Эта статья входит в число добротных статей

Комплекс Arp2/3

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Структура комплекса Arp2/3 коровы (PDB: 1k8k). Разными цветами обозначены разные субъединицы[1]

Ко́мплекс Arp2/3 (англ. Arp2/3 complex) — семисубъединичный белковый комплекс, играющий ключевую роль в регуляции актинового цитоскелета. Этот комплекс является наиболее крупным компонентом актинового цитоскелета и имеется в большинстве клеток, обладающих актиновым цитоскелетом[2]. Две его субъединицы ARP2 и ARP3 (англ. Actin-Related Proteins — родственные актину белки) по структуре очень близки к мономерному актину и служат сайтами нуклеации для новых актиновых филаментов. Комплекс Arp2/3 прикрепляется сбоку к исходному («материнскому») филаменту и инициирует рост нового («дочернего») филамента под характерным углом 70° к исходному филаменту. В результате нуклеации таких дочерних филаментов формируется разветвлённая актиновая сеть. Регуляция перестроек актинового цитоскелета важна для таких процессов, как передвижение клетки, фагоцитоз и внутриклеточные перемещения липидных везикул.

Комплекс Arp2/3 получил название после того, как в 1994 году был выделен из клеток простейшего Acanthamoeba castellanii[en] путём аффинной хроматографии[3], хотя он был изолирован ещё в 1989 году, во время исследований, посвящённых поиску белков, связывающихся с актиновыми филаментами у зародышей плодовой мушки Drosophila melanogaster[4]. Этот комплекс имеется у большинства эукариот, однако отсутствует у некоторых хромальвеолят и некоторых растений[2].

Полимеризация актина при участии Arp2/3[править | править вики-текст]

Модель бокового ветвления комплекса Arp2/3. Активированный комплекс Arp2/3 связывается со стороной материнского филамента. Arp2 и Arp3 служат первыми двумя субъединицами нового дочернего филамента
Модель ветвления с освобождённого конца комплекса Arp2/3. Активированный Arp2/3 конкурирует с кэпирующими белками за связывание со свободным концом актинового филамента. Arp2 остаётся связанным с материнским филаментом, а Arp3 остаётся снаружи. Две субъединицы Arp образуют первые субъединицы каждой ветви, и две ветви продолжают расти путём добавления G-актина к каждому белку Arp

Многие родственные актину молекулы могут создавать свободные, доступные для полимеризации концы у существующих актиновых филаментов, декэпируя или разрезая их и используя в качестве коров для нуклеации актина. Однако комплекс Arp2/3 отличается от этих белков тем, что стимулирует полимеризацию актина, создавая новый кор нуклеации. В формировании актинового филамента самой первой стадией является нуклеация актина. Функционирование Arp2/3 в качестве кора для нуклеации активируется белками семейства синдрома Вискотта — Олдрича (WASP, N-WASP[en], WAVE и WASH). V-домен белка WASP взаимодействует с мономерами актина, а его СА-участок связывается с комплексом Arp2/3 и создаёт кор нуклеации. Однако нуклеация de novo с последующей полимеризации недостаточна для формирования сложных актиновых сетей, поскольку новосинтезированные филаменты не связаны с уже имеющимися филаментами. Поэтому комплекс Arp2/3 связывается с предсуществующими филаментами, так что новые актиновые филаменты могут расти из старых, формируя, таким образом, функциональный актиновый цитоскелет[5]. Благодаря кэпирующим белкам полимеризация актина ограничена только областью, активированной Arp2/3, и на удлинённые актиновые филаменты тоже насаживается кэп, чтобы предотвратить их деполимеризацию и таким образом сохранить их[6].

Таким образом, комплекс Arp2/3 контролирует и нуклеацию полимеризации актина, и ветвление филаментов. Более того, в ходе Arp2/3-опосредованной полимеризации актина наблюдается явление автокатализа: новосинтезированные актиновые филаменты активируют другие комплексы Arp2/3, облегчая формирование разветвлённых актиновых сетей.

Механизм инициации синтеза актиновых филаментов посредством Arp2/3 является предметом споров. Непонятно, в каком месте этот комплекс связывается с актиновым филаментом и начинает нуклеацию дочернего филамента. Были предложены две модели этого процесса. Большинство учёных сходятся на модели бокового ветвления, согласно которой комплекс Arp2/3 связывается с одной из сторон предсуществующего актинового филамента в точке, отличной от сайта нуклеации; эта модель подтверждается и недавними исследованиями. Хотя получить представление о кристаллической структуре с высоким разрешением по этому вопросу не удалось, данные электронной микроскопии[7][8][9] и биохимические данные о нуклеации филаментов и механизмах кэпирования посредством комплекса Arp2/3[10] поддерживают гипотезу бокового ветвления. Альтернативная модель ветвления с освобожденного конца утверждает, что Arp2/3 связывается только с открытыми концами растущих филаментов, разрешая дальнейшее удлинение исходного филамента и его разветвление[11]. Эта модель была получена на основе кинетического анализа и оптической микроскопии, однако в научном сообществе она имеет значительно меньше сторонников.

Функции в клетке[править | править вики-текст]

Комплекс Arp2/3 важен для различных специализированных клеточных процессов, в которых принимает участие актиновый цитоскелет. Он локализуется в тех местах клетки, где наблюдается динамическая активность актиновых филаментов: в макропиноцитозных углублениях, на ведущем конце движущейся клетки (ламеллоподия[en]), а также в подвижных актиновых бляшках у дрожжей[12]. У млекопитающих и социальной амёбы Dictyostelium discoideum[13][14] актин необходим для фагоцитоза. Комплекс Arp2/3 также участвует в установлении полярности клетки, а также в миграции слоёв фибробластов в модели «повреждение-исцеление» (англ. wound-healing model). В ооцитах млекопитающих комплекс Arp2/3 участвует в асимметричном делении ооцитов и отделении полярного тельца, которое происходит из-за нарушения миграции веретена деления (уникальная особенность деления ооцитов), а также цитокинезе. Более того, эндопатогенные организмы, такие как Listeria monocytogenes[en] и Shigella используют комплекс Arp2/3 для резких движений, зависимых от полимеризации актина. Комплекс Arp2/3 также регулирует внутриклеточные передвижения эндосом, лизосом, пиноцитозных везикул и митохондрий[15]. Недавние исследования показали, что комплекс Arp2/3 необходим для полярного роста клеток у растений. Мутации Arp2/3 у Arabidopsis thaliana приводят к ненормальной организации актиновых филаментов, что, в свою очередь, сказывается на удлинении трихом, клеток гипокотиля и корневых волосков[16][17].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Robinson R. C., Turbedsky K., Kaiser D. A., Marchand J. B., Higgs H. N., Choe S., Pollard T. D. Crystal structure of Arp2/3 complex. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2001. — Vol. 294, no. 5547. — P. 1679—1684. — DOI:10.1126/science.1066333. — PMID 11721045. исправить
  2. 1 2 Veltman D. M., Insall R. H. WASP family proteins: their evolution and its physiological implications. (англ.) // Molecular biology of the cell. — 2010. — Vol. 21, no. 16. — P. 2880—2893. — DOI:10.1091/mbc.E10-04-0372. — PMID 20573979. исправить
  3. Machesky L. M., Atkinson S. J., Ampe C., Vandekerckhove J., Pollard T. D. Purification of a cortical complex containing two unconventional actins from Acanthamoeba by affinity chromatography on profilin-agarose. (англ.) // The Journal of cell biology. — 1994. — Vol. 127, no. 1. — P. 107—115. — PMID 7929556. исправить
  4. Miller K. G., Field C. M., Alberts B. M. Actin-binding proteins from Drosophila embryos: a complex network of interacting proteins detected by F-actin affinity chromatography. (англ.) // The Journal of cell biology. — 1989. — Vol. 109, no. 6 Pt 1. — P. 2963—2975. — PMID 2512303. исправить
  5. Pollard T. D. Regulation of actin filament assembly by Arp2/3 complex and formins. (англ.) // Annual review of biophysics and biomolecular structure. — 2007. — Vol. 36. — P. 451—477. — DOI:10.1146/annurev.biophys.35.040405.101936. — PMID 17477841. исправить
  6. Aguda A. H., Burtnick L. D., Robinson R. C. The state of the filament. (англ.) // EMBO reports. — 2005. — Vol. 6, no. 3. — P. 220—226. — DOI:10.1038/sj.embor.7400363. — PMID 15741975. исправить
  7. Egile C., Rouiller I., Xu X. P., Volkmann N., Li R., Hanein D. Mechanism of filament nucleation and branch stability revealed by the structure of the Arp2/3 complex at actin branch junctions. (англ.) // Public Library of Science Biology. — 2005. — Vol. 3, no. 11. — P. e383. — DOI:10.1371/journal.pbio.0030383. — PMID 16262445. исправить
  8. Volkmann N., Amann K. J., Stoilova-McPhie S., Egile C., Winter D. C., Hazelwood L., Heuser J. E., Li R., Pollard T. D., Hanein D. Structure of Arp2/3 complex in its activated state and in actin filament branch junctions. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2001. — Vol. 293, no. 5539. — P. 2456—2459. — DOI:10.1126/science.1063025. — PMID 11533442. исправить
  9. Rouiller I., Xu X. P., Amann K. J., Egile C., Nickell S., Nicastro D., Li R., Pollard T. D., Volkmann N., Hanein D. The structural basis of actin filament branching by the Arp2/3 complex. (англ.) // The Journal of cell biology. — 2008. — Vol. 180, no. 5. — P. 887—895. — DOI:10.1083/jcb.200709092. — PMID 18316411. исправить
  10. Dayel M. J., Mullins R. D. Activation of Arp2/3 complex: addition of the first subunit of the new filament by a WASP protein triggers rapid ATP hydrolysis on Arp2. (англ.) // Public Library of Science Biology. — 2004. — Vol. 2, no. 4. — P. e91. — DOI:10.1371/journal.pbio.0020091. — PMID 15094799. исправить
  11. Pantaloni D., Boujemaa R., Didry D., Gounon P., Carlier M. F. The Arp2/3 complex branches filament barbed ends: functional antagonism with capping proteins. (англ.) // Nature cell biology. — 2000. — Vol. 2, no. 7. — P. 385—391. — DOI:10.1038/35017011. — PMID 10878802. исправить
  12. Warren D. T., Andrews P. D., Gourlay C. W., Ayscough K. R. Sla1p couples the yeast endocytic machinery to proteins regulating actin dynamics. (англ.) // Journal of cell science. — 2002. — Vol. 115, no. Pt 8. — P. 1703—1715. — PMID 11950888. исправить
  13. May R. C., Caron E., Hall A., Machesky L. M. Involvement of the Arp2/3 complex in phagocytosis mediated by FcgammaR or CR3. (англ.) // Nature cell biology. — 2000. — Vol. 2, no. 4. — P. 246—248. — DOI:10.1038/35008673. — PMID 10783245. исправить
  14. Insall R., Müller-Taubenberger A., Machesky L., Köhler J., Simmeth E., Atkinson S. J., Weber I., Gerisch G. Dynamics of the Dictyostelium Arp2/3 complex in endocytosis, cytokinesis, and chemotaxis. (англ.) // Cell motility and the cytoskeleton. — 2001. — Vol. 50, no. 3. — P. 115—128. — DOI:10.1002/cm.10005. — PMID 11807934. исправить
  15. Mathur J. The ARP2/3 complex: giving plant cells a leading edge. (англ.) // BioEssays : news and reviews in molecular, cellular and developmental biology. — 2005. — Vol. 27, no. 4. — P. 377—387. — DOI:10.1002/bies.20206. — PMID 15770684. исправить
  16. Bannigan A., Baskin T. I. Directional cell expansion--turning toward actin. (англ.) // Current opinion in plant biology. — 2005. — Vol. 8, no. 6. — P. 619—624. — DOI:10.1016/j.pbi.2005.09.002. — PMID 16181803. исправить
  17. Xu J., Scheres B. Cell polarity: ROPing the ends together. (англ.) // Current opinion in plant biology. — 2005. — Vol. 8, no. 6. — P. 613—618. — DOI:10.1016/j.pbi.2005.09.003. — PMID 16182602. исправить

Литература[править | править вики-текст]