Actina
La actina es una familia de proteínas globulares multifuncionales que forman microfilamentos en el citoesqueleto y los filamentos delgados en las fibrillas musculares . Se encuentra esencialmente en todas las células eucariotas , donde puede estar presente en una concentración de más de 100 µM ; su masa es de aproximadamente 42 kDa , con un diámetro de 4 a 7 nm.
Una proteína de actina es la subunidad monomérica de dos tipos de filamentos en las células: microfilamentos , uno de los tres componentes principales del citoesqueleto, y filamentos delgados, parte del aparato contráctil en las células musculares . Puede estar presente como un monómero libre llamado G-actina (globular) o como parte de un microfilamento de polímero lineal llamado F-actina (filamentoso), los cuales son esenciales para funciones celulares tan importantes como la movilidad y contracción de las células durante división celular .
La actina participa en muchos procesos celulares importantes, incluida la contracción muscular , la motilidad celular , la división celular y citocinesis , el movimiento de vesículas y orgánulos , la señalización celular y el establecimiento y mantenimiento de las uniones celulares y la forma celular. Muchos de estos procesos están mediados por interacciones extensas e íntimas de actina con membranas celulares . [2] En los vertebrados, tres grupos principales de isoformas de actina , alfa , beta y gammahan sido identificados. Las alfa actinas, que se encuentran en los tejidos musculares, son un componente principal del aparato contráctil. Las actinas beta y gamma coexisten en la mayoría de los tipos de células como componentes del citoesqueleto y como mediadores de la motilidad celular interna . Se cree que la diversa gama de estructuras formadas por la actina que le permiten cumplir una gama tan amplia de funciones se regula mediante la unión de la tropomiosina a lo largo de los filamentos. [3]
La capacidad de una célula para formar microfilamentos dinámicamente proporciona el andamiaje que le permite remodelar rápidamente en respuesta a su entorno o a las señales internas del organismo , por ejemplo, para aumentar la absorción de la membrana celular o aumentar la adhesión celular para formar tejido celular . Otras enzimas u orgánulos como los cilios se pueden anclar a este andamiaje para controlar la deformación de la membrana celular externa , lo que permite la endocitosis y la citocinesis . También puede producir movimiento por sí mismo o con la ayuda de motores moleculares.. Por tanto, la actina contribuye a procesos como el transporte intracelular de vesículas y orgánulos, así como a la contracción muscular y la migración celular . Por lo tanto, juega un papel importante en la embriogénesis , la curación de heridas y la invasividad de las células cancerosas . El origen evolutivo de la actina se remonta a las células procariotas , que tienen proteínas equivalentes. [4] Los homólogos de actina de procariotas y arqueas se polimerizan en diferentes filamentos helicoidales o lineales que constan de una o varias hebras. Sin embargo, los contactos en la hebra y los sitios de unión de nucleótidos se conservan en procariotas y arqueas. [5]Por último, la actina juega un papel importante en el control de la expresión génica .
Un gran número de enfermedades y padecimientos están provocadas por mutaciones en los alelos de los genes que regulan la producción de actina o de sus proteínas asociadas. La producción de actina también es clave para el proceso de infección por algunos microorganismos patógenos . Las mutaciones en los diferentes genes que regulan la producción de actina en humanos pueden causar enfermedades musculares , variaciones en el tamaño y función del corazón , así como sordera . La composición del citoesqueleto también está relacionada con la patogenicidad de bacterias y virus intracelulares., particularmente en los procesos relacionados con eludir las acciones del sistema inmunológico . [6]
El fisiólogo ganador del Premio Nobel Albert von Szent-Györgyi Nagyrápolt , co-descubridor de la actina con Brunó Ferenc Straub
Modelo de cinta de actina extraído del tejido muscular estriado de un conejo según Graceffa y Domínguez, 2003. Se pueden ver los cuatro subdominios , así como los extremos N y C y la posición del enlace ATP. La molécula se orienta utilizando la convención habitual de colocar el extremo - (extremo puntiagudo) en la parte superior y el extremo + (extremo con púas) en la parte inferior.
[1] F-actina; representación de la superficie de una repetición de 13 subunidades basada en el modelo de filamento de actina de Ken Holmes
[17] Modelo de cinta obtenido utilizando el programa PyMOL en cristalografías (
PDB : 2ZDI ) de las proteínas prefoldina encontradas en el arcaico
Pyrococcus horikoshii . Las seis estructuras supersecundarias están presentes en una hélice enrollada que “cuelga” de los barriles beta centrales . Estos se comparan a menudo en la literatura con los tentáculos de una medusa . En la medida en que sea visible mediante microscopía electrónica , la prefoldina eucariótica tiene una estructura similar.
[39] Modelo de cinta del dominio γ apical de la chaperonina CCT
Las interacciones principales de las proteínas estructurales se producen en la unión adherente basada en cadherina . Los filamentos de actina están unidos a la α- actinina y a la membrana a través de la vinculina . El dominio principal de la vinculina se asocia a E-cadherina a través de α-catenina , β-catenina y γ-catenina . El dominio de la cola de la vinculina se une a los lípidos de la membrana y a los filamentos de actina.
Formación de filamentos finos que muestra el mecanismo de polimerización para convertir G-actina en F-actina; nótese la hidrólisis del ATP.
Un complejo de actina (verde) - profilina (azul).
[63] La profilina que se muestra pertenece al grupo II, normalmente presente en los riñones y el cerebro .
La proteína gelsolina , que es un regulador clave en el ensamblaje y desensamblaje de actina. Tiene seis subdominios, S1-S6, cada uno de los cuales está compuesto por una hoja β de cinco hebras flanqueada por dos hélices α , una colocada perpendicular a las hebras y la otra en posición paralela. Tanto el extremo N-terminal, (S1-S3), como el extremo C-terminal, (S4-S6), forman una hoja β extendida.
[68] [69] Estructura atómica de Arp2 / 3.
[73] Cada color corresponde a una subunidad: Arp3, naranja; Arp2, azul marino (no se muestran las subunidades 1 y 2); p40, verde; p34, azul claro; p20, azul oscuro; p21, magenta; p16, amarillo.
Estructura química de la faloidina.
Micrografía de fluorescencia que muestra F-actina (en verde) en fibroblastos de rata
Una pila combinada de imágenes confocales que muestran filamentos de actina dentro de una célula. La imagen ha sido codificada por colores en el eje z para mostrar en una imagen 2D en qué alturas se pueden encontrar los filamentos dentro de las celdas.
Estructura del subdominio C-terminal de la villina , una proteína capaz de dividir microfilamentos
[90] La estructura de un sarcómero , la unidad morfológica y funcional básica de los músculos esqueléticos que contiene actina.
Reproducir medios
Imágenes de fluorescencia de la dinámica de la actina durante la primera división celular embrionaria de
C. elegans . Primero, los filamentos de actina se ensamblan en la parte superior de la célula, contribuyendo así a la división celular asimétrica . Luego, a los 10 s, se puede observar la formación del anillo de actina contráctil.
Diagrama de una
zonula occludens o unión estrecha, una estructura que une el epitelio de dos células. La actina es uno de los elementos de anclaje mostrados en verde.
Bastones de nemalina gigantes producidos por la transfección de una secuencia de ADN de
ACTA1 , que es el portador de una mutación responsable de la miopatía por nemalina
[157] Posición de siete mutaciones relevantes para las diversas actinopatías relacionadas con
ACTA1 [157] Corte transversal de un corazón de rata que muestra signos de miocardiopatía dilatada
[170] Imagen tomada mediante microscopía confocal y empleando anticuerpos específicos que muestran la red cortical de actina. De la misma manera que en juveniles de la distonía se produce una interrupción en las estructuras del citoesqueleto , que en este caso es producida por citocalasina D .
[180] Estructura de MreB , una proteína bacteriana cuya estructura tridimensional se asemeja a la de G-actina
Western blot para actina citoplásmica de pulmón y epidídimo de rata