Complejo Arp2 / 3 - Arp2/3 complex

Estructura atómica del complejo Arp2 / 3 bovino ( código PDB : 1k8k). Codificación de colores para subunidades: Arp3, naranja; Arp2, marino (subunidades 1 y 2 no resueltas y, por lo tanto, no se muestran); p40, verde; p34, azul hielo; p20, azul oscuro; p21, magenta; p16, amarillo.

Arp2 / 3 complejo ( A CTIN R elated P rotein 2/3 complejo) es una de siete subunidad de proteína compleja que juega un papel importante en la regulación de la actina del citoesqueleto . Es un componente principal del citoesqueleto de actina y se encuentra en la mayoría de las células eucariotas que contienen citoesqueleto de actina . Dos de sus subunidades, el A ctin- R elated Proteínas ARP2 y ARP3, se asemejan mucho a la estructura de la actina monomérica y sirven como sitios de nucleación para nuevos filamentos de actina. El complejo se une a los lados de los filamentos existentes ("madre") e inicia el crecimiento de un filamento nuevo ("hijo") en un ángulo distintivo de 70 grados con respecto a la madre. Las redes de actina ramificadas se crean como resultado de esta nucleación de nuevos filamentos. La regulación de los reordenamientos del citoesqueleto de actina es importante para procesos como la locomoción celular, la fagocitosis y la motilidad intracelular de las vesículas lipídicas .

El complejo Arp2 / 3 recibió su nombre por haber sido identificado en 1994 mediante cromatografía de afinidad de Acanthamoeba castellanii , aunque se había aislado previamente en 1989 en una búsqueda de proteínas que se unieran a los filamentos de actina en embriones de Drosophila melanogaster . Se encuentra en la mayoría de los organismos eucariotas , pero está ausente en varios cromalveolatos y plantas .

Mecanismos de polimerización de actina por Arp2 / 3

Modelo de ramificación lateral del complejo Arp2 / 3. El complejo Arp2 / 3 activado se une al lado de un filamento de actina "madre". Tanto Arp2 como Arp3 forman las dos primeras subunidades del nuevo filamento "secundario".
Modelo de ramificación de extremos de púas del complejo Arp2 / 3. La Arp2 / 3 activada compite con las proteínas protectoras para unirse al extremo con púas de un filamento de actina. Arp2 permanece unido al filamento madre, mientras que Arp3 está afuera. Las dos subunidades de Arp forman las primeras subunidades de cada rama y las dos ramas continúan creciendo mediante la adición de G-actina a cada Arp

Muchas moléculas relacionadas con la actina crean un extremo con púas libre para la polimerización destapando o cortando filamentos preexistentes y usándolos como núcleos de nucleación de actina . Sin embargo, el complejo Arp2 / 3 estimula la polimerización de actina creando un nuevo núcleo de nucleación. La nucleación de actina es un paso inicial en la formación de un filamento de actina. La actividad del núcleo de nucleación de Arp2 / 3 es activada por factores promotores de nucleación (NPF) que incluyen miembros de la proteína de la familia del síndrome de Wiskott-Aldrich ( proteínas WASP, N-WASP, WAVE y WASH). El dominio V de una proteína WASP interactúa con los monómeros de actina mientras que la región CA se asocia con el complejo Arp2 / 3 para crear un núcleo de nucleación. Sin embargo, la nucleación de novo seguida de polimerización no es suficiente para formar redes de actina integradas, ya que estos polímeros recién sintetizados no estarían asociados con filamentos preexistentes. Por lo tanto, el complejo Arp2 / 3 se une a filamentos preexistentes para que los nuevos filamentos puedan crecer sobre los viejos y formar un citoesqueleto de actina funcional. Las proteínas de recubrimiento limitan la polimerización de actina a la región activada por el complejo Arp2 / 3, y los extremos alargados del filamento se vuelven a tapar para evitar la despolimerización y así conservar el filamento de actina.

El complejo Arp2 / 3 controla simultáneamente la nucleación de la polimerización de actina y la ramificación de filamentos. Además, se observa autocatálisis durante la polimerización de actina mediada por Arp2 / 3. En este proceso, los filamentos recién formados activan otros complejos Arp2 / 3, facilitando la formación de filamentos ramificados.

Se ha cuestionado el mecanismo de iniciación del filamento de actina por Arp2 / 3. La pregunta es dónde el complejo une el filamento y nuclea un filamento "hijo". Históricamente se han propuesto dos modelos. Los resultados recientes favorecen el modelo de ramificación lateral, en el que el complejo Arp2 / 3 se une al lado de un filamento preexistente ("madre") en un punto diferente del sitio de nucleación. Aunque el campo carece de una estructura cristalina de alta resolución, los datos de microscopía electrónica, junto con los datos bioquímicos sobre la nucleación de filamentos y los mecanismos de recubrimiento del complejo Arp2 / 3 , favorecen la ramificación lateral. En el modelo alternativo de ramificación de extremos con púas, Arp2 / 3 solo se asocia en el extremo con púas de los filamentos en crecimiento, lo que permite el alargamiento del filamento original y la formación de un filamento ramificado, un modelo basado en análisis cinético y microscopía óptica.

El acoplamiento informático reciente, confirmado de forma independiente por los datos de EM, favorece un modelo de ramificación lateral. ARPC2 y ARPC4 juntos forman un área que une la base de la rama al lado de un filamento madre. Se producen grandes cambios conformacionales en la unión de nucleótidos y WASP.

Usos celulares de Arp2 / 3

El complejo Arp2 / 3 parece ser importante en una variedad de funciones celulares especializadas que involucran al citoesqueleto de actina. El complejo se encuentra en regiones celulares caracterizadas por una actividad dinámica de filamentos de actina: en copas macropinocíticas, en el borde de ataque de las células móviles ( lamelipodios ) y en parches móviles de actina en levaduras . En los mamíferos y la ameba social Dictyostelium discoideum es necesaria para la fagocitosis . También se ha demostrado que el complejo participa en el establecimiento de la polaridad celular y la migración de monocapas de fibroblastos en un modelo de cicatrización de heridas. En los ovocitos de mamíferos, el complejo Arp2 / 3 está involucrado en la división asimétrica de los ovocitos y la emisión del cuerpo polar, que resultan de la falla de la migración del huso (una característica única de la división de los ovocitos) y la citocinesis. Además, organismos enteropatógenos como Listeria monocytogenes y Shigella utilizan el complejo Arp2 / 3 para movimientos de cohetes dependientes de la polimerización de actina. El complejo Arp2 / 3 también regula la motilidad intracelular de endosomas , lisosomas , vesículas pinocíticas y mitocondrias . Además, estudios recientes muestran que el complejo Arp2 / 3 es esencial para la expansión adecuada de las células polares en las plantas . Las mutaciones de Arp2 / 3 en Arabidopsis thaliana dan como resultado una organización anormal de los filamentos, que a su vez afecta la expansión de los tricomas , las células del pavimento , las células del hipocótilo y las células ciliadas de la raíz . La inhibición química o la mutación genética del complejo Chlamydomonas reinhardtii Arp2 / 3 disminuye la longitud de los flagelos .

Subunidades

El complejo Arp2 / 3 se compone de siete subunidades: Arp2 / ACTR2 , Arp3 / ACTR3 , p41 / ARPC1A & B / Arc40 / Sop2 / p40, p34 / ARPC2 / ARC35 / p35, p21 / ARPC3 / ARC18 / p19, p20 / ARPC4 / ARC19 / p18, p16 / ARPC5 / ARC15 / p14. Las subunidades Arp2 y Arp3 se parecen mucho a la actina monomérica, lo que permite un dímero similar a la actina termodinámicamente estable. Se ha propuesto que p41 interaccione con factores promotores de nucleación (NPF) porque solo se sabe que tiene contactos menores con el filamento madre y hay una pérdida importante de eficiencia de nucleación en ausencia de p41. p34 y p20 se dimerizan para formar una columna vertebral estructural que media la interacción con el filamento madre. p21 forma un puente entre Arp3 y el filamento madre, aumentando la eficiencia de nucleación. p16 une a Arp2 al resto del complejo.

Referencias

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