Arp2/3-Komplex - Arp2/3 complex

Atomare Struktur des bovinen Arp2/3-Komplexes ( PDB- Code: 1k8k). Farbcodierung für Untereinheiten: Arp3, orange; Arp2, marine (Untereinheiten 1 & 2 nicht aufgelöst und daher nicht gezeigt); S.40, grün; p34, eisblau; p20, dunkelblau; p21, Magenta; S.16, gelb.

Arp2 / 3 - Komplex ( A CTIN R elated P rotein 2/3 Komplex) ist ein Sieben-Untereinheit - Protein - Komplex, der eine wichtige Rolle bei der Regulation des spielt Aktin - Zytoskelett . Es ist ein Hauptbestandteil des Aktin-Zytoskeletts und wird in den meisten Aktin-Zytoskelett enthaltenden eukaryontischen Zellen gefunden. Zwei seiner Untereinheiten, die A ctin- R elated Proteine ​​ARP2 und ARP3, ähneln stark der Struktur von monomerem Aktin und dienen als Nukleationsstellen für neue Aktinfilamente. Der Komplex bindet an die Seiten bestehender ("Mutter") Filamente und initiiert das Wachstum eines neuen ("Tochter") Filaments in einem charakteristischen 70-Grad-Winkel von der Mutter. Durch diese Keimbildung neuer Filamente entstehen verzweigte Aktinnetzwerke. Die Regulierung der Umlagerungen des Aktin - Zytoskeletts ist wichtig für Prozesse wie Zellbewegung, Phagozytose und intrazelluläre Motilität von Lipid - Vesikel .

Der Arp2/3-Komplex wurde nach seiner Identifizierung im Jahr 1994 durch Affinitätschromatographie von Acanthamoeba castellanii benannt , obwohl er bereits 1989 bei der Suche nach Proteinen isoliert worden war, die an Aktinfilamente in Drosophila melanogaster- Embryonen binden . Es kommt in den meisten eukaryotischen Organismen vor , fehlt jedoch in einer Reihe von Chromalveolaten und Pflanzen .

Mechanismen der Aktinpolymerisation durch Arp2/3

Seitenverzweigungsmodell des Arp2/3-Komplexes. Aktivierter Arp2/3-Komplex bindet an die Seite eines "Mutter"-Aktinfilaments. Sowohl Arp2 als auch Arp3 bilden die ersten beiden Untereinheiten im neuen "Tochter"-Filament.
Stacheldrahtverzweigungsmodell des Arp2/3-Komplexes. Aktiviertes Arp2/3 konkurriert mit Capping-Proteinen um die Bindung an das mit Widerhaken versehene Ende eines Aktinfilaments. Arp2 bleibt an das Mutterfilament gebunden, während Arp3 außerhalb liegt. Die beiden Arp-Untereinheiten bilden die ersten Untereinheiten jedes Zweigs und die beiden Zweige wachsen durch Zugabe von G-Aktin zu jedem Arp . weiter

Viele Aktin-verwandte Moleküle erzeugen ein freies Stachelende für die Polymerisation, indem sie bereits vorhandene Filamente abschneiden oder durchtrennen und diese als Aktin-Keimbildungskerne verwenden . Der Arp2/3-Komplex stimuliert jedoch die Aktinpolymerisation, indem er einen neuen Nukleationskern erzeugt. Die Aktinnukleation ist ein erster Schritt bei der Bildung eines Aktinfilaments. Die Kernaktivität der Nukleation von Arp2/3 wird durch Nucleation Promoting Factors (NPFs) aktiviert, darunter Mitglieder der Proteinfamilie des Wiskott-Aldrich-Syndroms (WASP- , N-WASP-, WAVE- und WASH-Proteine). Die V-Domäne eines WASP-Proteins interagiert mit Aktinmonomeren, während die CA-Region mit dem Arp2/3-Komplex assoziiert, um einen Nukleationskern zu bilden. Allerdings reicht eine de novo Nukleation gefolgt von einer Polymerisation nicht aus, um integrierte Aktinnetzwerke zu bilden, da diese neu synthetisierten Polymere nicht mit bereits existierenden Filamenten assoziiert wären. So bindet der Arp2/3-Komplex an bereits vorhandene Filamente, sodass die neuen Filamente auf den alten wachsen und ein funktionsfähiges Aktin-Zytoskelett bilden können. Capping-Proteine ​​begrenzen die Aktinpolymerisation auf die durch den Arp2/3-Komplex aktivierte Region, und die verlängerten Filamentenden werden wieder verschlossen, um eine Depolymerisation zu verhindern und somit das Aktinfilament zu konservieren.

Der Arp2/3-Komplex steuert gleichzeitig die Nukleation der Aktinpolymerisation und die Verzweigung von Filamenten. Darüber hinaus wird während der Arp2/3-vermittelten Aktinpolymerisation eine Autokatalyse beobachtet. Bei diesem Prozess aktivieren die neu gebildeten Filamente andere Arp2/3-Komplexe, wodurch die Bildung verzweigter Filamente erleichtert wird.

Der Mechanismus der Aktinfilament-Initiierung durch Arp2/3 ist umstritten. Die Frage ist, wo der Komplex das Filament bindet und ein "Tochter" -Filament nukleiert. Historisch gesehen wurden zwei Modelle vorgeschlagen. Neuere Ergebnisse begünstigen das Seitenverzweigungsmodell, bei dem der Arp2/3-Komplex an einer anderen Stelle als der Keimbildungsstelle an die Seite eines bereits existierenden ("Mutter") Filaments bindet. Obwohl dem Feld eine hochauflösende Kristallstruktur fehlt , begünstigen Daten aus der Elektronenmikroskopie zusammen mit biochemischen Daten zur Filamentkeimbildung und den Kappenmechanismen des Arp2/3-Komplexes die Seitenverzweigung. Im alternativen Modell der Stachelendenverzweigung assoziiert Arp2/3 nur am Stachelende wachsender Filamente, was die Verlängerung des ursprünglichen Filaments und die Bildung eines verzweigten Filaments ermöglicht., ein Modell, das auf kinetischer Analyse und optischer Mikroskopie basiert.

Das jüngste Docking von Computern, das unabhängig von EM-Daten bestätigt wurde, begünstigt ein Modell mit seitlicher Verzweigung. ARPC2 und ARPC4 bilden zusammen einen Bereich, der die Basis des Zweigs an der Seite eines Mutterfilaments befestigt. Große Konformationsänderungen treten bei der Nukleotid- und WASP-Bindung auf.

Mobilfunkanwendungen von Arp2/3

Der Arp2/3-Komplex scheint in einer Vielzahl von spezialisierten Zellfunktionen wichtig zu sein, die das Aktin-Zytoskelett betreffen. Der Komplex kommt in zellulären Regionen vor, die durch eine dynamische Aktinfilamentaktivität gekennzeichnet sind: in makropinocytischen Bechern, in der Vorderkante beweglicher Zellen ( Lamellipodien ) und in beweglichen Aktinflecken in Hefen . Bei Säugetieren und der sozialen Amöbe Dictyostelium discoideum wird es zur Phagozytose benötigt . Es wurde auch gezeigt, dass der Komplex an der Etablierung der Zellpolarität und der Migration von Fibroblasten- Monoschichten in einem Wundheilungsmodell beteiligt ist. In Säugetier-Oozyten ist der Arp2/3-Komplex an der asymmetrischen Teilung der Oozyten und der Polkörperemission beteiligt, die aus dem Versagen der Spindelmigration (ein einzigartiges Merkmal der Oozytenteilung) und der Zytokinese resultieren. Darüber hinaus nutzen enteropathogene Organismen wie Listeria monocytogenes und Shigella den Arp2/3-Komplex für aktinpolymerisationsabhängige Raketenbewegungen. Die Arp2 / 3 - Komplex reguliert auch die intrazelluläre Motilität von Endosomen , Lysosomen , pinocytic Vesikeln und Mitochondrien . Darüber hinaus zeigen neuere Studien, dass der Arp2/3-Komplex für die richtige polare Zellexpansion in Pflanzen essentiell ist . Arp2/3- Mutationen in Arabidopsis thaliana führen zu einer abnormalen Filamentorganisation, die wiederum die Ausdehnung von Trichomen , Gehwegzellen , Hypokotylzellen und Haarwurzelzellen beeinflusst . Chemische Hemmung oder genetische Mutation des Chlamydomonas reinhardtii Arp2/3-Komplexes verringert die Länge der Geißeln .

Untereinheiten

Der Arp2/3-Komplex besteht aus sieben Untereinheiten: 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. Die Untereinheiten Arp2 und Arp3 ähneln stark monomerem Aktin, was ein thermodynamisch stabiles aktinähnliches Dimer ermöglicht. Es wurde vorgeschlagen, dass p41 mit nukleationsfördernden Faktoren (NPFs) interagiert, da bekannt ist, dass es nur geringe Kontakte mit dem Mutterfilament hat und es in Abwesenheit von p41 einen großen Verlust an Nukleationseffizienz gibt. p34 und p20 dimerisieren, um ein strukturelles Rückgrat zu bilden, das die Wechselwirkung mit dem Mutterfilament vermittelt. p21 bildet eine Brücke zwischen Arp3 und dem Mutterfilament und erhöht die Keimbildungseffizienz. p16 verbindet Arp2 mit dem Rest des Komplexes.

Verweise

Externe Links