cèl·lula predomina l'estat unit a ATP quan l'actina es troba lliure.[19]

Model molecular de cintes d'actina de múscul esquelètic de conill segons Graceffa i Domínguez, 2003. Es destaquen els quatre subdominis, així com els extrems N i C terminal i el lloc d'unió a ATP. La molècula està orientada segons la convenció que s'adopta normalment, quedant en la part superior l'extrem - (punta de fletxa) i en la inferior l'extrem + (barba).[11]

L'actina cristal·litzada per Kabsch, que és la més utilitzada com a model en estudis estructurals, ja que va ser la primera a ser purificada, procedeix del múscul esquelètic del conill. Té unes dimensions aproximades de 67 x 40 x 37 Å, un massa molecular de 41785 Da i un punt isoelèctric estimat en 4,8. La seva càrrega neta a pH = 7 és de -7.[22] [23]

Estructura primària

La seqüència d'aminoàcids completa d'aquest tipus d'actina va ser determinada per Elzinga i col·laboradors el 1973, i afinada en treballs posteriors pel mateix autor. Conté 374 residus d'aminoàcids. El seu extrem N-terminal és molt àcid. Comença amb un aspartat acetilat en el seu grup amino, mentre que el seu C-terminal és bàsic, format per una fenilalanina precedida per una cisteïna de certa importància funcional. Tots dos extrems es situen en una posició molt propera dins del subdomini I. Pel que fa a aminoàcids anòmals, cal destacar una Nτ-metilhistidina en posició 73.[8]

Estructura terciària-dominis

Està formada per dos dominis coneguts com gran i petit, separats per una esquerda en el centre es situa el lloc d'unió a l'ATP-ADP + Pi. Per sota d'aquest hi ha una escotadura de menor profunditat anomenada "solc". Quan es troben en forma nativa, malgrat el seu nom, tots dos tenen una mida equiparable.[8]

En els estudis topològics, per convenció, la proteïna s'orienta de manera que el domini major queda a l'esquerra, mentre que el menor es situa a la dreta. En aquesta posició, el domini petit es divideix al seu torn en el subdomini I (posició inferior, residus 1-32, 70-144 i 338-374) i subdomini II (posició superior, residus 33-69). El domini major també es divideix en dos, el subdomini III (inferior, residus 145-180 i 270-337) i el subdomini IV (superior, residus 181-269). La zona exposada dels subdominis I i III es denomina extrem "barbat", mentre que a la dels subdominis II i IV se l'anomena extrem "en punta de fletxa". Aquesta denominació fa referència al fet que a causa de la petita massa del subdomini 2, l'actina adquireix polaritat, que es discutirà posteriorment en parlar de la dinàmica d'acoblament. Alguns autors nomenen els subdominis com Ia, Ib, IIa i IIb, respectivament.[24]

Altres estructures destacades
  • L'estructura supersecundària més destacada és una β-làmina de cinc cadenes que es compon d'un β-meandre i una unitat β-α β dextrogira. És present en ambdós dominis. Fet que suggereix que la proteïna va sorgir per duplicació gènica.[9]
  • El lloc d'unió a l'adenosin nucleòtid es troba entre dues estructures en forma de forqueta β pertanyents als dominis 1 i 3. Els residus implicats són Asp11-Lys18 i Asp154-His161 respectivament.
  • Just a sota del nucleòtid es troba el lloc d'unió al catió divalent, que in vivo és amb més probabilitat el Mg2+ o el Ca2+ mentre que in vitro és el format per una estructura quelant en què contribueixen la Lys18 i dos oxígens dels fosfats α i β del nucleòtid. Aquest calci està coordinat amb sis molècules d'aigua que es troben retingudes pels aminoàcids Asp11, Asp154, i Gln137. Juntament amb el nucleòtid forma un complex que restringeix els moviments d'una regió anomenada frontissa o hinge, situada entre els residus 137 i 144, mantenint d'aquesta manera la forma nativa de la proteïna, fins al punt que la seva retirada desnaturalitza el monòmer d'actina. Aquesta regió també és important, perquè determina les conformacions "oberta" o "tancada" de l'esquerda de la proteïna.[24][11]
  • Amb gairebé tota probabilitat hi ha almenys altres tres centres amb menor afinitat (intermèdia) i altres de baixa afinitat per cations divalents. S'ha especulat sobre el paper d'aquests centres en la polimerització de l'actina actuant en l'etapa d'activació.[24]
  • En el subdomini 2 hi ha una estructura, anomenada bucle-D o D-loop pel fet que s'uneix a la ADNasa I, situada entre els residus His40 i Gly48 que apareix com un element desordenat en la majoria dels cristalls i com una làmina β quan està formant complex amb la ADNasa I. Segons Domínguez et al., L'esdeveniment clau de la polimerització seria la propagació d'un canvi conformacional des del centre d'unió al nucleòtid fins a aquest domini, que passaria de ser un bucle a una hèlix. Aquesta teoria sembla ser refutada per altres treballs.[11][25]

Actina F

Una descripció clàssica afirma que l'actina F té una estructura filamentosa interpretable com una hèlix levogira monocatenari amb gir de 166º i increment de 27,5 Å o bé com una hèlix dextrogira bicatenaria amb mig pas de rosca de 350-380 Å, estant cada actina envoltada de quatre.[26] La simetria del polímer d'actina, que és d'unes 2,17 subunitats per volta d'hèlix és incompatible amb la formació de cristalls, que només és possible quan aquestes són exactament 2, 3, 4 o 6 subnitats per volta. Per tant, s'han d'efectuar models interpretant dades procedents de tècniques que salven aquests inconvenients, com la microscòpia electrònica, la criomicroscòpia electrònica, cristalls de dímers en diferents posicions o difracció de raigs X.[15] Cal precisar que parlar d'una "estructura "no és correcte per una cosa tan dinàmic com un filament d'actina. En realitat s'hauria de parlar de diferents estats estructurals, entre els quals la dada més constant és l'increment de 27,5 Å, mentre que la rotació de les subunitats mostra una considerable variabilitat, i és normal observar desplaçaments de fins al 10% de la seva posició ideal. Algunes proteïnes, com la cofilina, semblen incrementar l'angle de gir, però novament es pot interpretar que, en lloc d'això, estabilitzen alguns "estats estructurals" normals. Aquests podrien ser importants en el procés de polimerització.[27]

Pel que fa al radi de gir o gruix del filament, les mesures són més controvertides: mentre els primers models li assignaven una longitud de 25 Å, dades actuals de difracció de raigs X recolzats per criomicroscòpia electrònica coincideixen en uns 23,7 Å. Aquests mateixos estudis han determinat amb força precisió els punts de contacte entre monòmers. Uns s'estableixen amb unitats de la mateixa cadena, entre l'extrem "barbado" d'un monòmer i l'extrem "en punta de fletxa" del següent, mentre que els monòmers de cadenes adjacents fan contacte lateralment mitjançant projeccions del subdomini 4, sent les més importants la formada pel C-terminal i un enllaç hidrofòbic format per tres cossos en els quals intervenen els residus 39-42, 201-203 i 286. Per formar part d'un filament, segons aquest model, els monòmers estarien en una configuració anomenada "plana", en què els subdominis giren entre si, i que també sembla trobar-se al homòleg bacterià de l'actina MreB.[15]

Ja que totes les subunitats d'un microfilament apunten cap al mateix extrem, es diu que el polímer presenta polaritat en la seva estructura. Aquest fet dóna lloc a una convenció: es nomena a l'extrem que posseeix una subunitat d'actina exposant el lloc pel qual uneix ATP al medi com a «extrem (-)» mentre que en l'oposat, en el qual l'esquerda està dirigida a un altre monòmer adjacent, és el «extrem (+)».[17] La denominació« en punta de fletxa »i« barbado »dels extrems dels microfilaments es deu al seu aspecte al microscopi electrònic de transmissió quan es processen mitjançant una tècnica anomenada «decoració». Aquest mètode consisteix en l'addició d'elements S1 de la miosina en teixits fixats amb àcid tànnic, aquesta miosina s'uneix de forma polar als monòmers d'actina, el que dóna lloc a una configuració semblant a fletxes amb plomes al llarg de tot el seu fust , on el fust correspondria a l'actina i les plomes a la miosina. D'aquesta manera, l'extrem del microfilament que queda sense miosina sobresortint s'interpreta com la punta de la fletxa, mentre l'oposat s'anomena barbado.[28]

En el múscul, el filament helicoïdal de l'actina F conté també una molècula d'tropomiosina, una proteïna d'una longitud de 40 nanòmetres que s'enrotlla al voltant de l'hèlix d'actina F. Durant l'estat de repòs cel·lular, la tropomiosina recobreix els llocs actius de l'actina de manera que no s'aconsegueix la interacció actina-miosina que produeix la contracció muscular. Unides al llarg del fil de tropomiosina hi ha altres molècules proteiques, les troponines, complexos de tres polímers: troponina I, troponina T i troponina C.[29]

Plegament

Model de cintes obtingut mitjançant l'aplicació del programa PyMOL a les dades cristal de la prefoldina de la arqueja Pyrococcus horikoshii. S'observen les sis estructures supersecundarias en forma d'hèlix atropellada "penjant" dels barrils β centrals. La literatura sol comparar-les amb els tentacles d'una medusa. Pel que s'ha vist mitjançant microscòpia electrònica, la prefoldina d'eucariotes té una estructura molt similar.[30]

L'actina pot adquirir espontàniament una gran part de la seva estructura terciària.[31] No obstant això, mostra un comportament molt especial i gairebé únic en la forma en que adquireix la seva forma plenament funcional a partir de la seva forma nativa recent sintetitzada. La raó d'una ruta tan especial podria ser la necessitat d'evitar la presència de monòmers d'actina mal plegats, que serien tòxics ja que podrien actuar de terminadors inadequats de la polimerització. En qualsevol cas, és clau per a l'estabilitat del citoesquelet, i no només això, sinó que podria ser un procés essencial per a la coordinació del cicle cel·lular.[32][33]

Per això empra obligadament un tipus de chaperonina (proteïna que ajuda a altres a plegar) citosòlica del grup II, la CCT, formada per un doble anell de vuit subunitats diferents (heterooctamérico) que es distingeix de les altres xaperones moleculars, i en especial de la seva homòloga en arqueges GroEL en què no necessita d'una co-chaperona que actuï de tapadora sobre la cavitat central catalítica. Accepta substrats unint-se a ells mitjançant dominis específics, de manera que en principi es va pensar que era exclusiva d'actina i tubulina, encara que actualment s'ha vist per immunoprecipitació que almenys interactua amb un gran nombre de polipèptids, possiblement com a substrats. Actua mitjançant canvis conformacionals dependents d'ATP, necessitant de vegades de diverses rondes d'alliberament i catàlisi per completar el seu treball.[34]

Per al seu correcte plegament, l'actina i la tubulina també necessiten específicament del concurs d'una altra proteïna, la prefoldina, un complex heterohexamérico (format per sis subunitats diferents), i tan específicament que fins i tot han coevolucionat. En el cas de l'actina, s'uneix immediatament a ella mentre encara s'està traduint, aproximadament quan té una longitud de 145 aminoàcids, que són els corresponents al domini N-terminal.[35]

S'empren subunitats de reconeixement diferents per l'actina i la tubulina, encara solapades. Probablement en el cas de l'actina es tracta de les subunitats PFD3 i PFD4 que s'uneixen a l'actina en dos llocs, l'I, entre els residus 60-79 i el II, entre els residus 170-198. L'actina es reconeix, càrrega i lliurament a la CCT en conformació oberta per la part interna de l'extrem dels "tentacles" de la prefoldina (veure imatge i nota al peu). [A] El contacte en el moment del lliurament és tan breu que no s'arriba a formar un complex ternari, alliberant-la prefoldina immediatament.[30]

Model molecular de cintes del domini γ apical de la chaperonina CCT.

Posteriorment, la chaperonina citosòlica (CCT) efectua el plegament de l'actina de forma seqüencial, i formant unions amb les subunitats, en comptes de tancar-la en la seva cavitat. [b] Per a això té zones específiques de reconeixement en el seu domini β apical. La primera etapa del plegament consistiria en el reconeixement dels residus 245-249. Posteriorment, altres determinants establirien contacte.[36] Tant l'actina com la tubulina s'uneixen a la CCT en conformacions obertes en absència d'ATP. En el cas de l'actina, a cada canvi conformacional s'uneix a dues subunitats, a diferència de la tubulina, que ho fa a quatre. L'actina té seqüències d'unió específiques, interactuant amb les subunitats CCTδ i β o bé amb CCTδ i CCTε. Després de la unió de AMP-PNP a la CCT, els substrats van movent-se per la cavitat de la chaperonina. Sembla ser també que en el cas de l'actina fa falta la proteïna CAP com un possible cofactor en els estadis finals del plegament de l'actina.[33]

Encara no es coneix amb exactitud la regulació d'aquest procés, però se sap que la proteïna PhLP3 (proteïna semblant a la fosducina) regula la seva activitat inhibint-la, mitjançant la formació d'un complex ternari.[34]

Mecanisme catalític de la ATPasa

L'actina és una ATPasa, és a dir, un enzim que hidrolitza ATP. Aquest conjunt d'enzims es caracteritza per actuar amb extrema lentitud. Se sap que aquesta ATPasa es "activa", o el que és el mateix, la seva velocitat augmenta unes 40.000 vegades quan l'actina forma part d'un filament.[27] Un valor de referència per a aquesta taxa d'hidròlisi sota certes condicions ideals seria de 0,3 s-1. Posteriorment, el Pi romandria molt de temps unit a l'actina costat del ADP, alliberant-prop de l'extrem del filament.[37]

A dia d'avui no es coneixen els detalls moleculars concrets del mecanisme catalític. Encara que hi ha molta polèmica sobre aquest tema, sembla clar que per a la hidròlisi d'ATP cal una conformació "tancada", i es creu que apropa els residus implicats a la distància adequada.[27] Un dels residus clau seria Glu137, situat al subdomini 1. La seva funció seria ancorar la molècula d'aigua que produeix un atac nucleofílic a l'enllaç del fosfat γ de l'ATP, mentre el nucleòtid s'uneix fortament als subdominis 3 i 4. La lentitud del procés catalític es deuria a la gran distància i posició esbiaixada d'aquesta molècula d'aigua que fa al seu reactant. Amb molta probabilitat, el canvi conformacional que es produeix per rotació de dominis entre les formes G i F de l'actina apropa la Glu137, permetent la seva hidròlisi. Segons aquest model, la polimerització i la funció ATPasa estarien desacoblades en un primer moment.[15]

Dinàmica d'acoblament

Mecanisme de polimerització de l'actina G a actina F.

L'actina F combina les qualitats de ser resistent i dinàmica. A diferència d'altres polímers, com l'ADN, que mantenen units els seus elements constitutius mitjançant enllaços covalents, en els filaments d'actina dels monòmers s'acoblen per enllaços més febles de tipus no covalent. Això, que en principi debilita l'estructura, ja que es podria trencar per agitació tèrmica, se soluciona mitjançant els enllaços laterals amb els monòmers veïns. Al mateix temps, els enllaços febles mantenen l'avantatge que els extrems del filament poden alliberar o incorporar fàcilment monòmers, de manera que es poden remodelar ràpidament i canviar l'estructura cel·lular de la qual són responsables en resposta a estímuls ambientals. Això últim i el mecanisme bioquímic pel qual s'efectua és el que es coneix com a "dinàmica d'acoblament".[3]

Estudis in vitro

Els estudis de la dinàmica d'addició i pèrdua de subunitats dels microfilaments s'han realitzat in vitro (és a dir, al laboratori, fora de sistemes mòbils) pel fet que el polímer d'actina resultant dóna lloc a la mateixa actina F produïda in vivo , on aquest procés està controlat per multitud de proteïnes per respondre a les necessitats mòbils, de manera que seria molt difícil observar les seves condicions bàsiques.[38] In vitro, aquest fet es produeix de forma seqüencial: primer, es dóna una «fase de activació », en què la unió i intercanvi de cations divalents en llocs específics de l'actina G, unit a ATP, produeixen un canvi conformacional, conegut a vegades com Actina G * o monòmer d'actina F, ja que és més semblant a les unitats que se situen en el filament.[24] Això la prepara per a la següent «fase de nucleació», en la qual l'actina G dóna lloc a petits fragments inestables d'actina F capaç de polimeritzar. Inicialment es formen dímers i trímers de manera inestable. Quan el nombre d'aquests és prou gran, té lloc la «fase d'elongació», en què el filament es forma i creix ràpidament mitjançant l'addició reversible de nous monòmers a ambdós extrems.[39] Finalment, en el «equilibri estacionari », els monòmers d'actina G s'intercanvien en els extrems del microfilament sense que variï la longitud total del polímer.[2] En aquesta última fase es defineix la« concentració crítica Cc »com la relació entre les constants d'acoblament i desacoblament (es tracta, doncs, d'una constant de dissociació), i representa la concentració d'actina G en la qual la dinàmica d'addició i eliminació de monòmers no produeix una modificació en la longitud del microfilament. En les condicions usuals in vitro, Cc és de 0,1 micres, [c] el que significa que a valors grans es dóna una polimerització ja valors menors, una despolimerització.[40]

Paper de la hidròlisi d'ATP

Un assumpte important que es va introduir en l'apartat anterior és el fet que, encara que l'actina hidrolitza ATP, tot sembla indicar que això no intervé en l'acoblament, ja que, d'una banda, la hidròlisi es produeix en gran mesura a l'interior del filament, i de l'altra, l'ADP també pot polimeritzar. Això planteja la qüestió de comprendre quin és el procés termodinàmicament desfavorable que requereix una despesa d'energia tan ingent. L'anomenat "cicle de l'actina", que lliga la hidròlisi a la polimerització, consisteix en l'addició de monòmers d'Actina G-ATP preferentment a l'extrem barbado, creant un flux de monòmers cap a l'extrem en punta de fletxa en el que es coneix com "trenzamiento" (threadmilling, en anglès), on els monòmers estarien en forma de Actina F-ADP i serien alliberats, intercanviant posteriorment aquest ADP per ATP i tancant d'aquesta manera el cicle.

Poc després de l'addició, es produeix la hidròlisi de l'ATP de forma relativament ràpida. Hi ha dues hipòtesis sobre com es produeix, la estocàstica, en la qual la hidròlisi es produiria a l'atzar influïda en certa manera per les molècules veïnes, i la vectorial, en la qual només es produiria en el límit amb altres molècules que ja han hidrolitzat seva ATP. En qualsevol cas, no s'allibera el Pi resultant, sinó que roman un temps unit no covalentment a l'actina ADP, de manera que existirien tres espècies d'actina en un filament: ATP-Actina, ADP + Pi-Actina i ADP-Actina.[37] El contingut d'un filament en cadascuna d'aquestes espècies depèn de la seva longitud i estat: al començament de la elongació, el filament té una composició aproximadament equivalent de monòmers amb ATP i ADP + Pi i una petita quantitat al costat del extrem ( -) de Actina ADP. A mesura que s'assoleix l'estat estacionari, la situació s'inverteix, estant la major part del filament amb ADP i l'extrem (+) pràcticament només amb ADP + Pi, amb l'ATP reduït a l'extrem.[41]

Si comparem els filaments d'actina-ADP purs amb aquells que incorporen ATP, en els primers les constants crítiques són similars en ambdós extrems, mentre que en els altres dos nucleòtids la Cc és diferent, sent major en l'extrem (+), amb la qual qual es donen les següents situacions:[17]

  • Per concentracions d'actina G-ATP menors a la concentració crítica de l'extrem (+) (és a dir, Cc +) no es produeix l'elongació del filament.
  • Per concentracions d'actina G-ATP majors que la concentració crítica de l'extrem (-) (és a dir, Cc-) però menors a la concentració crítica de l'extrem (+) (o Cc +) l'elongació es dóna en l'extrem (+) .
  • Per concentracions d'actina G-ATP majors que la concentració crítica de l'extrem (-) (o Cc-) el microfilament creix en ambdós extrems.

Per tant, es pot deduir que l'energia de la hidròlisi s'utilitza per a crear un veritable "estat estacionari", és a dir, d'un flux en lloc d'un simple equilibri, la qual cosa dota de dinamisme, polaritat i força de tracció al filament, el que justifica la despesa pel guany de funcions biològiques essencials.[37] A més, la configuració dels diferents tipus de monòmers és detectada per les proteïnes d'unió a l'actina que controlen aquest dinamisme, com es veurà en la propera secció.

Proteïnes associades

Complex actina (verd) - profilina (blau).[42] La profilina mostrada pertany al grup II, present característicament al ronyó i l'encèfal.

In vivo, el citosquelet d'actina no està compost exclusivament d'actina, sinó que per la seva generació, permanència i funció requereix d'altres proteïnes, aquestes es denominen proteïnes d'unió a l'actina (ABP, actin binding proteins) i intervenen en la seva polimerització i despolimerització, estabilitat, la seva organització en feixos o xarxes, la seva fragmentació i destrucció.[2] La diversitat d'aquestes proteïnes és tal, que es considera que l'actina és la proteïna que participa en el major nombre d'interaccions proteïna-proteïna de quantes es coneixen.[43] Per exemple, hi ha elements que segresten l'actina G, impedint la seva incorporació als microfilaments. De la mateixa manera, hi ha proteïnes que estimulen la seva polimerització o que doten de complexitat a les xarxes en síntesis.[17]

  • La timosina β4 és una proteïna de 5 kDa capaç d'unir-se a l'actina G-ATP en una estequiometria 1:1, això vol dir que una unitat de timosina β4 s'uneix a una altra d'actina G, en aquesta proporció. El seu paper és impedir la incorporació dels monòmers al polímer en creixement.[44]
  • La profilina, una proteïna citosòlica de 15 kDa que també s'uneix en estequiometria 1:1 als monòmers d'actina G-ATP, però la seva funció és diferent: facilita l'intercanvi de nucleòtids ATP per ADP. A més, està implicada en altres funcions cel·lulars, com la unió de repeticions de Pro en altres proteïnes o de lípids que actuen com a segons missatgers.[45][46]
La proteïna gelsolina, coadjuvant en l'acoblament i desacoblament de l'actina. Posseeix sis subdominis, anomenats S1-S6. Cadascun posseeix cinc β làmines flanquejades per dos α hèlixs, una de les quals està posicionada perpendicularment a les làmines β i una altra en posició paral·lela. L'extrem N-terminal (S1-S3) forma un full β, tal com el C-terminal (S4-S6).[47]

Altres proteïnes d'unió a actina regulen la longitud dels microfilaments realitzant talls en ells, el que dóna lloc a nous extrems actius per a la polimerització. És a dir, si un microfilament, que posseeix dos extrems als quals poden unir-se o dissociar monòmers, és tallat dues vegades, resulten tres nous microfilaments amb sis extrems, la nova situació afavoreix la dinàmica d'acoblament i desacoblament. Entre aquestes proteïnes destaquen la gelsolina i la cofilina. Cal ressaltar que primer realitzen el tall mitjançant canvis en la conformació del monòmer d'actina al que s'uneixen en el polímer, quedant després recobrint el nou extrem (+) generat, el que impedeix l'agregat o l'intercanvi de noves subunitats d'actina G i, ja que els extrems (-) queden sense recobrir, afavoreixen la despolimerització dels filaments.[48]

Un altre tipus de proteïnes d'unió a actina recobreixen els extrems de l'actina F per tal d'estabilitzar-los, sense capacitat de trencar-los. Exemples d'aquestes proteïnes són CapZ (que uneix els extrems (+) segons els nivells de Ca2 + / calmodulina de la cèl·lula, nivells que depenen de senyals externs i internes de la cèl·lula i que intervenen en la regulació de les seves funcions biològiques)[49] o la tropomodulina (que uneix els extrems (-)). La tropomodulina és essencial com estabilitzador de l'actina F present en les miofibrillas dels sarcòmers del múscul, estructures caracteritzades per la seva gran estabilitat.[50]

Estructura atòmica de l'Arp2/3.[51] Cada color correspon a una subunitat: Arp3, taronja, Arp2, blau marí (les subunitats 1 i 2 no es mostren), p40, verd, P34, blau clar, p20, blau fosc, p21, magenta; p16, groc.

El complex Arp2/3 es troba àmpliament difós en tots els organismes eucariotes.[52] Està compost per set subunitats, algunes de les quals tenen una topologia clarament relacionada amb la seva funció biològica: dos dels seus subunitats, anomenades «ARP2» i «ARP3», tenen una estructura molt semblant als propis monòmers d'actina. Aquesta homologia permet a ambdues unitats comportar-se com agents nucleants de la polimerització dels monòmers d'actina G a actina F. A més, aquest complex és necessari per establir estructures dendrítiques i en anastomosi (és a dir, bifurcades o en xarxa), per tant més complexes, d'actina F.[53]

Inhibidors químics

Fitxer:Phalloidin.png
Estructura química de la faloidina.

Existeixen diverses toxines que interfereixen amb la dinàmica de les actines, tant despolimerizant-les (latrunculina i citocalasina D) com estabilizant-les (faloidina):

  • La latrunculina, una toxina produïda per poríferos, s'uneix a l'actina G impedint la seva unió als microfilaments.[54]
  • La citocalasina D, un alcaloide produït per fongs, s'uneix a l'extrem (+) de l'actina F impedint l'addició de nous monòmers.[55] S'han descrit efectes de la citocalasina D, intervinguts per la disrupció de la dinàmica d'actines, en la activitat de p53 (en animals)[56] o en respostes gravitròpiques (en plantes).[57]
  • La faloidina, una toxina aïllada del fong Amanita phalloides, s'uneix a la interfície existent entre els monòmers d'actina adjacents del polímer d'actina F, la qual cosa evita la despolimerització d'aquest.[55]

Funcions i localització

L'actina com a proteïna es troba tant en el citoplasma com al nucli cel·lular.[58] Aquesta localització està regulada per les vies de transducció de senyals que integren els estímuls que la cèl·lula rep i ​​que permet la reestructuració de les xarxes d'actina en resposta a aquells. En Dictyostelium, s'ha referit la intervenció de la ruta de fosfoinosítits intervinguda per la fosfolipasa D.[59] Els filaments d'actina són especialment abundants i estables en les fibres musculars. Dins del sarcòmer (la unitat morfològica i fisiològica de les fibres musculars) l'actina es disposa en les bandes I i A, en aquesta última, es presenta conjuntament amb la miosina.[60]

Citosquelet

Micrografia de fluorescència on es mostra l'actina F (en verd) en fibroblasts de rata.
Article principal: citosquelet

Els microfilaments intervenen en el moviment de totes les cèl·lules mòbils, fins i tot les no musculars, ja que s'ha descrit que els fàrmacs que desorganitzen l'actina F (com les citocalasines) afecten l'activitat d'aquestes cèl·lules. Com a proteïna, l'actina suposa el 2% del total de proteïnes en hepatòcits, el 10% en fibroblasts, el 15% a amebes i fins al 50-80% en plaquetes activades.[61] Existeixen diferents grups d'actina, amb estructura i funció lleugerament diferents. D'aquesta manera, l'actina α és exclusiva de fibres musculars, i la present en altres cèl·lules sol ser del tipus β i γ. A més, l'actina de tipus diferents de la α sol posseir una alta taxa de recanvi que provoca que la major part d'ella no formi part d'estructures permanents. Així, els microfilaments en les cèl·lules no musculars apareixen de dues formes:[62]

  • Xarxes de microfilaments. Sota la membrana plasmàtica és comú en cèl·lules animals l'aparició d'una escorça cel·lular poblada per multitud de microfilaments que exclou la presència d'orgànuls. Aquesta xarxa està en relació amb abundants receptors cel·lulars que transdueixen senyals de l'exterior de la cèl·lula.
  • Feixos de microfilaments. Aquests microfilaments, disposats en xarxes, són de major longitud i, en associació amb proteïnes contràctils com la miosina no muscular, intervenen en el desplaçament de substàncies a nivell intracel·lular.

Llevats

En llevats, el citosquelet d'actina és clau durant els processos d'endocitosi, citocinesi, determinació de la polaritat cel·lular i durant la morfogènesi. Aquests fets, a més de dependre de l'actina, impliquen a 20 o 30 proteïnes associades, altament conservades evolutivament, així com multitud de molècules de senyalització; aquests elements permeten, en combinació, un assemblatge espacial i temporalment modulat que defineix la biologia cel·lular en resposta a estímuls interns i externs.[63]

Els llevats posseeixen tres grans tipus d'elements producte de l'associació de l'actina: pegats, cables i anells que, tot i detectar durant llargs períodes de temps, es veuen sotmesos a un equilibri dinàmic a causa de la contínua polimerització i despolimerització. Com proteïnes accessòries, tenen una cofilina/ADF de 16 kDa (codificiada per un únic gen, denominat COF1), Aip1, un cofactor de la cofilina que afavoreix el desencadellat dels microfilaments, Srv2/CAP, un regulador de la dinàmica relacionat amb proteïnes adenilat ciclases, una profilina d'aproximadament 14 kDa que s'associa als monòmers d'actina, i twinfilina, una proteïna de 40 kDa implicada en l'organització de les estructures tipus pedaç.[63]

Plantes

Els estudis de genòmica de plantes han revelat l'existència d'isovariantes proteiques dins de la família de gens de l'actina, dins d'Arabidopsis thaliana, una magnoliòpsida emprada com a organisme model, hi ha almenys deu tipus d'actines, nou de α tubulines, sis de β tubulines, sis de profilinas i dotzenes de miosines. Tal diversitat s'explica d'acord amb la necessitat evolutiva de posseir variants lleugerament diferents en la seva pauta d'expressió temporal i espacial, no obstant això, la majoria d'elles s'expressen conjuntament en els teixits analitzats. L'entramat de xarxes d'actina es distribueix per tot el citoplasma de les cèl·lules cultivades in vitro, amb un reforç entorn del nucli que es connecta, mitjançant radis, a l'escorça cel·lular; aquest entramat és altament dinàmic, amb un polimeritzat i despolimerizat continu.[64]

Estructura del subdomini C-terminal de la villina, una proteïna capaç d'escindir microfilaments.[65]

Si bé les cèl·lules vegetals posseeixen generalment una paret que defineix la seva morfologia i impedeix el seu moviment, els seus microfilaments generen les forces necessàries per a diverses activitats cel·lulars, per exemple, els corrents citoplasmàtiques generades pels microfilaments i les miosines. A més, l'actina intervé en el moviment d'orgànuls i morfogènesi cel·lular, processos que inclouen la divisió cel·lular, l'elongació i la diferenciació.[66]

Quant a les proteïnes associades al citosquelet d'actina presents en plantes cal esmentar:[66] la villina, una proteïna de la família de la gelsolina/severina, capaç de tallar microfilaments i unir monòmers d'actina en presència del catió calci, la fimbrina, un element capaç de reconèixer i unir monòmers d'actina i que intervé en la formació d'entramats (mitjançant una regulació diferent de la pròpia de cèl·lules animals i llevats);[67] les formines, proteïnes capaces d'actuar com a agent nucleant de la polimerització a actina F, la miosina, típic motor molecular propi d'eucariotes que, en Arabidopsis thaliana, està codificat per 17 gens classificats en dues classes diferents; CHUP1, capaç d'unir actina i implicat en la distribució espacial dels cloroplasts en la cèl·lula; KAM1/MUR3, una proteïna que defineix la morfologia del complex de Golgi així com la composició en xiloglucans de la paret cel·lular; NtWLIM1, proteïna que faculta l'aparició d'estructures aovillades d'actina, i ERD10, que participa en l'associació entre orgànuls delimitats per membranes i els microfilaments i que sembla tenir un paper especialment rellevant en presència de l'extres.

Contracció muscular

Article principal: Contracció muscular
Estructura del sarcòmer, estructura morfològica i funcional del múscul esquelètic de la qual forma part l'actina.

En el múscul, el filament helicoïdal de l'actina F conté també una molècula de tropomiosina, una proteïna d'una longitud de 40 nanòmetres que s'enrotlla al voltant de l'hèlix d'actina F. Durant l'estat de repòs cel·lular, la tropomiosina recobreix els llocs actius de l'actina de manera que no s'aconsegueix la interacció actina-miosina (aquesta interacció dóna lloc a un lliscament entre tots dos que, per coordinació de moltes còpies d'aquests elements disposats en els músculs, produeix la seva contracció). Unides al llarg del bri de tropomiosina hi ha altres molècules proteiques, les troponines, complexos de tres polímers: troponina I, troponina T i troponina C.[29] La funció moduladora de la tropomiosina depèn de la interacció amb la troponina en presència d'ions de Ca2+.[68]

L'actina, juntament amb la miosina, intervé en la contracció i relaxació dels músculs, constituint les dues al voltant del 90% de les proteïnes musculars.72 El procés global es dispara mitjançant un senyal extern, típicament mitjançant un potencial d'acció excitador del múscul que alberga les cèl·lules especialitzades riques en filaments d'actina i miosina en el seu interior. El cicle de contracció-relaxació respon als següents passos:[69]

  • Despolarització del sarcolema i transmissió del potencial d'acció a través dels túbuls T.
  • Obertura de canals de Ca2+ del reticle sarcoplásmico.
  • Augment de la concentració citosòlica de Ca2+ i interacció d'aquests cations amb la troponina causant una modificació en la seva conformació, que altera al seu torn l'estructura de la tropomiosina, que recobreix el lloc actiu de l'actina, permetent l'establiment dels enllaços creuats miosina-actina (aquesta última present com filaments prims).[29]
  • Moviment dels caps de miosina sobre els filaments prims, tant de forma independent com a depenent d'ATP. Aquest últim mecanisme, intervingut per l'activitat ATPasa dels caps de miosina, provoca el moviment dels filaments d'actina cap al disc Z.
  • Captura del Ca2+ per part del reticle sarcoplàsmic, que provoca un nou canvi conformacional en la tropomiosina que inhibeix la interacció actina-miosina.[70]

Altres processos biològics

L'estudi clàssic de la funció de l'actina la circumscriu al manteniment del citoesquelet i, per això, a l'organització i moviment dels orgànuls i determinació de la forma cel·lular.[62] Tanmateix, el paper de l'actina és bastant més ampli en la fisiologia cel·lular eucariota; més encara, existeixen elements semblants en procariotes.

  • Citocinesi: En les cèl·lules animals i de llevats, la divisió cel·lular sol comportar la separació de la cèl·lula mare en dues cèl·lules filles mitjançant la constricció de la seva zona equatorial. En aquest procés intervé un anell contràctil d'actina, miosina i α actinina.[71] En el llevat de fissió Schizosaccharomyces pombe, l'actina s'ensambla activament en l'anell contràctil amb la participació d'Arp3, la formina Cdc12, profilina i WASP, si bé intervenen també microfilaments preformats. Un cop constituït l'anell, l'estructura es manté en un continu ensamblat/desencadellat que, amb l'ajuda del complex Arp2/3 i de les formines, esdevé un procés central de la citocinesi.[72] El conjunt d'anell contràctil, microtúbuls del fus acromàtic i el material dens perifèric s'anomena «cos de Fleming» o «cos intermedi».[62]
  • Apoptosi: Durant la mort cel·lular programada, la família de proteases anomenades ICE/ced-3 (de la família de les proteases conversores de interleuquina-1β) degraden in vivo l'actina en dos fragments de 15 kDa i 31 kDa, el que suposa un dels mecanismes de destrucció de la viabilitat cel·lular en què es basa l'apoptosi.[73] També s'ha citat aquesta destrucció mitjançant la proteasa calpaína;[74] tant és així, que l'ús d'inhibidors de la calpaína disminueix la proteòlisi de l'actina i, fins i tot, la degradació de l'ADN (un altre dels elements característics de l'apoptosi)[75] d'altra banda, la inducció del procés d'apoptosi mitjançant un estrès passa per la reorganització del citoesquelet d'actina (el que implica també la seva polimerització), donant lloc a les estructures denominades fibres d'estrès; aquest fet està senyalitzat mitjançant la via de les MAP kinases.[76]
Esquema d'una zonula occludens o unió estreta, un tipus d'estructura d'unió cel·lular que cohesiona els epitelis. L'actina es un dels elements dels ancoratges mostrats en verd.
  • Adhesió cel·lular i desenvolupament: L'adhesió entre cèl·lules és una característica dels organismes pluricel·lulars que sustenta la capacitat d'especialització [[teixit (biologia)|tissular] i, per això, l'augment de la complexitat d'aquells. Les unions cel·lulars dels epitelis empren el citosquelet d'actina, dins de cada cèl·lula, i les cadherines, com a elements extracel·lulars, amb una connexió entre ambdues intervinguda per catenines.[77] La interrupció de la dinàmica de actines repercuteix en el desenvolupament dels organismes; de fet, l'actina és un element tan crucial que, generalment, es disposa de sistemes de gens redundants. Per exemple, els exemplars de Dictyostelium els quals se'ls havia privat del gen de l'α actinina o del factor gelificant no mostraven un fenotip anòmal possiblement pel fet que una de les proteïnes podia realitzar la funció de l'altra, en canvi, en els dobles mutants, mancats d'ambdues, el desenvolupament es va veure alterat.[78]
  • Modulació de l'expressió gènica: L'estat de polimerització d'actina influeix en la pauta d'expressió gènica. L'any 1997, en treballs emprant cèl·lules de Schwann es va detectar que la despolimerització intervinguda per citocalasina D provocava una pauta d'expressió peculiar dels gens implicats en la mielinització d'aquest tipus de cèl·lules nervioses.[79] En quan als organismes unicel·lulars, en alguna de les seves fases vitals s'ha demostrat que l'actina F també modifica el transcriptoma en el fong Candida albicans.[80] A més, proteïnes semblants a l'actina exerceixen un paper regulador durant l'espermatogènesi al ratolí[81] i, en llevats, s'ha proposat un paper de proteïnes semblants a actina en la modulació epigenètica.[82] De fet, l'actina és capaç, juntament amb un tipus de miosina nuclear d'interactuar amb ARN polimerases i altres enzims de la maquinària transcripcional, d'actuar com a iniciador de la transcripció.[58]
  • Dinàmica d'estereocilis: Alguns tipus de cèl·lules desenvolupen en la seva superfície unes fines evaginaciones filiformes amb funció mecanosensorial denominades estereocilios. Per exemple, aquests orgànuls són els implicats en el sentit de l'oïda en l'òrgan de Corti. Com a característica principal, aquestes estructures tenen una longitud que pot modificar-se.[83] Quant a la seva arquitectura molecular, els estereocilis posseeixen un nucli paracristal·lí d'actina en equilibri dinàmic amb els monòmers presents en el citosol adjacent. Al llarg d'aquest nucli es disposen miosines dels tipus VI i VIIa, mentre que la miosina XVa ho està en els seus extrems i en quantitats proporcionals a la longitud de l'estereocili.[84]

Patologia molecular

En la majoria dels mamífers existeixen sis gens diferents d'actina. Dos d'ells estan relacionats amb el citosquelet (ACTB i ACTG1) mentre que les quatre restants ho estan amb el múscul esquelètic (ACTA1), múscul llis (acta2), múscul llis entèric (ACTG2) i amb el múscul cardíac (ACTC1). Les mutacions que afecten a aquests gens eren desconegudes fins el 1998, i s'ha vist que produeixen miopaties, variacions en la grandària i la funció cardíaca i sordesa. Així mateix, l'actina del citoesquelet està implicada en el mecanisme de patogenicitat de múltiples agents infecciosos, incloent el VIH. La immensa majoria de les mutacions que afecten a l'actina són de tipus puntual i tenen un efecte dominant, excepte almenys sis mutacions de miopatia nemalínica. Això és a causa que en molts casos la varietat mutant del monòmer d'actina actua fent de "capping", és a dir, com terminador de l'elongació de l'actina F.[24]

Relacionada amb ACTA1

L'ACTA1 és el gen que codifica la isoforma α de l'actina humana present principalment en el múscul esquelètic, encara que també s'expressa en el múscul cardíac i en la glàndula tiroides.[85] La seva seqüència consta de set exons, que produeixen cinc transcrits coneguts.[86] El 2006, l'ENMC (European Neuromuscular Centre) havia publicat 116 mutacions relacionades amb patologies, conegudes com actinopatíes. La major part d'elles consisteixen en substitucions puntuals d'aminoàcids, que en molts casos poden ser associades amb el fenotip que determina la severitat i el curs de l'afecció.[24][86]

Bastons nemalínics gegants produïts mitjançant la transfecció amb una seqüència d'ACTA1 portadora d'una mutació responsable de la miopatía nemalínica.[87]

Referències

  1. ↑ Holmes, K.C.; Popp, D. & Gebhard, W. et al. (1990), "Atomic model of the actin filament", Nature 347 (6288): 44–49, doi:10.1038/347044a0, <http://www.nature.com/nature/journal/v347/n6288/abs/347044a0.html>
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Marc Maillet Biología celular(castellà). Publicado por Elsevier España, 2002; pág 132. ISBN 84-458-1105-3
  3. ↑ 3,0 3,1 Alberts et al. Biología molecular de la célula. Barcelona: Omega, 2004. ISBN 84-282-1351-8. 
  4. ↑ Halliburton, W.D. «On muscle plasma». J. Physio., 8,  1887.
  5. ↑ Szent-Gyorgyi, A. (1945) Studies on muscle. Acta Physiol Scandinav 9 (suplement. 25)
  6. ↑ Straub, F.B. y Feuer, G. «Adenosinetriphosphate the functional group of actin.». Biochim.Biophys. Acta.,  1950. PMID 2673365.
  7. ↑ Bárány, M., Barron, J.T., Gu, L., y Bárány, K. «Exchange of the actin-bound nucleotide in intact arterial smooth muscle». J. Biol. Chem., 276, 51,  2001. PMID 11602582.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 Elzinga, M.; Collins, J.H. & Kuehl, W.M. et al. (1973), "Complete amino-acid sequence of actin of rabbit skeletal muscle", Proceedings of the National Academy of Sciences 70 (9): 2687–2691, <http://www.pnas.org/cgi/reprint/70/9/2687.pdf>. Consulta: 29 juny 2009
  9. ↑ 9,0 9,1 Kabsch W, Mannherz HG, Suck D, Pai EF, Holmes KC. «Atomic structure of the actin:DNase I complex.». Nature, 347, 6288,  1990. PMID 2395459.
  10. ↑ Holmes KC, Popp D, Gebhard W, Kabsch W «Atomic model of the actin filament». Nature, 347, 6288,  1990. PMID 2395461.
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 Domínguez, R; Otterbein LR, Graceffa P «The crystal structure of uncomplexed actin in the ADP state» (en (anglès)). , 293, 5530, juliol 2001, pàg. 708-11. 11474115.
  12. ↑ Oriol, C; Dubord, C y Landon, F «Crystallization of native striated-muscle actin» (en (anglès)). FEBS Lett., 73, 1, enero 1977, pàg. 89-91. 320040.
  13. ↑ Sawaya MR, Kudryashov DS, Pashkov I, Adisetiyo H, Reisler E, Yeates TO. «Multiple crystal structures of actin dimers and their implications for interactions in the actin filament». Acta Crystallogr D Biol Crystallogr.,  2008. PMID 18391412.
  14. ↑ Narita; Takeda S, Yamashita A, Maéda Y. «Structural basis of actin filament capping at the barbed-end: a cryo-electron microscopy study» (PDF) (en (anglès)). Embo J, 25, 23, novembre 2006, pàg. 5626-33 [Consulta: 27 juny 2009].
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 15,3 15,4 Toshiro Oda, Mitsusada Iwasa, Tomoki Aihara, Yuichiro Maéda y Akihiro Narita (2009): The nature of the globular- to fibrous-actin transition. Nature 457, 441-445 (22 January 2009) | doi:10.1038/nature07685
  16. ↑ Ponte, P.; Gunning, P. & Blau, H. et al. (1983), "Human actin genes are single copy for alpha-skeletal and alpha-cardiac actin but multicopy for β- and γ-cytoskeletal genes: 3' untranslated regions are isotype specific but are conserved in evolution", Molecular and Cellular Biology 3 (10): 1783–1791, <http://mcb.asm.org/cgi/content/abstract/3/10/1783>
  17. ↑ 17,0 17,1 17,2 17,3 Lodish et al.. Biología celular y molecular. Buenos Aires: Médica Panamericana, 2005. ISBN 950-06-1374-3. 
  18. ↑ Futoshi Hara, Kan Yamashiro, Naoki Nemoto, Yoshinori Ohta, Shin-ichi Yokobori, Takuo Yasunaga, Shin-ichi Hisanaga, and Akihiko Yamagishi. (2007): An Actin Homolog of the Archaeon Thermoplasma acidophilum That Retains the Ancient Characteristics of Eukaryotic Actin. Journal of Bacteriology, p. 2039-2045, Vol. 189, No. 5 doi:10.1128/JB.01454-06
  19. ↑ 19,0 19,1 Graceffa, Philip & Dominguez, Roberto (2003), "Crystal Structure of Monomeric Actin in the ATP State: STRUCTURAL BASIS OF NUCLEOTIDE-DEPENDENT ACTIN DYNAMICS", Journal of Biological Chemistry 278 (36): 34172–34180, doi:10.1074/jbc.M303689200, <http://www.jbc.org/cgi/content/full/278/36/34172>
  20. ↑ Reisler, E. (1993), "Actin molecular structure and function", Curr Opin Cell Biol 5 (1): 41–7, doi:10.1016/S0955-0674(05)80006-7, <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8448029>
  21. ↑ «NCBI Conserved Domains: ATP binding site» (en inglés). [Consulta: 26 diciembre].
  22. ↑ Error de citació: Etiqueta <ref> no vàlida; no s'ha proporcionat text per les refs nomenades Elzinga2
  23. ↑ Elzinga; Collins JH, Kuehl WM, Adelstein RS. «Complete amino-acid sequence of actin of rabbit skeletal muscle» (PDF) (en inglés). Proc Natl Acad Sci U S A., 70, 9, septiembre 1973.
  24. ↑ 24,0 24,1 24,2 24,3 24,4 24,5 Cristóbal G. Dos Remedios, Deepak Chhabra. Actin-binding Proteins and Disease. Springer, 2008. ISBN 0-387-71747-1.  Veure en Google books
  25. ↑ Rould; Wan Q, Joel PB, Lowey S, Trybus KM. «Crystal structures of expressed non-polymerizable monomeric actin in the ADP and ATP states». J Biol chem, 281, 42, octubre 2006. 10.1074/jbc.M601973200.
  26. ↑ Devlin, Thomas M. «23». A: Bioquímica: Libro de texto con aplicaciones clínicas. 4. Reverte, 2004, p. 1021. .
  27. ↑ 27,0 27,1 27,2 Egelman; Reisler, E «Actin structure and function: what we still do not understand». J Biol Chem, 282, 50, diciembre 2007. 10.1074/jbc.R700030200.
  28. ↑ DA Begg, R Rodewald y LI Rebhun (1978): The visualization of actin filament polarity in thin sections. Evidence for the uniform polarity of membrane-associated filaments. The Journal of Cell Biology, Vol 79, 846-852.
  29. ↑ 29,0 29,1 29,2 Arthur C. Guyton, John E. Hall Tratado de fisiología médica (en español). Publicado por Elsevier España, 2007; pág 76. ISBN 84-8174-926-5
  30. ↑ 30,0 30,1 Simons, CT; Staes A, Rommelaere H, Ampe C, Lewis SA, Cowan NJ «Selective contribution of eukaryotic prefoldin subunits to actin and tubulin binding» (en inglés). J Biol Chem., 279, 6, febrero 2004, pàg. 4196-203. 10.1074/jbc.M30605320014634002.
  31. ↑ Martín-Benito; Boskovic J, Gómez-Puertas P, Carrascosa JL, Simons CT, Lewis SA, Bartolini F, Cowan NJ, Valpuesta JM. «Structure of eukaryotic prefoldin and of its complexes with unfolded actin and the cytosolic chaperonin CCT» (en inglés). EMBO J, 21, 23, diciembre 2002, pàg. 6377-86. 10.1093/emboj/cdf64012456645.
  32. ↑ Error de citació: Etiqueta <ref> no vàlida; no s'ha proporcionat text per les refs nomenades Vandamme
  33. ↑ 33,0 33,1 Brackley; Grantham J «Activities of the chaperonin containing TCP-1 (CCT): implications for cell cycle progression and cytoskeletal organisation» (en inglés). Cell Stress Chaperones, 14, 1, enero 2009, pàg. 23-31. 10.1007/s12192-008-0057-x18595008.
  34. ↑ 34,0 34,1 Stirling, PC; Cuéllar J, Alfaro GA, El Khadali F, Beh CT, Valpuesta JM, Melki R, Leroux MR «PhLP3 modulates CCT-mediated actin and tubulin folding via ternary complexes with substrates» (en inglés). J Biol Chem, 281, 11, marzo 2006, pàg. 7012-21. 10.1074/jbc.M51323520016415341.
  35. ↑ Hansen, WJ; Cowan NJ, Welch WJ. «Prefoldin-nascent chain complexes in the folding of cytoskeletal proteins» (en inglés). J Cell Biol., 145, abril 1999, pàg. 2. 10209023.
  36. ↑ Neirynck; Waterschoot D, Vandekerckhove J, Ampe C, Rommelaere H «Actin interacts with CCT via discrete binding sites: a binding transition-release model for CCT-mediated actin folding». J Mol Biol., 355, 1, enero 2006, pàg. 124-38. 16300788.
  37. ↑ 37,0 37,1 37,2 Vavylonis, D; Yang Q, O'Shaughnessy B. «Actin polymerization kinetics, cap structure, and fluctuations» (en inglés). Proc Natl Acad Sci U S A., 102, 24, pàg. 8543-8. 10.1073/pnas.050143510215939882.
  38. ↑ Kawamura, M. & Maruyama, K. (1970), "Electron Microscopic Particle Length of F-Actin Polymerized in Vitro", Journal of Biochemistry 67 (3): 437, <http://jb.oxfordjournals.org/cgi/content/abstract/67/3/437>
  39. ↑ Cooper, Geoffrey M.; Robert E. Hausman. «Chapter 12: The Cytoskeleton and Cell Movement». A: The cell: a molecular approach. ASM Press, Washington, 2007. 
  40. ↑ Kirschner, M.W. (1980), "Implications of treadmilling for the stability and polarity of actin and tubulin polymers in vivo", The Journal of Cell Biology 86 (1): 330–334, <http://www.jcb.org/cgi/reprint/86/1/330.pdf>
  41. ↑ Lewin, Benjamin. Cells. Jones & Bartlett Publishers, 2006. 
  42. ↑ THE STRUCTURE OF CRYSTALLINE PROFILIN-BETA-ACTIN Protein Data Bank
  43. ↑ Domínguez, R «Actin-binding proteins--a unifying hypothesis.». , 29, 11, noviembre 2004, pàg. 572-8. 15501675.
  44. ↑ The control of actin nucleotide exchange by thymosin β 4 and profilin. A potential regulatory mechanism for actin polymerization in cells, <http://www.molbiolcell.org/cgi/content/abstract/3/9/1015>
  45. ↑ Witke, W., Podtelejnikov, A., Di Nardo, A., Sutherland, J., Gurniak, C., Dotti, C., and M. Mann (1998) In Mouse Brain Profilin I and Profilin II Associate With Regulators of the Endocytic Pathway and Actin Assembly. The EMBO Journal 17(4): 967-976 Entrez PubMed 9463375
  46. ↑ Carlsson L, Nyström LE, Sundkvist I, Markey F, Lindberg U. (1977) Actin polymerizability is influenced by profilin, a low molecular weight protein in non-muscle cells. J. Mol. Biol. 115:465-483 Entrez PubMed 563468
  47. ↑ Kiselar, J., Janmey, P., Almo, S., Chance, M. «Visualizing the Ca2+-dependent activation of gelsolin by using synchrotron footprinting». PNAS, 100, 2003, pàg. 3942–3947. DOI: 10.1073/pnas.0736004100. PMID: 12655044.
  48. ↑ Gelsolin and ADF/cofilin enhance the actin dynamics of motile cells, doi:10.1073/pnas.97.13.6936, <http://www.pnas.org/cgi/content/full/pnas;97/13/6936>
  49. ↑ Effects of CapZ, an actin-capping protein of muscle, on the polymerization of actin, doi:10.1021/bi00447a036, <http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/bi00447a036>
  50. ↑ Tropomodulin caps the pointed ends of actin filaments, doi:10.1083/jcb.127.6.1627, <http://www.jcb.org/cgi/reprint/127/6/1627.pdf>
  51. ↑ Robinson RC, Turbedsky K, Kaiser DA, Marchand JB, Higgs HN, Choe S, Pollard TD. (2001) Crystal structure of Arp2/3 complex (en inglés). Science 294(5547):1679-84.
  52. ↑ Mullins, R. D. «Structure and function of the Arp2/3 complex». Current Opinion in Structural Biology. Elsevier, 9, Abril 1999, pàg. 244–249. DOI: 10.1016/S0959-440X(99)80034-7.
  53. ↑ Laura M Machesky «The Arp2/3 complex: a multifunctional actin organizer». Current Opinion in Cell Biology, 11, Febrer 1999, pàg. 117-121. DOI: doi:10.1016/S0955-0674(99)80014-3.
  54. ↑ Latrunculin alters the actin-monomer subunit interface to prevent polymerization, doi:10.1038/35014075, <http://www.era.lib.ed.ac.uk/retrieve/1796/Mclaughlin.pdf>
  55. ↑ 55,0 55,1 Effects of cytochalasin and phalloidin on actin, doi:10.1083/jcb.105.4.1473, <http://www.jcb.org/cgi/reprint/105/4/1473.pdf>
  56. ↑ Disruption of actin microfilaments by cytochalasin D leads to activation of p53, doi:10.1016/S0014-5793(98)00692-9, <http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0014579398006929>
  57. ↑ Cytochalasin D does not inhibit gravitropism in roots, doi:10.2307/2446614, <http://www.amjbot.org/cgi/reprint/84/11/1530.pdf>
  58. ↑ 58,0 58,1 Actin and myosin as transcription factors, doi:10.1016/j.gde.2006.02.001, <http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0959437X06000232>
  59. ↑ Phospholipase D activity is essential for actin localization and actin-based motility in Dictyostelium, doi:10.1042/BJ20050085, <http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1184553>
  60. ↑ Eckert Fisiología animal. 4ª. ISBN 84-486-0200-5. 
  61. ↑ Pujol-Moix. Trombocitopenias (en castellà). 2da. Elsevier, Espanya, 2001, p. 25. ISBN 8481745952. 
  62. ↑ 62,0 62,1 62,2 Paniagua, R.; Nistal, M.; Sesma, P.; Álvarez-Uría, M.; Fraile, B.; Anadón, R. y José Sáez, F.. Citología e histología vegetal y animal. McGraw-Hill Interamericana de España, S.A.U., 2002. ISBN 84-486-0436-9. 
  63. ↑ 63,0 63,1 The Yeast Actin Cytoskeleton: from Cellular Function to Biochemical Mechanism, doi:10.1128/MMBR.00013-06, <http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1594590>
  64. ↑ Isovariant Dynamics Expand and Buffer the Responses of Complex Systems: The Diverse Plant Actin Gene Family, <http://www.plantcell.org/cgi/content/full/11/6/995>
  65. ↑ Entrada PDBe per a 1unc. EBI.
  66. ↑ 66,0 66,1 Actin microfilament dynamics and actin side-binding proteins in plants, doi:10.1016/j.pbi.2007.08.012, <http://lmbiologia.campusnet.unito.it/didattica/att/a29a.1275.file.pdf>
  67. ↑ AtFim1 is an actin filament crosslinking protein from Arabidopsis thaliana, DOI 10.1046/j.1365-313x.2000.00907.x
  68. ↑ Antoni Bayés de Luna, VV Staff, José López-Sendón, Fause Attie, Eduardo Alegría Ezquerra Cardiología Clínica (en español). Publicat per Elsevier Espanya, 2002; pàg 19. ISBN 84-458-1179-7
  69. ↑ Randall, D.; Burggren, W. et French, K.. Eckert Fisiología animal. 4ª. ISBN 84-486-0200-5. 
  70. ↑ Error de citació: Etiqueta <ref> no vàlida; no s'ha proporcionat text per les refs nomenades bioq
  71. ↑ Alpha-actinin localization in the cleavage furrow during cytokinesis, doi:10.1083/jcb.79.1.268, <http://www.jcb.org/cgi/reprint/79/1/268.pdf>
  72. ↑ Actin dynamics in the contractile ring during cytokinesis in fission yeast, <http://adsabs.harvard.edu/abs/2002Natur.419...82P>
  73. ↑ Actin cleavage by CPP-32/apopain during the development of apoptosis, doi:10.1038/sj.onc.1200919, <http://www.nature.com/onc/journal/v14/n9/abs/1200919a.html>
  74. ↑ Calpain and caspase: can you tell the difference?, doi:10.1016/S0166-2236(99)01479-4, <http://www.mbi.ufl.edu/ctbis/wang/Wang71TINS2000.pdf>
  75. ↑ Calpain inhibitors, but not caspase inhibitors, prevent actin proteolysis and DNA fragmentation during apoptosis, <http://jcs.biologists.org/cgi/reprint/111/6/713.pdf>
  76. ↑ SAPK2/p38-dependent F-Actin Reorganization Regulates Early Membrane Blebbing during Stress-induced Apoptosis, <http://www.jcb.org/cgi/content/full/143/5/1361>
  77. ↑ Quantitative analysis of cadherin-catenin-actin reorganization during development of cell-cell adhesion, doi:10.1083/jcb.135.6.1899, <http://www.jcb.org/cgi/reprint/135/6/1899.pdf>
  78. ↑ Redundancy in the microfilament system: abnormal development of Dictyostelium cells lacking two F-actin cross-linking proteins, <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1732064>
  79. ↑ Actin Plays a Role in Both Changes in Cell Shape and Gene- Expression Associated with Schwann Cell Myelination, <http://www.jneurosci.org/cgi/content/full/17/1/241>
  80. ↑ Role of Actin Cytoskeletal Dynamics in Activation of the Cyclic AMP Pathway and HWP1 Gene Expression in Candida albicans, doi:10.1128/EC.00188-07, <http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=2043390>
  81. ↑ Novel Actin-Like Proteins T-ACTIN 1 and T-ACTIN 2 Are Differentially Expressed in the Cytoplasm and Nucleus of Mouse Haploid Germ Cells, doi:10.1095/biolreprod.103.015867, <http://www.biolreprod.org/cgi/reprint/69/2/475.pdf>
  82. ↑ Epigenetic effects on yeast transcription caused by mutations in an actin-related protein present in the nucleus, doi:10.1101/gad.10.5.604, <http://www.genesdev.org/cgi/reprint/10/5/604.pdf>
  83. ↑ Dynamic length regulation of sensory stereocilia, <http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1084952108000451>
  84. ↑ An actin molecular treadmill and myosins maintain stereocilia functional architecture and self-, <http://jcb.rupress.org/cgi/content/full/164/6/887>
  85. ↑ Su AI, Wiltshire T, Batalov S, Lapp H, Ching KA, Block D, Zhang J, Soden R, Hayakawa M, Kreiman G, Cooke MP, Walker JR, Hogenesch JB «A gene atlas of the mouse and human protein-encoding transcriptomes». Proc Natl Acad Sci U S A., 101, 2004. PMID 15075390.
  86. ↑ 86,0 86,1 «Uniprot ACTA1» (en anglès).
  87. ↑ Error de citació: Etiqueta <ref> no vàlida; no s'ha proporcionat text per les refs nomenades Bathe

Enllaços externs

Plantilla:Link FA

Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Actina&oldid=10700551»