La ADF/cofilina es una familia de proteínas que se unen a la actina asociadas con la rápida despolimerización de los microfilamentos de actina que le dan a la actina su inestabilidad dinámica característica . [1] Esta inestabilidad dinámica es fundamental para el papel de la actina en la contracción muscular, la motilidad celular y la regulación de la transcripción. [2]
Se han descrito en humanos y ratones tres genes altamente conservados y altamente idénticos (70%-82%) pertenecientes a esta familia: [3]
Las proteínas de unión a actina regulan el ensamblaje y desensamblaje de los filamentos de actina. [4] La cofilina , un miembro de la familia ADF/cofilina, es en realidad una proteína con un 70% de identidad de secuencia con la destrina , lo que la convierte en parte de la familia ADF/cofilina de pequeñas proteínas de unión a ADP. [5] [6] La proteína se une a los monómeros y filamentos de actina, actina G y actina F, respectivamente. [7] La cofilina causa despolimerización en el extremo negativo de los filamentos, evitando así su reensamblaje. Se sabe que la proteína corta los filamentos de actina creando más extremos positivos en los fragmentos de filamentos. [4] Es probable que la cofilina/ADF (destrina) corte la F-actina sin tapar [6] y prefiera la ADP-actina. Estos monómeros pueden ser reciclados por la profilina , activando los monómeros para que vuelvan a la forma de filamento mediante un intercambio de ADP a ATP . La ATP-actina está entonces disponible para el ensamblaje. [4]
La estructura de los factores despolimerizantes de actina está altamente conservada en muchos organismos debido a la importancia de la actina en muchos procesos celulares. [8] Las proteínas de la familia de factores despolimerizantes de actina constan característicamente de cinco láminas beta, cuatro antiparalelas y una paralela, y cuatro hélices alfa con una hélice alfa central que proporciona la estructura y estabilidad de las proteínas. [8] El dominio de homología del factor despolimerizante de actina (dominio ADF-H) permite la unión a las subunidades de actina e incluye la hélice alfa central, la extensión del extremo N y la hélice del extremo C. [9] [8]
La cofilina se une a la actina monomérica (G-actina) y a la actina filamentosa (F-actina). Sus afinidades de unión son mayores para la ADP-actina que para la ADP-Pi y la ATP-actina. Su unión cambia la torsión de la F-actina. La estructura de la ADF fue caracterizada por primera vez en 1980 por James Bamburg. [10] Es posible que se necesiten cuatro histidinas de actina cerca del sitio de unión de la cofilina para la interacción cofilina/actina, pero la sensibilidad al pH por sí sola puede no ser suficiente para explicar los niveles de interacción encontrados. La cofilina se acomoda en la actina ADP-F debido a una mayor flexibilidad en esta forma de actina. La unión tanto de la cofilina como de la ADF (destrina) hace que se reduzca la longitud de cruce del filamento. Por lo tanto, las tensiones aumentan la dinámica del filamento y el nivel de fragmentación del filamento observado. [6]
La cofilina es un factor de unión a la actina ubicuo necesario para la reorganización de los filamentos de actina. Los miembros de la familia ADF/Cofilina se unen a los monómeros de actina G y despolimerizan los filamentos de actina a través de dos mecanismos: seccionando [11] y aumentando la tasa de despolimerización de los monómeros de actina desde el extremo puntiagudo. [12] Los filamentos de actina ADP/ADP-Pi "más viejos" libres de tropomiosina y con el pH adecuado son necesarios para que la cofilina funcione de manera efectiva. En presencia de ATP-G-actina fácilmente disponible, la cofilina acelera la polimerización de la actina a través de su actividad de corte de actina (proporcionando extremos con púas libres para una mayor polimerización y nucleación por el complejo Arp2/3). [13] Como un efecto in vivo de larga duración , la cofilina recicla la ADP-F-actina más vieja, lo que ayuda a la célula a mantener el acervo de ATP-G-actina para una motilidad sostenida. El pH, la fosforilación y los fosfoinosítidos regulan la unión de la cofilina y la actividad de asociación con la actina [7]
El complejo Arp2/3 y la cofilina trabajan juntos para reorganizar los filamentos de actina en el citoesqueleto . Arp 2/3, un complejo de proteínas de unión a actina, se une al lado de ATP-F-actina cerca del extremo con púas en crecimiento del filamento, lo que provoca la nucleación de una nueva rama de F-actina, [13] mientras que la despolimerización impulsada por la cofilina tiene lugar después de disociarse del complejo Arp2/3. [4] También trabajan juntos para reorganizar los filamentos de actina con el fin de transportar más proteínas por vesícula para continuar el crecimiento de los filamentos. [14]
La cofilina también se une a otras proteínas como la miosina , la tropomiosina , la α-actinina , la gelsolina y la scruina. Estas proteínas compiten con la cofilina por la unión a la actina. [6] La cofilina también desempeña un papel en la respuesta inmunitaria innata [ cita requerida ] .
La ADF/cofilina se encuentra en las membranas onduladas y en el borde delantero de las células móviles. [12] En particular, la ADF/cofilina promueve el desmontaje del filamento en la parte posterior del cepillo en la lamelipodios de Xenopus laevis , una protuberancia de las células de fibroblastos caracterizada por redes de actina. Las subunidades se agregan a los extremos con púas y se pierden en los extremos puntiagudos orientados hacia atrás. Se descubrió que aumentar la constante de velocidad, k, para la disociación de la actina de los extremos puntiagudos cortaba los filamentos de actina. A través de esta experimentación, se descubrió que el ATP o el ADP-Pi probablemente están involucrados en la unión a los filamentos de actina. [14]
La actina F (actina filamentosa) se estabiliza cuando se une al ATP debido a la presencia de una serina en la segunda subunidad de la actina que es capaz de formar enlaces de hidrógeno con el último grupo fosfato del ATP y una histidina cercana unida al bucle principal. Esta interacción estabiliza la estructura internamente debido a las interacciones entre el bucle principal y la segunda subunidad. Cuando el ATP se hidroliza a ADP, la serina ya no puede formar un enlace de hidrógeno con el ADP debido a la pérdida del fosfato inorgánico que hace que la cadena lateral de la serina se tuerza, lo que provoca un cambio conformacional en la segunda subunidad. [15] [12] Este cambio conformacional también hace que la serina ya no pueda formar un enlace de hidrógeno con la histidina unida al bucle principal y esto debilita el enlace entre las subunidades uno y tres, lo que hace que toda la molécula se tuerza. Esta torsión ejerce presión sobre la molécula y la desestabiliza. [2]
El factor despolimerizante de actina es capaz de unirse a la F-actina desestabilizada insertando la hélice central en la hendidura entre la primera y la tercera subunidad de actina. El factor despolimerizante de actina se une a la F-actina de manera cooperativa e induce un cambio conformacional en la F-actina que hace que se tuerza más y se desestabilice más. Esta torsión provoca la ruptura del enlace entre los monómeros de actina, despolimerizando el filamento. [2]
El factor de despolimerización de actina está regulado por la fosforilación de una serina en el extremo C por las quinasas LIM . [16] El factor de despolimerización de actina se activa cuando se desfosforila y se inhibe cuando se fosforila. [17]
Un ambiente alcalino estabiliza el fosfato inorgánico liberado cuando el ATP se hidroliza a ADP, por lo tanto, un pH más alto aumenta la favorabilidad del ATP unido a F-actina para ser hidrolizado a ADP, lo que resulta en la desestabilización de la actina. [18]
La F-actina se une a la proteína tropomiosina y al factor despolimerizante de actina de forma competitiva y mutuamente exclusiva. La unión de la F-actina a la tropomiosina no es cooperativa, por lo que la unión de la tropomiosina no induce un cambio conformacional en la F-actina y no hace que se desestabilice. [17] Sin embargo, debido a que la F-actina no puede unirse a la tropomiosina y al factor despolimerizante de actina al mismo tiempo debido a que la tropomiosina bloquea el sitio de unión del factor despolimerizante de actina cuando está unido a la actina, la tropomiosina actúa como un protector de la actina contra la despolimerización. [19]