Механизм образования актиновых пучков сшивающими белками
• Сшивающие белки соединяют между собой актиновые филаменты, образуя пучки и ортогональную сеть
• Актиновые пучки и разветвленные структуры очень устойчивы к механическим усилиям
• Белки, сшивающие актин, обладают двумя сайтами связывания актиновых филаментов
• Актиновые пучки способствуют образованию стереоцилий и филоподий
• Ортогональные актиновые сети образуют плоские выросты мембраны (ламеллы) и гелеобразные структуры
Для того чтобы актиновые филаменты могли определять форму и подвижность клеток, они должны быть организованы в упорядоченный комплекс более высонеорганизованных структур. В клетке существуют два основных типа актиновых структур — пучки и структурная сеть. Актиновые филаменты в пучках располагаются параллельно, а филаменты в сети переплетены и расположены перпендикулярно (ортогонально) по отношению к друг другу.
Оба типа структур обеспечивают прочность клетки и по мере роста вызывают смещение мембраны вперед. В цитоплазме клетки актиновые структуры могут занимать довольно большие области.
Пучки и структурная сеть образуются при взаимодействии актиновых филаментов с белками, образующими поперечные сшивки. В различных клетках могут экспрессироваться различные сшивающие белки. Эти белки взаимодействуют сразу с двумя актиновыми филаментами и поэтому должны иметь для них два сайта связывания. В некоторых случаях фосфорилирование сшивающих белков блокирует связывание актина и образование структурной сети.
Как показано на рисунке ниже, сшивающие белки можно подразделить на три группы. Некоторые из них принадлежат к семейству, для которого характерно наличие доменов связывания с актином (ABD). Это белки III группы, которая включает фимбрин, а-актинин, спектрин, филамин и АВР120, обладающие ABD (27 кДа), состоящим из двух а-спирализованных доменов, гомологичных кальпонину.
Большинство белков семейства ABD образуют гомо- или гетеродимеры, так что каждая молекула обладает двумя ABD и может сшивать два разных филамента Как показано на рисунке ниже, тип актиновой структуры зависит от геометрической организации и расположения доменов. Например, в фимбриновом мономере два ABD расположены рядом, что позволяет белку образовывать плотно упакованные актиновые пучки, как в микроворсинках. Напротив, в димерах а-актинина, филамина, спектрина и дистрофина ABD разделены протяженными спейсерными участками, и эти белки образуют рыхлые актиновые пучки и структурные сети.
К белкам, сшивающим актиновые филаменты, но отличающимся от ABD белков, относятся фасцин и виллин из групп I и II соответственно. Фасцин организует филаменты в плотно упакованные пучки; эти пучки формируют филоподии, которые присутствуют в конусе роста мигрирующих нейронов. Виллин находится в микроворсинках некоторых эпителиальных клеток. В виллине, так же как и в фимбрине, домены связывания с актином расположены близко друг к другу, и оба белка образуют поперечные сшивки между актиновыми филаментами в микроворсинках.
Сшивающие белки, которые принимают участие в организации актиновых филаментов в структуры,
обладают модульным строением и содержат домены связывания с актином, разделенные спейсерными участками разной величины.
В зависимости от природы актин-связывающих доменов (ABD), эти белки подразделяются натри группы.
Белки I группы содержат уникальные ABD. Виллин, белок II группы,характеризуется ABD размером около 7 кДа.
Белки, принадлежащие к группе III, обладают гомологичными доменами кальпонинового типа (около 26 кДа каждый).
Эти домены характерны для многих различных белков, связывающихся с актином.
Сшивающие белки взаимодействуют с актиновыми филаментами с образованием структур двух типов:
пучков параллельно расположенных филаментов и сетевых структур.
Трансмиссионная электронная микрофотография пучка актиновых филаментов,
связанных с помощью фасцина.
