Vinculin - Vinculin
In Säugerzellen ist Vinculin ein Membran-Zytoskelett-Protein in fokalen Adhäsionsplaques , das an der Bindung von Integrin- Adhäsionsmolekülen an das Aktin- Zytoskelett beteiligt ist . Vinculin ist ein Protein des Zytoskeletts , das mit Zell-Zell- und Zell-Matrix-Verbindungen assoziiert ist, wo es als eines von mehreren interagierenden Proteinen fungiert, die an der Verankerung von F-Aktin an der Membran beteiligt sind.
Unabhängig von Benny Geiger und Keith Burridge entdeckt , ähnelt seine Sequenz zu 20-30% dem α- Catenin , das eine ähnliche Funktion erfüllt.
Durch die abwechselnde Bindung an Talin oder α-Actinin verändert sich die Form des Vinculins und damit auch seine Bindungseigenschaften. Das Vinculin-Gen kommt als einzelne Kopie vor und scheint kein naher Verwandter zu sein, um in seiner Abwesenheit Funktionen zu übernehmen. Seine Spleißvariante Metavinculin (siehe unten) benötigt ebenfalls Vinculin, um heterodimerisiert und abhängig zu wirken.
Struktur
Vinculin ist ein 117-kDa-Zytoskelettprotein mit 1066 Aminosäuren . Das Protein enthält eine saure N-terminale Domäne und eine basische C-terminale Domäne, die durch ein prolinreiches Mittelsegment getrennt sind. Vinculin besteht aus einer globulären Kopfdomäne, die Bindungsstellen für Talin und α-Aktinin sowie eine Tyrosin-Phosphorylierungsstelle enthält, während die Schwanzregion Bindungsstellen für F-Aktin , Paxillin und Lipide enthält .
Im Wesentlichen gibt es einen N-terminalen Kopf mit 835 Aminosäuren, der in vier Domänen aufgeteilt ist. Dieser ist mit einer Linkerregion an den C-terminalen Schwanz gebunden.
Die jüngste Entdeckung der 3D-Struktur gibt Aufschluss darüber, wie dieses Protein seine Form anpasst, um eine Vielzahl von Funktionen zu erfüllen. Vinculin ist beispielsweise in der Lage, die Motilität der Zelle zu kontrollieren, indem es einfach ihre Form von aktiv zu inaktiv ändert. In seinem 'inaktiven' Zustand ist die Konformation von Vinculin durch die Wechselwirkung zwischen seinen Kopf- und Schwanzdomänen gekennzeichnet. Und bei der Umwandlung in die „aktive“ Form, beispielsweise wenn Talin die Bindung auslöst, wird die intramolekulare Wechselwirkung zwischen Schwanz und Kopf unterbrochen. Mit anderen Worten, wenn Talins Bindungsstellen (VBS) von α-Helices an eine helikale Bündelstruktur in der Kopfdomäne von Vinculin binden, wird die "Helixbündel-Umwandlung" eingeleitet, die zur Reorganisation der α-Helices (α1-α- 4), was zu einer völlig neuen fünfhelikalen Bündelstruktur führt. Diese Funktion erstreckt sich auch auf Krebszellen und reguliert ihre Bewegung und Ausbreitung von Krebs auf andere Teile des Körpers.
Mechanismus und Funktion
Die Zellausbreitung und -bewegung erfolgt durch den Prozess der Bindung von Zelloberflächen- Integrinrezeptoren an extrazelluläre Matrixadhäsionsmoleküle. Vinculin ist mit fokaler Adhäsion und Adherens Junctions verbunden, bei denen es sich um Komplexe handelt, die Aktinfilamente und Crosslinker zwischen dem externen Medium, der Plasmamembran und dem Aktinzytoskelett nukleieren . Der Komplex an den fokalen Adhäsionen besteht aus mehreren Proteinen wie Vinculin, α-Actinin, Paxillin und Talin an der intrazellulären Seite der Plasmamembran.
Genauer gesagt bindet der Aminoterminus von Vinculin an Talin, das wiederum an β-Integrine bindet, und der Carboxyterminus bindet an Aktin, Phospholipide und Paxillin-bildende Homodimere. Die Bindung von Vinculin an Talin und Aktin wird durch Polyphosphoinositide reguliert und durch saure Phospholipide gehemmt. Der Komplex dient dann dazu, Aktinfilamente an der Membran zu verankern und trägt somit dazu bei, die Kraft auf Talin innerhalb der fokalen Adhäsionen zu verstärken.
Der Verlust von Vinculin beeinflusst eine Vielzahl von Zellfunktionen; es unterbricht die Bildung des Komplexes und verhindert die Zelladhäsion und -ausbreitung. Das Fehlen des Proteins zeigt eine Abnahme der Zellausbreitung, begleitet von einer verringerten Stressfaserbildung, der Bildung von weniger fokalen Adhäsionen und einer Hemmung der Lamellipodienausdehnung . Es wurde entdeckt, dass Zellen mit Vinculin-Mangel Wachstumskegel aufweisen, die langsamer voranschreiten, sowie Filopodien und Lamellipoida, die weniger stabil waren als der Wildtyp. Basierend auf der Forschung wurde postuliert, dass das Fehlen von Vinculin die Zelladhäsion verringern kann, indem es die fokale Adhäsionsanordnung hemmt und die Aktinpolymerisation verhindert. Andererseits kann eine Überexpression von Vinculin die Adhäsion und Ausbreitung wiederherstellen, indem sie die Rekrutierung von Cytoskelettproteinen an den fokalen Adhäsionskomplex an der Stelle der Integrinbindung fördert. Die Fähigkeit von Vinculin, mit Integrinen am Zytoskelett an der fokalen Adhäsion zu interagieren, scheint für die Kontrolle der Zytoskelettmechanik, der Zellausbreitung und der Bildung von Lamellipodien entscheidend zu sein. Somit scheint Vinculin aufgrund seiner Fähigkeit, fokale Adhäsionsstruktur und -funktion zu modulieren, eine Schlüsselrolle bei der Formkontrolle zu spielen.
Aktivierung
Vinculin liegt im Gleichgewicht zwischen einem aktiven und einem inaktiven Zustand vor. Der aktive Zustand wird beim Binden an seinen designierten Partner ausgelöst. Diese Veränderungen treten auf, wenn Vinculin mit fokalen Adhäsionspunkten interagiert, an die es bindet. Wenn Vinculin in seiner inaktiven Form vorliegt, wird das Protein im Gegensatz zu den fokalen Adhäsionspunkten , die aus dem aktiven Zustand gebunden sind, für das Zytoplasma bestimmt gehalten . Es wird angenommen, dass das Molekül Talin aufgrund seiner Anwesenheit in fokalen Komplexen der Hauptinitiator der Vinculin-Aktivierung ist. Das kombinatorische Modell von Vinculin besagt, dass entweder α-Actinin oder Talin Vinculin entweder allein oder mit Hilfe von PIP2 oder Actin aktivieren können . Diese Aktivierung erfolgt durch Trennung der Kopf-Schwanz-Verbindung im inaktiven Vinculin.
Bindungsseite
| VBS | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 humaner Vinculin-Kopf (1-258) im Komplex mit Talins Vinculin-Bindungsstelle 3 (Reste 1944-1969)
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| Bezeichner | |||||||||
| Symbol | VBS | ||||||||
| Pfam | PF08913 | ||||||||
| InterPro | IPR015009 | ||||||||
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Vinculin- Bindungsstellen werden hauptsächlich in Talin und Talin-ähnlichen Molekülen gefunden, was die Bindung von Vinculin an Talin ermöglicht und Integrin-vermittelte Zell-Matrix-Verbindungen stabilisiert. Talin wiederum verbindet Integrine mit dem Aktin- Zytoskelett . Die Konsensussequenz für Vinculin- Bindungsstellen ist LxxAAxxVAxxVxxLIxxA, mit einer Sekundärstrukturvorhersage von vier amphipathischen Helices . Die hydrophoben Reste , die die VBS definieren, sind selbst "maskiert" und im Kern einer Reihe von helikalen Bündeln vergraben , die den Talinstab bilden.
Spleißvarianten
Glatte Muskulatur und Skelettmuskulatur (und wahrscheinlich in geringerem Maße im Herzmuskel ) koexprimieren in ihrem gut differenzierten (kontraktilen) Zustand (zusammen mit Vinculin) eine Spleißvariante, die ein zusätzliches Exon in der 3'-Kodierungsregion trägt, und kodiert somit a längere Isoform Meta-Vinculin (meta VCL) mit einem Molekulargewicht von ~150KD – ein Protein, dessen Existenz seit den 1980er Jahren bekannt ist. Die Translation des zusätzlichen Exons verursacht ein 68 bis 79 Aminosäuren reiches Insert zwischen den Helices I und II innerhalb der C-terminalen Schwanzdomäne. Mutationen innerhalb der Insertregion korrelieren mit einer hereditären idiopathischen dilatativen Kardiomyopathie .
Die Länge des Inserts in Metavinculin beträgt 68 AA bei Säugern und 79 bei Frosch. Verglich Metavinculin-Sequenzen von Schwein, Mensch, Huhn und Frosch und stellte fest, dass das Insert zweiteilig ist: der erste Teil variabel und der zweite hoch konserviert. Beide Vinculin-Isoformen kolokalisieren in muskulären adhäsiven Strukturen, wie dichten Plaques in glatten Muskeln , interkalierten Scheiben in Kardiomyozyten und Costamere in Skelettmuskeln . Die Metavinculin-Schwanzdomäne weist im Vergleich zum Vinculin-Schwanz eine geringere Affinität zum Kopf auf. Im Fall von Metavinculin wird die Entfaltung der C-terminalen hydrophoben Haarnadelschleife der Schwanzdomäne durch die negativen Ladungen des 68-Aminosäure-Inserts beeinträchtigt, sodass eine Phospholipid-aktivierte reguläre Isoform von Vinculin erforderlich ist, um das Metavinculin-Molekül vollständig zu aktivieren.
Interaktionen
Vinculin wurde gezeigt interagieren mit:
In Fällen von Dünndarms bakterielle Überwucherung präsentiert als IBS - Symptome, haben anti-CDTB Antikörper vinculin Funktion beeinflussen identifiziert worden, die in Darmbeweglichkeit erforderlich ist.
Verweise
Weiterlesen
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