Remodelación de actina - Actin remodeling
La remodelación de la actina es el proceso bioquímico que permite las alteraciones dinámicas de la organización celular . La remodelación de los filamentos de actina ocurre en un patrón cíclico en las superficies celulares y existe como un aspecto fundamental para la vida celular. Durante el proceso de remodelación, los monómeros de actina se polimerizan en respuesta a las cascadas de señalización que surgen de las señales ambientales. Las vías de señalización de la célula hacen que la actina afecte la organización intracelular del citoesqueleto y, en consecuencia, a menudo, la membrana celular . Nuevamente provocados por las condiciones ambientales, los filamentos de actina se vuelven a descomponer en monómeros y el ciclo se completa. Las proteínas de unión a actina (ABP) ayudan en la transformación de los filamentos de actina a lo largo del proceso de remodelación de la actina. Estas proteínas explican la estructura diversa y los cambios en la forma de las células eucariotas . A pesar de su complejidad, la remodelación de actina puede resultar en una reorganización citoesquelética completa en menos de un minuto.
Composición estructural de la actina
La actina sigue siendo una de las proteínas más abundantes en todo Eukarya y es una enzima ( ATPasa ) que hidroliza gradualmente el ATP. Existe en dos formas dentro de las células eucariotas: globular o G-actina y filamento / filamentoso o F-actina. La actina globular es la forma monomérica de la proteína, mientras que la actina filamentosa es un polímero lineal de subunidades globulares. El ensamblaje de actina filamentosa surge como resultado de interacciones débiles no covalentes entre actina G y aparece en la disposición de un polímero helicoidal asimétrico de dos hebras.
La naturaleza asimétrica de la F-actina permite distintas especificidades de unión en cada extremo. El término que presenta una subunidad de actina con un sitio de unión de ATP expuesto se denomina comúnmente "extremo (-)". Mientras que, el extremo opuesto del polímero que presenta una hendidura y carece de un sitio de unión de ATP libre se denomina "extremo (+)". Además, los extremos respectivos del microfilamento de actina a menudo se especifican por su apariencia bajo microscopía electrónica de transmisión durante una técnica conocida como "decoración", donde la adición de miosina da como resultado una unión distintiva de actina-miosina en cada extremo. Los términos "extremo puntiagudo" y "extremo con púas" se refieren al "extremo (-)" y "extremo (+)" respectivamente.
Dentro de la célula, las concentraciones de actina G y actina F fluctúan continuamente. El montaje y desmontaje de F-actina se conoce habitualmente como "fresado de la banda de rodadura de actina". En este proceso, las subunidades de G-actina se agregan principalmente al "extremo con púas" del polímero filamentoso. Este extremo demuestra ser más termodinámicamente favorecido para la adición de G-actina y también cinéticamente dinámico. Simultáneamente, los monómeros de actina G más antiguos se "caen" del extremo puntiagudo del microfilamento. En el "extremo puntiagudo" del polímero de F-actina, los monómeros de actina se unen al ADP , que se disocia más fácil y rápidamente que la actina unida a ATP, que se encuentra en el "extremo con púas" del polímero. Por tanto, en entornos con altas concentraciones de subunidades de actina libre, el crecimiento filamentoso en el "extremo con púas" sigue siendo mayor que el del "extremo puntiagudo". Este "fresado" existe esencialmente como una explicación simplificada del proceso de remodelación de la actina.
Ciclo de remodelación de actina
La remodelación de la actina de la superficie celular (cortical) es un proceso cíclico (9 pasos) en el que cada paso responde directamente a un mecanismo de señalización celular . En el transcurso del ciclo, la actina comienza como un monómero, se alarga en un polímero con la ayuda de proteínas de unión a actina unidas y se desmonta nuevamente en un monómero para que el ciclo de remodelación pueda comenzar nuevamente. La función dinámica de la remodelación de la actina está directamente relacionada con la inmensa variabilidad de la forma, estructura y comportamiento de las células.
Iniciación
Consiste en varios posibles mecanismos diferentes que, en última instancia, determinan dónde y cuándo se producirá el alargamiento del filamento de actina. En el mecanismo que implica el destapado del extremo con púas, la polimerización de actina regulada por difusión de las subunidades unidas a las proteínas secuestradoras de monómero de actina controlan la iniciación. Tanto la timosina como la profilina existen como proteínas secuestradoras de monómeros de actina que mantienen la capacidad de limitar la nucleación espontánea , deteniendo así el proceso de remodelación de actina y devolviendo el ciclo a su primer paso. Además, la célula utiliza polifosfoinosítidos para ayudar en la eliminación de todas las proteínas protectoras conocidas del "extremo con púas" .
Posibles mecanismos:
- Nucleación de novo por el complejo Arp2 / 3 , formins y Spire que forma un trímero
- Destapamiento de extremos de púas mediante la eliminación de proteínas de recubrimiento de extremos de púas ( CapZ , Hsp70 , EPS8 )
- Destapamiento del extremo con púas por proteínas de unión a actina que cortan los filamentos de actina
Alargamiento
Facilitado in vivo por promotores de polimerización y proteínas inhibidoras de taponamiento de extremos de púas. La fase de alargamiento comienza cuando la concentración de polímeros de actina F cortos es significativamente mayor que en el equilibrio. En este punto, ambos extremos aceptan la adición de nuevos monómeros (aunque principalmente en el "extremo con púas") y el microfilamento de actina se alarga.
Terminación
Implica la degradación de polifosfoinosítidos y la reactivación de las proteínas de remate del "extremo con púas" Hsp70 y CapZ, reiniciando así el recubrimiento del extremo con púas y disminuyendo en gran medida el alargamiento. A pesar de la presencia de proteínas protectoras activas, ciertos inhibidores como la profilina , las forminas , ENA y VASP promueven el alargamiento. Estos inhibidores pueden funcionar en una variedad de métodos diferentes, sin embargo, la mayoría emplea la inhibición de la despolimerización de subunidades y proteínas de unión a actina despolimerizantes de actina.
Amplificación de ramificación
Consiste en la nucleación de nuevos microfilamentos de actina de los lados existentes de F-actina. La celda emplea el complejo Arp2 / 3 para unirse temporalmente a los polímeros existentes en un ángulo de 70 °. El complejo Arp2 / 3 luego se alarga en una rama filamentosa que resulta esencial para la reorganización intracelular a través de cambios citoesqueléticos. Este cambio en la infraestructura puede alterar la forma y el comportamiento de las células y, a menudo, se utiliza para transportar vesículas , patógenos u otras estructuras relacionadas.
Reticulación de filamentos de actina
Da como resultado la estabilización general de la red de filamentos de actina. La célula utiliza proteínas de reticulación de varios tamaños para lograr diferentes medios de estabilidad dentro de la red de unión. Relativamente pequeño de ABP como scruin, fimbrina , y espin función por solidificación de actina haces de filamentos. ABP más grandes que exhiben cualidades similares a las de una bobina, como la función del filamento en la promoción de la organización ortogonal . En conjunto, la reticulación de actina proporciona un marco para el cual la célula puede transportar intermediarios de señalización necesarios para otros pasos dentro del ciclo de remodelación de actina.
Contracción del filamento de actina y conducción de carga
Representa la capacidad de la red de filamentos de actina para reaccionar a las condiciones ambientales y responder a través de diversas formas de tráfico de vesículas y señales. Más comúnmente, la proteína miosina existe como un "motor" que escolta la "carga" celular a través de la célula. La miosina, principalmente la miosina II , también es esencial para la generación de fuerzas contráctiles entre los filamentos de actina.
Fijación de la membrana a la red de actina
La unión de la red ortogonal de actina a la membrana celular resulta esencial para la locomoción, la forma y la función mecánica de la célula. La naturaleza dinámica de una célula permanece directamente relacionada con la capacidad de la red de filamentos de actina para responder a las fuerzas contráctiles que resultan de las señales ambientales e internas.
Desmontaje del filamento de actina
La inmovilización por interpenetración de filamentos de actina resulta de dos familias distintas de ABP. Se cree que la familia de proteínas de la gelsolina es la más eficaz en la ruptura de los filamentos de actina y se considera una "proteína de corte fuerte". Estas proteínas responden a un aumento de Ca2 + y tapan el "extremo con púas" de la F-actina recientemente cortada. El aumento del nivel de Ca2 + también puede desestabilizar la red de filamentos de actina al interferir con la unión de proteínas de reticulación. La familia de proteínas ADF / Cofilin también sirve para severas redes de filamentos de actina a través del corte débil de las redes de actina. Esta forma de corte débil no tapa herméticamente los "extremos con púas", pero permite la disociación de los monómeros de actina y, por lo tanto, el desensamblaje de la F-actina.
Secuestro de monómeros que previene la nucleación espontánea
Existe como el punto de renovación en el ciclo de remodelación de la actina. Las proteínas timosina y profilina previenen la nucleación espontánea de nuevos trímeros de actina. La ausencia o inhibición de estas proteínas da como resultado la capacidad de la célula para comenzar el ciclo de remodelación de actina y producir F-actina alargada.
Ver también
Referencias
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