액틴

Actin
악티늄과 혼동하지 마세요.
액틴
Actin with ADP highlighted.png
G-actin 리본 다이어그램.액틴의 활성 부위에 결합하는 ADP(그림의 중앙 부근에 있는 멀티 컬러 스틱)와 복합 칼슘 용량(녹색 구)이 [1]강조 표시됩니다.
식별자
기호.액틴
팜PF00022
인터프로IPR004000
프로 사이트PDOC00340
SCOP22btf/SCOPe/SUPFAM

액틴은 세포골격에서 미세 필라멘트를 형성하고 근육 섬유에서 얇은 필라멘트를 형성하는 구상 다기능 단백질 패밀리입니다.그것은 기본적으로 100 μM 이상의 농도로 존재할 수 있는 모든 진핵 세포에서 발견됩니다; 그것의 질량은 대략 42 kDa이고 직경은 4에서 7 nm입니다.

액틴 단백질은 세포에서 두 종류의 필라멘트의 단량체 서브유닛이다. 즉, 세포골격의 3대 주요 구성요소 중 하나인 마이크로필라멘트와 근육세포 수축기구의 일부인 얇은 필라멘트가 그것이다.그것은 G-actin(글로벌)이라고 불리는 유리 단량체 또는 F-actin(필라멘탈)이라고 불리는 선형 폴리머 마이크로필라멘트의 일부로 나타날 수 있으며, 둘 다 세포 분열 시 세포의 이동성과 수축과 같은 중요한 세포 기능에 필수적입니다.

액틴은 근육 수축, 세포 운동성, 세포 분열과 사이토카인시스, 소포와 세포 소립 운동, 세포 신호 전달, 세포 접합과 세포 모양의 확립과 유지를 포함한 많은 중요한 세포 과정에 참여합니다.이러한 과정의 대부분은 액틴과 세포막의 [2]광범위하고 친밀한 상호작용에 의해 매개된다.척추동물에서는 액틴 동질체의 세 가지 주요 그룹인 알파, 베타, 감마 등이 확인되었다.근육조직에서 발견되는 알파 액틴은 수축기구의 주요 성분이다.베타액틴과 감마액틴은 대부분의 세포 유형에서 세포골격의 구성 요소 및 내부 세포 운동의 매개체로 공존합니다.이러한 광범위한 기능을 수행할 수 있도록 하는 액틴에 의해 형성되는 다양한 범위의 구조는 [3]필라멘트를 따라 트로포미오신의 결합을 통해 조절되는 것으로 생각된다.

미세 필라멘트를 동적으로 형성하는 세포의 능력은 세포 조직을 형성하기 위해 세포막 흡수를 증가시키거나 세포 접착을 증가시키기 위해 환경 또는 유기체의 내부 신호에 반응하여 빠르게 자신을 개조할 수 있는 발판을 제공합니다.외세포막의 변형을 제어하기 위해 섬모 같은 다른 효소나 세포소기관들이 이 골격에 고정될 수 있으며, 이는 내구증 및 사이토키네시스를 가능하게 한다.그것은 또한 스스로 또는 분자 모터의 도움을 받아 움직임을 만들어 낼 수 있다.따라서 액틴은 근육 수축과 세포 이동뿐만 아니라 소포와 소기관 세포 내 이동과 같은 과정에 기여한다.그러므로 그것은 태아 발생, 상처 치유, 그리고 암세포의 불침전성에 중요한 역할을 한다.액틴의 진화적 기원은 동등한 [4]단백질을 가진 원핵 세포로 거슬러 올라갈 수 있다.원핵 생물과 고세균의 액틴 호몰로지는 하나 또는 여러 가닥으로 구성된 다른 나선형 또는 선형 필라멘트로 중합됩니다.그러나 스트랜드 내 접촉과 뉴클레오티드 결합 부위는 원핵생물 및 고세균에 [5]보존된다.마지막으로, 액틴은 유전자 발현 조절에 중요한 역할을 한다.

많은 질병과 질병은 액틴 또는 그와 관련된 단백질의 생성을 조절하는 유전자의 대립 유전자의 돌연변이에 의해 발생합니다.액틴의 생산은 또한 일부 병원성 미생물에 의한 감염 과정의 핵심이다.인간의 액틴 생산을 조절하는 다른 유전자들의 돌연변이는 근육 질환, 심장의 크기와 기능의 변화, 그리고 청각장애를 일으킬 수 있습니다.세포골격의 구성은 또한 세포 내 박테리아와 바이러스의 병원성과 관련이 있으며, 특히 면역체계의 [6]작용 회피와 관련된 과정과 관련이 있다.

기능.

세포에서 액틴의 주된 역할은 세포의 구조, 밀매 네트워크, 이동, 그리고 [7]복제에서 다양한 기능을 하는 마이크로필라멘트라고 불리는 선형 고분자를 형성하는 것입니다.액틴의 다면적인 역할은 몇 가지 마이크로필라멘트의 특성에 의존합니다.첫째, 액틴 필라멘트의 형성은 가역적이며, 그 기능은 빠른 중합과 탈중합 과정을 수반하는 경우가 많다.둘째, 마이크로필라멘트는 편광되어 있습니다. 즉, 필라멘트의 양끝은 서로 다릅니다.셋째로, 액틴 필라멘트는 다른 많은 단백질과 결합할 수 있으며, 그것들은 함께 그들의 다양한 [7]기능을 위해 미세 필라멘트를 수정하고 정리하는 것을 돕는다.

대부분의 세포에서 필라멘트는 많은 주요 [8]기능에 필수적인 대규모 네트워크를 형성합니다.

  • 액틴 네트워크는 세포를 기계적으로 지원하고 신호 전달을 돕기 위해 세포질을 통과하는 교통 경로를 제공합니다.
  • actin 네트워크의 신속한 조립과 분해에 의해, 셀의 이행(셀 이행)이 가능하게 됩니다.

액틴은 대부분의 세포에 매우 풍부하며, 대부분의 세포에서 단백질 총량의 1~5%와 근육 [7]세포의 10%를 구성한다.

액틴 단백질은 세포질과 [9]세포핵 모두에서 발견된다.그 위치는 세포가 받는 자극을 통합하여 [10]반응하는 액틴 네트워크의 재구성을 자극하는 세포막 신호 전달 경로에 의해 조절된다.

세포골격

랫드 섬유아세포의 F-actin(녹색)을 나타내는 형광 현미경 사진

약간 다른 구조와 기능을 가진 많은 종류의 액틴이 있다.α-액틴은 근육 섬유에서만 발견되며, β-액틴과 β-액틴은 다른 세포에서 발견된다.후자의 유형은 높은 회전율을 가지고 있기 때문에, 그 대부분은 영구 구조물 밖에서 발견됩니다.근육 세포 이외의 세포에서 발견되는 미세 필라멘트는 세 가지 [11]형태로 존재한다.

  • 미세 필라멘트 네트워크 - 동물 세포는 일반적으로 세포막 아래에 많은 미세 필라멘트를 포함하는 세포 피질을 가지고 있는데, 이것은 세포 조직의 존재를 배제합니다.이 네트워크는 세포 외부로 신호를 전달하는 수많은 수용체와 연결되어 있습니다.
세포 내에서 액틴 필라멘트를 보여주는 공초점 이미지의 병합 스택.셀 내에서 필라멘트를 찾을 수 있는 높이를 2D 영상으로 보여주기 위해 영상이 z축으로 컬러 코딩되었습니다.
  • 주기적인 액틴 링 - 균일한 간격으로 액틴 링으로 구성된 주기적인 구조는 [12]축삭에서 발견됩니다.이 구조에서 액틴 고리는 인접한 액틴 고리를 연결하는 스펙트린 사량자와 함께 축삭막을 지지하는 응집성 세포골격을 형성한다.구조 주기성은 축삭의 나트륨 이온 채널을 조절할 수도 있습니다.

효모

액틴의 세포골격은 세포내구증, 사이토키네시스, 세포극성 결정, 효모에서의 형태형성의 핵심이다.액틴에 의존하는 것 외에도, 이러한 과정들은 많은 신호 전달 분자와 함께 높은 수준의 진화적 보존을 가진 20~30개의 관련 단백질을 포함한다.이러한 요소들이 함께 내부 및 [13]외부 자극에 대한 세포의 반응을 정의하는 공간적 및 시간적으로 변조된 조립을 가능하게 합니다.

효모에는 액틴과 관련된 세 가지 주요 요소인 패치, 케이블 및 링이 포함되어 있습니다.이러한 구조는 오랫동안 존재하지는 않지만 지속적인 중합 및 탈중합으로 인해 동적 평형에 노출됩니다.그들은 분자량이 16kDa이고 COF1이라고 불리는 단일 유전자에 의해 코드화된 ADF/코필린, Aip1, 미세 필라멘트의 분해를 촉진하는 코필린 보조인자, Srv2/CAP, 아데닐레이트 사이클라아제 단백질과 관련된 프로세스 조절인자, 대략 분자량 1을 포함하는 다수의 부가 단백질을 가지고 있다.액틴 모노머와 관련된 4kDa [13]및 패치 구성에 관여하는 40kDa 단백질인 트윈필린.

식물

식물 게놈 연구는 액틴 계열의 유전자 내에서 단백질 등변성의 존재를 밝혀냈다.모델 유기체인 아라비도시스 탈리아나 안에는 10종류의 액틴, 6종류의 프로필린, 그리고 수십종의 미오신이 있다.이러한 다양성은 시간적,[4] 공간적 표현에서 약간 다른 변종을 소유하는 진화적 필요성에 의해 설명된다.이들 단백질의 대부분은 분석된 조직에서 공동으로 발현되었다.액틴 네트워크는 체외에서 배양된 세포의 세포질 전체에 분포한다.세포 피질에 스포크를 통해 연결된 핵 주위에는 네트워크가 집중되어 있으며, 이 네트워크는 매우 역동적이며 지속적인 중합과 [14]탈중합이 이루어집니다.

마이크로필라멘트를[15] 분할할 수 있는 단백질인 빌린의 C 말단 서브도메인 구조

대부분의 식물 세포가 형태학을 정의하는 세포벽을 가지고 있지만, 그들의 미세 필라멘트는 미세 필라멘트와 미오신에 의해 생성된 세포질 전류와 같은 많은 세포 활동을 달성하기에 충분한 힘을 발생시킬 수 있습니다.액틴은 또한 세포의 [16]신장 및 분화뿐만 아니라 세포 분열과 관련된 세포 형태 형성에도 관여합니다.

가장 주목할 만한 단백질은 식물 안의 액틴 cytoskeleton와 관련된: 같은 가족에게 gelsolin/severin고 칼슘 양이온들 앞에서 microfilaments와 바인드 액틴 각각 줄일 수 있습니다고 통합하자고 액틴 단량체를 인식하는 netw의 형성에 관여할 수 있다[16] 빌린,;fimbrin을 포함한다.orks( 다른 규제 과정 동물들 그리고 효모균이로);[17]formins는 수 있기 위한 행동을 함으로서 F-actin 중합 nucleating제, 미오신, 전형적인 분자 모터는 특정한 진핵과 애기 장대 thaliana은 코딩되어에 의해 17일 유전자에 두개의 뚜렷한 수업;CHUP1 수?, 바인딩 액틴고 연루되어에톤그세포 내 엽록체의 공간적 분포, 세포벽 내 자일로글루칸의 구성뿐만 아니라 골지 기구의 형태학을 정의하는 KAM1/MUR3, 액틴 세포 구조의 출현을 촉진하는 NtWLIM1 및 막과 미세 필라멘트 내 유기체의 결합에 관여하는 ERD10스트레스에 대한 유기체의 반응에 관여하는 역할을 한다.

핵액틴

핵액틴은 1977년 클라크와 메리암에 [18]의해 처음 발견되고 기술되었다.저자는 골격근 액틴과 동일한 특징을 보이는 Xenopus laevis 난모세포에서 얻은 핵분열에 존재하는 단백질을 설명한다.그 이후로 핵에서 액틴의 구조와 기능에 대한 많은 과학적 보고서가 있었다(검토는 다음을 참조).Hofmann 2009).[19]핵에서 액틴의 제어된 수준, 액틴 결합 단백질과의 상호작용, 그리고 다른 동질체의 존재는 액틴이 많은 중요한 [20]핵 과정에서 중요한 역할을 할 수 있도록 한다.

핵막을 통한 수송

액틴 시퀀스는 핵의 국재 신호를 포함하지 않습니다.액틴의 작은 크기(약 43 kDa)는 수동 [21]확산에 의해 핵으로 들어갈 수 있게 한다.핵으로의 액틴 수입(아마도 코필린과 복합체 내)은 수입 단백질 수입 [22]9에 의해 촉진된다.

액틴은 두 개의 핵 수출 신호(NES)를 가지고 있기 때문에 핵에서 낮은 수준의 액틴은 중요한 것으로 보인다.미세 주입된 액틴은 핵에서 세포질로 빠르게 제거된다.액틴은 exportin 1과 exportin [23][24]6의 적어도 두 가지 방법으로 수출된다.SMOylation과 같은 특정 변경은 핵 액틴의 유지를 가능하게 한다.SMOylation을 방해하는 돌연변이는 [25]핵에서 베타 액틴을 빠르게 내보낸다.

조직

핵액틴은 주로 단량체로 존재하지만 동적 올리고머와 짧은 [26][27][28]중합체를 형성할 수도 있다.핵액틴의 구성은 세포 유형에 따라 다르다.예를 들어 Xenopus 난모세포(체세포에 비해 핵 액틴 수치가 더 높음)에서 액틴은 핵 구조를 안정화시키는 필라멘트를 형성한다.이러한 필라멘트는 형광체 결합 팔로이딘 [18][21]염색 덕분에 현미경으로 관찰할 수 있습니다.

그러나 체세포 핵에서 액틴 필라멘트는 이 [29]기술을 사용하여 관찰될 수 없다.생물학적 샘플에서 직접 중합된 액틴을 정량화할 수 있는 유일한 시험인 DNase I 억제 분석에서는 내인성 핵 액틴이 실제로 주로 단량체 [28]형태로 발생한다는 것이 밝혀졌다.

세포질보다 낮은 세포핵의 액틴 수치를 정밀하게 제어하면 필라멘트의 형성을 막을 수 있다.ABP(주로 코필린)[30]와 복합체에 결합되어 있는 액틴 모노머에 대한 제한된 접근에 의해서도 중합이 감소한다.

액틴 아이소폼

세포핵에는 서로 다른 형태의 액틴이 존재한다.액틴 아이소폼의 수준은 세포 증식의 자극이나 증식 및 전사 활동의 [31]정지에 따라 변할 수 있다.핵액틴에 대한 연구는 이소폼 [32][33][34][35]베타에 초점이 맞춰져 있다.그러나 서로 다른 액틴 동질 형태에 대한 항체를 사용하면 세포핵의 세포질 베타뿐만 아니라 특정 세포 [28][36][37]유형에서 알파 및 감마 액틴을 식별할 수 있다.액틴의 서로 다른 등유형의 존재는 개별 등유형의 수준을 [28]독립적으로 제어할 수 있기 때문에 핵 프로세스에서 액틴의 기능에 상당한 영향을 미칠 수 있다.

기능들

핵에서 액틴의 기능은 다양한 ABP 및 핵의 구조적 요소와 중합 및 상호작용하는 능력과 관련이 있다.핵액틴은 다음에 관여한다.

  • 핵의 구조 - actin과 α II-spectrin 및 다른 단백질의 상호작용은 [38][39]핵의 적절한 형태를 유지하는데 중요합니다.
  • 전사 – Actin은 염색질 재구성,[9][32][40][41] 전사 시작 및 전사 [42]복합체와의 상호작용에 관여합니다.액틴은 RNA 중합효소 I,[35] II[33] 및 [34]III와 상호작용하면서 염색질 [43][44][45]구조의 조절에 관여합니다.Pol I 전사에서 액틴과 미오신(MYO1C, DNA를 결합하는 MYO1C)은 분자 모터 역할을 한다.Pol II 전사의 경우, β-actin은 사전 개시 복합체의 형성에 필요하다.Pol III는 서브유닛으로서 β-actin을 포함한다.액틴은 또한 염색질 리모듈링 복합체뿐만 아니라 mRNP 전 입자(즉, 단백질에 묶인 전구체 메신저 RNA)의 구성 요소가 될 수 있으며 RNA와 [46]단백질의 핵 수출에 관여한다.
  • 유전자 활성 조절 – 액틴은 다른 종류의 [47][48][49][50]유전자의 조절 영역에 결합합니다.유전자 활성을 조절하는 액틴의 능력은 분화된 세포가 배아 [49][51]상태로 돌아가게 하는 분자 재프로그래밍 방법에 사용된다.
  • 활성화된 염색체 조각이 막 하부에서 전사가 시작되는 에우로크로마틴으로의 전위.이 운동은 액틴과 [52][53]미오신의 상호작용을 필요로 한다.
  • 서로 다른 셀 컴파트먼트의 통합.액틴은 세포질과 핵 신호 전달 경로를 [54]통합한 분자이다.시험관내 세포의 [55][56][57]혈청 자극에 대한 전사의 활성화가 그 예이다.
  • 면역반응 - 핵액틴은 T세포 수용체 자극에 따라 중합되며,[58] 사이토카인 발현과 생체내 항체 생산에 필요하다.

구조 변화를 겪는 능력과 많은 단백질과의 상호작용으로 인해, 액틴은 [42]전사 복합체와 같은 단백질 복합체의 형성 및 활성을 조절하는 역할을 한다.

세포 이동

액틴은 또한 세포 이동에 관여한다.액틴 필라멘트의 그물코 구조는 움직이는 세포의 앞쪽 가장자리를 표시하고, 새로운 액틴 필라멘트의 중합은 라멜리포디아라고 [59]불리는 돌출부에서 세포막을 앞으로 밀어냅니다.그리고 이러한 막 돌기는 기질에 부착되어 액틴 [59]네트워크에 연결되는 초점 접착으로 알려진 구조를 형성합니다.일단 부착되면, 셀 본체의 후면은 접착점을 [59]지나 내용물을 앞으로 압착합니다.접착점이 셀의 후면으로 이동하면 셀이 셀을 분해하여 셀의 후면이 [59]앞으로 이동할 수 있도록 합니다.

액틴과 미오신을 특징으로 하는 심근육종 구조

액틴/미오신 운동

액틴 중합에 의해 생성된 물리적 힘 외에도, 마이크로필라멘트는 미오신이라고 불리는 운동 단백질 패밀리가 [60]이동하는 길목 역할을 함으로써 다양한 세포 내 구성 요소의 이동을 촉진합니다.

근육 수축

주요 기사:근육 수축
악틴을 함유하는 골격근의 기본 형태학적, 기능적 단위인 육식동물 구조

액틴은 주로 액틴과 미오신 [61]II의 반복된 다발로 구성된 근육 세포에서 특히 중요한 역할을 합니다.각 반복된 단위 - 육각류라고 불리는 -는 두 세트의 반대 방향 F-액틴 가닥("얇은 필라멘트")으로 구성되어 있으며, 미오신 다발("두꺼운 필라멘트")과 결합되어 있습니다.두 세트의 액틴 가닥은 [61]Z-디스크라고 불리는 구조를 구분하는 데 있어 육각의 양 끝에 (+) 끝이 박혀 방향을 잡습니다.미오신 섬유는 액틴 필라멘트 세트 사이에 있으며, 양 방향의 가닥을 가지고 있습니다.근육이 수축할 때, 미오신 실은 액틴 필라멘트를 따라 (+) 끝을 향해 움직이며, 육갑의 끝을 함께 당기고 길이의 [61]약 70%까지 짧아집니다.액틴 실을 따라 움직이기 위해, 미오신은 ATP를 가수분해해야 한다. 따라서 ATP는 근육 [61]수축을 위한 에너지원으로서의 역할을 한다.

정지 시에는 트로포미오신 및 트로포닌 단백질이 액틴 필라멘트에 결합하여 미오신 [61]부착을 방지한다.활성화 신호(즉, 활동 전위)가 근육 섬유에 도달하면, 그것은 석소체에서 세포로 Ca의 방출을 유발한다2+.결과적으로 세포질 칼슘의 급상승은 액틴 실로부터 트로포미오신과 트로포닌을 빠르게 방출하여 미오신이 결합하고 근육 대치가 [62]시작될 수 있게 합니다.

세포분열

세포 분열의 마지막 단계에서, 많은 세포들이 세포의 중간 지점에서 액틴 고리를 형성합니다."수축 고리"라고 적절하게 불리는 이 고리는 미오신 II가 액틴 고리를 따라 당겨 [63]수축시키는 근육 섬유와 유사한 메커니즘을 사용합니다.이 수축은 모세포를 두 개로 쪼개서 사이토키네시스를 [63]완성시킨다.수축 고리는 액틴, 미오신, 아닐린 및 α-액티닌으로 [64]구성되어 있습니다.Arp3, 포르민 Cdc12, 프로필린 및 WASP와 함께 수축환 내에 액틴이 미리 형성된 마이크로필라멘트와 함께 활발하게 형성되어 있는 핵분열 효모 Shychoscaromyces pombe.일단 고리가 구성되면 구조는 Arp2/3 복합체와 포름인의 도움을 받아 사이토키네시스의 [65]중심 과정 중 하나에 핵심인 연속적인 조립 및 분해에 의해 유지됩니다.

세포내 밀매

액틴-미오신 쌍은 또한 세포 내에서 다양한 막 소포와 소기관들의 운송에 참여할 수 있다.미오신 V는 유기체의 다양한 화물 수용체에 결합함으로써 활성화되고, 액틴 필라멘트를 따라 (+) 끝을 향해 이동하며 [66]화물을 끌어당긴다.

이러한 비전통적인 미오신들은 ATP 가수분해를 이용하여 소포와 소기관 같은 화물을 확산보다 훨씬 더 빠른 방향으로 운반합니다.묘신 V는 악틴 필라멘트의 가시 돋친 끝을 향해 걸으며 묘신 VI는 뾰족한 끝을 향해 걷는다.대부분의 액틴 필라멘트는 세포막을 향해 가시끝을, 세포 내부를 향해 뾰족한 끝을 가지고 배열된다.이것에 의해, 미오신 V는 화물 수출에 유효한 모터, 미오신 VI는 수입에 유효한 모터로 할 수 있다.

기타 생물학적 과정

C. elegans의 첫 번째 배아 세포 분열 시 액틴 역학의 형광 이미지.첫째, 액틴 필라멘트는 세포 상부에 모여 비대칭 세포 분열을 일으킨다.그 후 10초 후에 수축성 액틴 고리의 형성을 관찰할 수 있다.

액틴의 기능에 대한 전통적인 이미지는 세포골격의 유지, 따라서 세포 모양의 결정뿐만 아니라 [11]세포 조직의 조직과 움직임과 관련이 있습니다.그러나 액틴은 원핵생물에서 유사한 기능 외에도 진핵세포 생리학에서 더 넓은 역할을 한다.

  • 아포토시스프로그래밍된 세포사망 동안 ICE/ced-3 프로테아제 패밀리(인터류킨-1β-컨버터 프로테아제 중 하나)는 액틴을 생체 내에서 두 조각으로 분해한다. 단편 중 하나는 15kDa이고 다른 하나는 31kDa이다.이것은 세포자멸의 [67]기초를 형성하는 세포 생존 능력을 파괴하는 것과 관련된 메커니즘 중 하나를 나타낸다.단백질 분해효소 칼파인 또한 이러한 유형의 세포 [68]파괴에 관여하는 것으로 나타났다. 칼파인 억제제의 사용이 액틴 단백질 분해와 DNA의 분해(아포토시스의 [69]또 다른 특징 요소 중 하나)를 감소시키는 것으로 나타났다.한편, 아포토시스의 스트레스 유도 유발은 액틴 세포 골격의 재편성을 유발하고(그 중합도 포함한다), 스트레스 섬유라고 불리는 구조를 발생시킨다. 이것은 MAP 키나제 [70]경로에 의해 활성화된다.
두 세포의 상피를 연결하는 구조인 Zonula Occludens 또는 Tight 접합부의 다이어그램.액틴은 녹색으로 표시된 고정 요소 중 하나입니다.
  • 세포 유착과 발달.세포간의 유착은 조직의 분화를 가능하게 하여 세포의 복잡성을 증가시키는 다세포 유기체의 특징이다.세포상피 접착은 각 결합세포의 액틴 세포골격뿐만 아니라 [71]카테닌에 의해 매개되는 두 세포간 연결로 세포외 요소로서 작용하는 카드헤린을 포함한다.액틴 역학에 간섭하는 것은 유기체의 발달에 영향을 미칩니다, 사실 액틴은 중복 유전자의 시스템을 이용할 수 있는 매우 중요한 요소입니다.예를 들어 딕티오스텔륨에서 α-액티닌 또는 겔화인자 유전자가 제거된 경우 각 단백질이 다른 단백질의 기능을 수행할 수 있기 때문에 개인은 비정상적인 표현형을 나타내지 않는다.그러나 두 가지 유전자 유형이 모두 없는 이중 돌연변이의 발달이 [72]영향을 받는다.
  • 유전자 발현 변조.액틴의 중합 상태는 유전자 발현 패턴에 영향을 미친다.1997년에 슈반 세포에서 세포칼라신 D 매개 탈중합이 이러한 유형의 신경 [73]세포의 미엘린화에 관여하는 유전자의 특정한 발현 패턴을 일으킨다는 것이 발견되었다.F-actin은 곰팡이 Candida albicans와 [74]같은 단세포 유기체의 일부 생활 단계에서 트랜스크립텀을 수정하는 것으로 나타났다.또한 액틴과 유사한 단백질은 생쥐의[75] 정자 형성 중에 조절 역할을 하며, 효모에서는 액틴 유사 단백질은 유전자 [76]발현 조절에 역할을 하는 것으로 생각된다.사실, 액틴은 RNA 중합효소 및 전사 [9]과정에 관여하는 다른 효소들과 상호작용하는 핵 미오신의 한 종류와 반응할 때 전사 개시제 역할을 할 수 있다.
  • 스테레오실리아 역학.몇몇 세포들은 그들의 표면에서 기계적 감각 기능을 가진 미세한 성충 모양의 발육을 한다.예를 들어, 이런 종류의 소립은 귀에 위치한 코르티 기관에 있습니다.이들 구조물의 주요 특징은 길이를 [77]변경할 수 있다는 것이다.스테레오실리아의 분자 구조는 인접한 세포질에 존재하는 단량체와 동적 평형 상태의 파라크리스탈린 액틴 코어를 포함한다.타입 VI와 VIIa 미오신은 이 코어 전체에 존재하는 반면, 미오신 XVa는 스테레오실리아의 [78]길이에 비례하는 양으로 그것의 말단에 존재한다.
  • 본질적인 키랄리티.액토미오신 네트워크는 개별 [79]세포에서 본질적인 키랄리티를 생성하는 것과 관련이 있다.키랄 표면에서 자란 세포는 악토미오신에 의존하는 [80][81]좌/우편향을 보일 수 있다.

구조.

토끼 골격근에서 나온 액틴 단량체의 리본 다이어그램으로, 분자 표면이 반투명합니다.결합 ATP와 칼슘 이온뿐만 아니라 4개의 아도메인이 주석을 달았다.

단량체 액틴 또는 G-액틴은 깊은 [82]균열로 분리된 두 개의 엽으로 이루어진 구상 구조를 가지고 있다.균열의 바닥은 "ATPase fold"를 나타내며, 이는 마그네슘 이온과 ATP [82]분자에 결합하는 ATP와 GTP 결합 단백질 사이에 보존된 구조이다.각 액틴 단량체를 안정화하려면 ATP 또는 ADP의 결합이 필요하며, 이러한 분자 중 하나가 결합되지 않으면 액틴은 빠르게 [82]변성된다.

Kabsch가 토끼의 줄무늬 근육조직에서 만든 액틴의 X선 결정학 모델은 최초로 정제된 것이어서 구조 연구에 가장 많이 사용된다.Kabsch에 의해 결정화된 G-actin의 크기는 약 67 x 40 x 37Ω이고, 분자 질량은 41,785Da이며, 추정 등전점은 4.8이다.pH = 7에서의 순 전하량은 -7입니다.[83][84]

일차 구조

Elzinga와 동료들은 1973년에 이 유형의 액틴에 대한 완전한 펩타이드 배열을 처음 결정했으며, 이후 같은 저자의 연구는 모델에 더 자세한 내용을 추가했다.374개의 아미노산 잔류물을 함유하고 있다.그것의 N-말단은 매우 산성이며 아미노기에서 아세틸화 아스파르트산염으로 시작한다.C-말단은 알칼리성이며 페닐알라닌에 의해 형성되며, 그 앞에 시스테인이 있어 기능적으로 중요하다.양쪽 극단 모두 I-서브도메인 내에 근접해 있습니다.위치 [84]73에 이상 N-메틸히스티딘이τ 위치한다.

제3의 구조 - 도메인

3차 구조는 큰 도메인과 작은 도메인으로 알려진 두 개의 도메인으로 형성되며, 이 도메인은 ATP-ADPi+P와의 결합 위치를 중심으로 하는 균열에 의해 분리된다.이 아래에는 홈이라고 불리는 더 깊은 홈이 있습니다.원주민 주에서는 이름에도 불구하고 둘 다 비슷한 [83]깊이를 가지고 있다.

위상학 연구의 정규 규약은 단백질이 왼쪽에서 가장 큰 도메인과 오른쪽에서 가장 작은 도메인으로 나타난다는 것을 의미합니다.이 위치에서 더 작은 도메인은 하위 도메인 I(하위 위치, 잔류물 1-32, 70-144 및 338–374)과 하위 도메인 II(상위 위치, 잔류물 33-69)로 나뉜다.또한 더 큰 도메인은 하위 도메인 III(낮은, 잔류물 145–180 및 270–337)와 하위 도메인 IV(높은, 잔류물 181–269)의 두 가지로 나뉜다.하위 도메인 I 및 III의 노출 영역을 "막대" 끝이라고 하며, 도메인 II 및 IV의 노출 영역을 "지점" 끝이라고 합니다.이 명명법은 서브 도메인 II의 질량이 작기 때문에 액틴이 극성이라는 사실을 언급하고 있으며, 그 중요성은 아래에서 어셈블리 역학에 대해 논의한다.일부 저자는 하위 도메인을 [85]Ia, Ib, IIa 및 IIb라고 부릅니다.

기타 중요한 구조

가장 주목할 만한 초2차 구조는 β-meander와 β-α-β 시계방향 단위로 구성된 5쇄 베타 시트이다.두 영역 모두에서 단백질이 유전자 [86]복제에서 발생했음을 시사한다.

  • 아데노신 뉴클레오티드 결합 부위는 I 및 III 도메인과 관련된 두 개의 베타 헤어핀 모양 구조 사이에 위치한다.관련된 잔류물은 각각 Asp11-Lys18과 Asp154-His161이다.
  • 2가 양이온 결합 부위는 아데노신 뉴클레오티드의 바로 아래에 위치한다.생체 내에서는 Mg 또는2+ Ca에 의해2+ 가장 자주 형성되며, 체외에서는 Lys18과 뉴클레오티드의 α-인산 및 β-인산염의 2개의 옥시겐으로 구성된 킬레이트 구조에 의해 형성된다.이 칼슘은 아미노산 Asp11, Asp154 및 Gln137에 의해 유지되는 6개의 물 분자와 배위되어 있습니다.그들은 잔류물 137과 144 사이에 위치한 소위 "힌지" 영역의 움직임을 제한하는 뉴클레오티드와 복합체를 형성한다.이것은 단백질의 이탈이 액틴 단량체를 변성시킬 때까지 단백질의 고유 형태를 유지합니다.이 영역은 또한 단백질의 구분이 "열린"[1][85] 형태인지 "닫힌" 형태인지를 결정하기 때문에 중요하다.
  • 친화력이 낮은(중간) 센터가 적어도 3개 이상 있고, 2가 양이온에 대한 친화력이 낮은 다른 센터가 있을 가능성이 높다.이들 센터는 활성화 [85]단계 동안 작용함으로써 액틴의 중합에 역할을 할 수 있다고 제안되었다.
  • 서브도메인 2에는 DNase I과 결합하기 때문에 "D-루프"라고 불리는 구조가 있으며, His40과 Gly48 잔기 사이에 위치한다.대부분의 결정에서 무질서한 원소로 보이지만 DNase I과 복합하면 β-시트처럼 보인다.중합에서 중요한 사건은 아마도 뉴클레오티드와의 결합의 중심에서 이 도메인으로의 구조 변화의 전파이며, 이 도메인은 루프에서 [1]나선형으로 변화한다.하지만, 이 가설은 다른 [87]연구들에 의해 반박되었다.

에프액틴

F-actin; Ken Holmes의 액틴 필라멘트[88] 모델에 기초한 13개의 서브유닛 반복의 표면 표현

다양한 조건에서 G-액틴 분자는 "필라멘타스" 또는 "F-액틴"이라고 불리는 더 긴 실로 중합됩니다.이 F-actin 실들은 전형적으로 서로 감긴 두 개의 나선형 액틴 가닥으로 구성되어 72나노미터마다 반복되는 7나노미터에서 9나노미터 [89]폭의 나선을 형성합니다.F-actin 스레드에서 G-actin 분자는 모두 같은 방향으로 배향되어 있다.F-actin 스레드의 양 끝은 서로 다릅니다.말단 액틴 분자의 ATP 결합 균열의 한쪽 끝(-)은 바깥쪽을 향하고 있다.반대쪽 끝(+)에서 ATP 결합 균열은 필라멘트에 묻혀 인접한 액틴 [89]분자와 접촉한다.F-actin 스레드가 성장함에 따라 새로운 분자가 기존 F-actin 가닥의 (+) 끝에서 결합하는 경향이 있습니다.반대로, 실은 가닥의 [89]끝(-)에서 액틴 모노머를 제거함으로써 수축하는 경향이 있습니다.

코필린과 같은 일부 단백질은 회전각을 증가시키는 것으로 보이지만, 이는 다른 구조적 상태의 확립으로 해석될 수 있다.이것들은 중합 [90]과정에서 중요할 수 있다.

회전 반지름과 필라멘트 두께의 측정과 관련하여 합의점이 거의 없다. 첫 번째 모델에 할당된 길이가 25Ω인 반면, 저온 전자 현미경으로 뒷받침된 현재의 X선 회절 데이터는 23.7Ω인 것으로 보인다.이 연구들은 단량체 사이의 정확한 접촉점을 보여주었다.어떤 것들은 하나의 단량체의 "막대" 끝과 다음 단의 "끝이 뾰족한" 끝 사이에 동일한 사슬의 단위로 형성됩니다.인접한 사슬의 단량체는 서브도메인 IV의 돌기를 통해 측면 접촉하지만, 가장 중요한 돌기는 잔류물 39~42, 201~203 및 286을 포함하는 3개의 체에 의해 형성된 C-말단과 소수성 고리이다.이 모델은 필라멘트가 하위 도메인이 스스로 회전하는 "시트" 형태의 모노머에 의해 형성된다는 것을 암시하며, 이 형태는 박테리아 활동인 호몰로그 [91]MreB에서도 발견된다.

마이크로필라멘트의 양끝을 가리키는 "지점화"와 "바바드"라는 용어는 "장식"이라고 불리는 준비 기술에 따라 샘플을 검사했을 때 투과 전자 현미경으로 볼 때 나타나는 모양에서 유래합니다.이 방법은 타닌산으로 고정된 조직에 미오신 S1 단편을 첨가하는 것이다.이 미오신은 액틴 모노머와 극성 결합을 형성하여 축을 따라 깃털 플렛킹이 있는 화살처럼 보이는 구성을 만들어 냅니다. 여기서 샤프트는 액틴이고 플렛킹은 미오신입니다.이 논리에 따라 돌출된 미오신이 없는 마이크로필라멘트의 끝을 화살표의 점(-끝)이라고 하고, 다른 끝을 철조망(+[92]끝)이라고 한다.S1 fragment는 미오신II의 두경부 도메인으로 구성되어 있다.생리적 조건 하에서 G-액틴(단량체 형태)은 ATP에 의해 F-액틴(고분자 형태)으로 변환되며, 여기에서 ATP의 역할은 필수적이다.[93]

근육에서 발견되는 나선형 F-액틴 필라멘트는 또한 F-액틴 [94]나선을 감싸고 있는 40나노미터 길이의 단백질인 트로포미오신 분자를 포함합니다.휴식기 동안 트로포미오신은 액틴의 활성 부위를 덮어서 액틴-미오신 상호작용이 일어나지 않고 근육수축을 일으킨다.트로포닌 실에 결합된 다른 단백질 분자가 있는데, 이것은 트로포닌 I, 트로포닌 T, 트로포닌 [95]C의 세 가지 중합체를 가진 트로포닌이다.

F-actin은 강하고 역동적이다.구성 요소가 공유 결합과 함께 결합되어 있는 DNA와 같은 다른 중합체와는 달리, 액틴 필라멘트의 모노머는 더 약한 [96]결합에 의해 조립됩니다.인접한 단량체와의 측면 결합에 의해 이 이상이 해결되며, 이론적으로 열 교반으로 인해 구조가 약해질 수 있습니다.또한 약한 결합은 필라멘트 단부가 단량체를 쉽게 방출하거나 혼입할 수 있다는 이점을 준다.이것은 필라멘트가 빠르게 재형성될 수 있고 환경 자극에 반응하여 세포 구조를 바꿀 수 있다는 것을 의미한다.이를 생화학적 메커니즘과 함께 "어셈블리 다이내믹스"[6]라고 한다.

접이식

시조 Pyrococcus horikoshii에서 발견된 프리폴딘 단백질의 결정학(PDB: 2ZDI)에 대한 PyMOL 프로그램을 사용하여 얻은 리본 모델.6개의 초 2차 구조는 중앙 베타 배럴에 "매달린" 코일형 나선에 존재합니다.이것들은 종종 문헌에서 해파리의 촉수에 비유된다.전자현미경법으로 볼 수 있는 한 에우카리오테릭 프리폴딘은 유사한 [97]구조를 가지고 있다.

액틴은 자발적으로 3차 [98]구조의 대부분을 획득할 수 있다.하지만, 새롭게 합성된 토종 형태로부터 완전히 기능적인 형태를 얻는 방법은 특별하고 단백질 화학에서 거의 독특하다.이 특별한 경로의 이유는 잘못 접힌 액틴 모노머의 존재를 피할 필요가 있기 때문일 수 있으며, 이는 비효율적인 중합 터미네이터로 작용할 수 있기 때문에 독성이 있을 수 있습니다.그럼에도 불구하고, 이것은 세포 골격의 안정성을 확립하는 데 중요하며, 또한 세포 [99][100]주기를 조정하기 위한 필수 과정이다.

접기가 올바르게 이루어지도록 하려면 CCT가 필요합니다.CCT는 다른 단백질의 접힘을 돕는 큰 단백질 복합체인 II족 샤페로닌이다.CCT는 8개의 서로 다른 서브유닛(헤테로-옥타미)의 이중 고리로 형성되며, 중앙 촉매 공동을 덮는 역할을 하기 위해 공동 샤페론이 필요하지 않기 때문에 Eubacteria와 진핵 세포 소기관에서 발견되는 GroEL과 같은 I족 샤페로닌과는 다르다.기질은 특정 도메인을 통해 CCT에 결합한다.최근 면역 침강 연구 결과 기질로 기능할 수 있는 많은 폴리펩타이드와 상호작용하는 것으로 나타났지만 처음에는 액틴과 튜불린에만 결합하는 것으로 생각되었다.이것은 때때로 반응을 [101]완료하기 위해 여러 차례의 해방과 촉매 작용을 필요로 하는 ATP 의존적 구조 변화를 통해 작용한다.

그들의 접힘을 성공적으로 완료하기 위해서, 액틴과 튜불린은 모두 분자들이 공진화할[citation needed] 정도로 특이적인 상호작용에서 헤테로헥사메릭 복합체인 프리폴딘이라고 불리는 또 다른 단백질과 상호작용할 필요가 있다.액틴은 프리폴딘이 형성되는 동안 약 145개의 아미노산, 특히 N [102]말단에 있는 아미노산과 복합체이다.

액틴이나 튜불린에는 서로 다른 인식 서브유닛이 사용되지만 일부 중복이 있다.액틴에서 프리폴딘과 결합하는 서브유닛은 아마도 PFD3와 PFD4일 것이며, 하나는 잔류물 60~79 사이에, 다른 하나는 잔류물 170~198 사이에 결합한다.액틴은 프리폴딘의 "촉" 안쪽 끝에 의해 개방된 형태로 인식, 로드 및 세포질 샤페로닌(CCTV)으로 전달됩니다(이미지와 메모 [98]참조).액틴이 전달될 때 접촉이 너무 짧아 3차 복합체가 형성되지 않아 프리폴딘이 즉시 [97]방출된다.

샤페로닌 CCT의 꼭대기 γ-도메인의 리본 모델

그리고 나서 CCT는 액틴을 단순히 [103]공동에 감싸는 것이 아니라 소단위와의 결합을 형성함으로써 액틴의 순차적 접힘을 일으킨다.이것이 바로 정점 β 도메인에서 특정 인식 영역을 소유하는 이유이다.접힘의 첫 번째 단계는 잔류물 245–249의 인식으로 구성된다.다음으로,[104] 다른 결정요인들이 접촉을 확립한다.액틴과 튜불린 모두 ATP가 없을 때 개방된 형태로 CCT에 결합한다.액틴의 경우, 각각의 구조 변화 동안 2개의 서브유닛이 결합되는 반면, 튜불린 결합은 4개의 서브유닛으로 이루어진다.액틴은 sequences 및 β-CCTV 서브유닛 또는 --CCTV 및 --CCTV와 상호작용하는 특정 결합 서열을 가지고 있다.AMP-PNP가 CCT에 결합되면 기질은 샤페로닌의 캐비티 내에서 이동한다.또한 액틴의 경우 CAP 단백질이 액틴의 최종 접힘 [100]상태의 가능한 보조인자로 필요한 것으로 보인다.

이 과정이 조절되는 정확한 방법은 아직 완전히 이해되지 않았지만, 단백질 PhLP3(포스듀신과 유사한 단백질)가 3차 [101]복합체의 형성을 통해 그 활성을 억제하는 것으로 알려져 있다.

ATP분해효소 촉매 메커니즘

액틴은 ATP 분해효소인데, 이것은 ATP를 가수 분해하는 효소라는 것을 의미한다.이 효소 그룹은 반응 속도가 느린 것이 특징이다.이 ATP 분해효소는 활성, 즉 액틴이 [90]필라멘트의 일부를 형성할 때 속도가 약 40,000배 증가하는 것으로 알려져 있습니다.이상적인 조건에서 가수분해 속도에 대한 기준값은 약 0.3초이다−1.그i 후 [105][106]P는 필라멘트 내부에서 협조적으로 해방될 때까지 ADP 옆의 액틴에 오랫동안 결합되어 있다.

촉매 메커니즘의 정확한 분자 세부 사항은 아직 완전히 파악되지 않았습니다.이 문제에 대해서는 많은 논란이 있지만, ATP의 가수분해에는 "닫힌" 배치가 필요하며, 이 과정에 관여하는 잔류물은 적절한 [90]거리로 이동한다고 생각된다.글루탐산 Glu137은 서브도메인 1에 위치한 주요 잔류물 중 하나이다.그것의 기능은 ATP의 γ-인산 결합에 친핵성 공격을 생성하는 물 분자와 결합하는 반면, 뉴클레오티드는 3번과 4번 하위 도메인에 강하게 결합하는 것이다.촉매 프로세스가 느리는 이유는 물 분자가 반응 물질에 비해 거리가 멀고 위치가 왜곡되었기 때문입니다.액틴의 G와 F 형태 사이의 도메인 회전에 의해 생성된 구조 변화가 글루137을 더 가까이 이동하여 가수 분해를 허용할 가능성이 높다.이 모델은 중합과 ATP 분해효소의 기능이 [91][94]즉시 분리될 것임을 시사합니다.G와 F 형태 사이의 "개방"에서 "폐쇄"로의 변환과 여러 주요 잔류물의 상대적 움직임과 물 와이어 형성에 대한 영향은 분자 역학 및 QM/MM 시뮬레이션에서 [107][108]특징지어졌다.

어셈블리 다이내믹스

G-actin을 F-actin으로 변환하기 위한 중합 메커니즘을 보여주는 미세 필라멘트 형성. ATP의 가수 분해에 주목한다.

액틴 필라멘트는 종종 빠르게 조립되고 분해되어 힘을 발생시키고 세포 [109]이동을 지원할 수 있습니다.어셈블리는 일반적으로 3단계로 이루어집니다.첫째, 2~3개의 G-액틴 분자가 천천히 결합하여 추가적인 성장을 일으키는 작은 올리고머를 형성하는 "핵화 단계"입니다.둘째, 양 끝에 많은 액틴 분자가 추가됨으로써 액틴 필라멘트가 빠르게 성장하는 "엘론테이션 단계"입니다.필라멘트가 성장함에 따라 액틴 분자는 필라멘트의 (+) 끝에 (-) 끝보다 약 10배 더 빨리 추가되며, 따라서 필라멘트는 (+) [110]끝단에서 주로 커지는 경향이 있습니다.셋째, 액틴 분자와 같은 속도로 필라멘트가 결합 및 이탈하여 필라멘트의 [109]길이를 유지하는 "안정 상태 단계"입니다.정상 상태에서 필라멘트의 길이가 일정하게 유지되는 동안, 새로운 분자는 끊임없이 (+) 끝에 추가되고 (-) 끝에서 떨어집니다. 주어진 액틴 분자로 "트리드밀링"이라고 불리는 현상은 [111]가닥을 따라 이동하는 것처럼 보일 것입니다.이와는 별도로 필라멘트가 성장할지 수축할지는 [110]필라멘트 주위의 G-액틴 농도에 의해 결정되지만, 세포에서 액틴 필라멘트의 역학은 다양한 액틴 결합 단백질에 의해 크게 영향을 받는다.

액틴결합단백질

생체 내 액틴 세포골격은 액틴으로만 구성되어 있지 않으며, 그 형성, 연속성 및 기능을 위해 다른 단백질이 필요하다.이러한 단백질은 액틴 결합 단백질이라고 불리며 액틴의 중합, 탈중합, 안정성 및 [112]조직에 관여합니다.이러한 단백질의 다양성은 액틴이 단백질-단백질 [113]상호작용에 가장 많이 관여하는 단백질이라고 생각될 정도로 다양합니다.

Arp2/[114]3의 원자 구조.각 색상은 서브유닛에 대응합니다.Arp3, 오렌지, Arp2, sea blue(서브유닛1 및 2는 표시되지 않음), p40, 그린, p34, 라이트 블루, p20, 다크 블루, p21, 마젠타, p16, 옐로우.

새로운 액틴 필라멘트의 핵생성 - 액틴 중합에서의 속도 제한 단계 -은 포르민(포르민-2와 같은) 및 Arp2/[115]3 복합체와 같은 액틴 핵생성 단백질에 의해 도움을 받습니다.포르민은 긴 액틴 필라멘트를 핵으로 만드는 것을 돕는다.두 개의 활성 ATP 분자를 결합시켜 결합시킵니다.필라멘트가 자라기 시작하면, 포르민은 필라멘트의 성장을 촉진하는 액틴 결합 단백질을 모집하고 필라멘트의 확장을 [115]막는 캡 단백질은 제외하면서 성장하는 필라멘트의 (+) 끝을 따라 이동합니다.액틴 필라멘트의 가지는 전형적으로 핵생성 촉진 인자와 함께 Arp2/3 복합체에 의해 핵생성된다.핵생성 촉진 인자는 두 개의 유리 G-actin 분자와 결합하고 나서 Arp2/3 복합체를 모집하고 활성화한다.활성화된 Arp2/3 복합체는 기존 액틴 필라멘트에 부착되며, 두 개의 결합된 G-액틴 분자를 사용하여 70° [116]각도로 기존 액틴 필라멘트에서 분기하는 새로운 액틴 필라멘트를 핵으로 형성한다.

액틴(녹색)-프로필린(파란색) 콤플렉스.[117]표시된 프로파일러는 그룹 II에 속하며, 일반적으로 신장과 뇌에 존재한다.

필라멘트가 성장함에 따라 이용 가능한 G-액틴 분자의 풀은 프로필린 및 사이모신β-4와 같은 G-액틴 결합 단백질에 의해 관리된다.Profilin은 ADP 결합 G-actin에 결합하고 ADP와 ATP의 교환을 촉진함으로써 사용 가능한 Actin-ATP의 공급을 보장합니다.액틴 분자에 대한 Profilin의 결합은 물리적으로 필라멘트의 끝(-)에 대한 추가를 막지만, 필라멘트가 (+) 끝에 결합하는 것을 허용한다.actin-ATP가 필라멘트에 결합되면 프로파이린은 [111]필라멘트를 방출합니다.포름인은 새로운 액틴 필라멘트의 핵형성과 확장을 촉진하면서 해당 영역에 프로파일러를 모집하여 필라멘트 [115]성장을 촉진하기 위해 액틴-ATP의 국소 농도를 증가시킨다.반면 사이모신β-4는 작용하여 ATP를 결합하고 분리하여 미세필름에 [118]결합하는 것을 방지한다.

일단 액틴 섬유가 확립되면, 그 성장 또는 붕괴의 역학은 수많은 단백질에 의해 영향을 받는다.기존 가닥은 코필린 및 겔솔린과 같은 필라멘트 절단 단백질에 의해 중단될 수 있습니다.코필린은 필라멘트에 있는 두 개의 액틴-ADP 분자를 따라 결합하고 필라멘트를 불안정하게 만들고 그것을 [119]부수게 하는 움직임을 강요합니다.겔솔린은 필라멘트의 액틴 분자 사이에 삽입되어 필라멘트를 교란시킵니다.필라멘트가 파손된 후에도 겔솔린은 새로운 (+) 단부에 부착되어 성장을 방해하여 분해가 [118]강제됩니다.

겔솔린 단백질은 액틴의 조립 및 분해에 중요한 조절제입니다.

다른 단백질들은 액틴 필라멘트의 끝에 결합하여 그것들을 안정화시킨다.이것들은 "캡핑 단백질"이라고 불리며 CapZ와 트로포모듈린을 포함합니다.CapZ는 필라멘트의 (+) 끝을 결합시켜 그 끝에서 [118]액틴의 추가 또는 손실을 방지합니다.트로포모듈린은 필라멘트의 끝(-)에 결합하고, 그 끝의 분자의 추가 또는 손실을 막습니다.트로포모듈린은 일반적으로 근육과 [118]적혈구와 같이 매우 안정적인 액틴 필라멘트를 필요로 하는 세포에서 발견됩니다.

이러한 액틴 결합 단백질은 일반적으로 다양한 세포 위치에서 액틴 조립 역학을 제어하기 위해 다양한 세포 신호에 의해 조절됩니다.예를 들어, 포르민은 일반적으로 작은 GTPase [115]Rho의 결합에 의해 활성화될 때까지 비활성 상태로 접힙니다.세포막에서의 액틴 분기는 세포 이동에 중요하기 때문에 혈장막 지질2 PIP는 핵형성촉진인자 WASP를 활성화하여 CapZ를 [120]억제한다.또한 WASp는 작은 GTPase Cdc42에 의해 활성화되며, 또 다른 핵증진인자 WAVE는 GTPase [121]Rac1에 의해 활성화된다.

유전학

구조 단백질의 주요 상호작용은 카드헤린 기반 아데렌스 접합부에서 이루어진다.액틴 필라멘트는 빈쿨린을 통해 α-액티닌 및 막과 결합된다.빈슐린의 머리 도메인은 α-카테닌, β-카테닌 및 β-카테닌을 통해 E-카데린과 관련된다.빈슐린의 꼬리 도메인은 막지질과 액틴 필라멘트에 결합합니다.

대부분의 효모가 하나의 액틴 유전자만을 가지고 있지만, 일반적으로, 고등 진핵 생물은 관련된 유전자의 패밀리에 의해 코드된 몇 가지 액틴의 이소 형태를 발현합니다.포유류는 별도의 [122]유전자에 의해 코드화된 최소 6개의 액틴 동질체를 가지고 있으며, 등전점에 따라 알파, 베타, 감마 등 세 가지 등급으로 나뉩니다.일반적으로 알파 액틴은 근육(α-스켈레탈, α-피질 평활, α-카디악)에서 발견되는 반면, 베타 및 감마 아이소폼은 비근육 세포(β-세포질, β-세포질, β-세포질, β-장질 평활)에서 두드러진다.이소포름의 아미노산 배열과 시험관내 특성은 매우 유사하지만,[123] 이들 아이소포름들은 생체 내에서 서로를 완전히 대체할 수 없다.식물은 60개 이상의 액틴 유전자와 유사 유전자를 가지고 [82]있다.

전형적인 액틴 유전자는 약 100-뉴클레오티드 5' UTR, 1200-뉴클레오티드 번역 영역 및 200-뉴클레오티드 3' UTR을 가진다.대부분의 액틴 유전자는 인트론에 의해 간섭되며, 19개의 잘 특징지어지는 위치에 최대 6개의 인트론이 있다.가족의 높은 보존성은 액틴을 인트론 진화의 초기 모델과 인트론 진화의 후기 모델을 비교하는 연구에서 선호되는 모델로 만든다.

진화

액틴과 밀접하게 연관된 단백질은 모든 유기체에 존재하며, 지구상의 모든 생명체의 공통 조상이 [124]액틴이었다는 것을 암시합니다.액틴은 진핵생물의 진화 과정 동안 가장 보존된 단백질 중 하나이다.동물과 아메바에서 추출된 액틴 단백질의 배열은 약 10억 년의 [82]진화에 의해 분리되었음에도 불구하고 80% 동일하다.많은 단세포 진핵생물들은 하나의 액틴 유전자를 가지고 있는 반면, 다세포 진핵생물들은 종종 특별한 기능을 하는 밀접하게 관련된 유전자를 가지고 있다.인간은 6개, 식물은 10개 [124]이상을 가지고 있다.액틴 외에도, 진핵 생물은 액틴과 공통 조상을 공유하고 Arp1-Arp11이라고 불리는 액틴 관련 단백질의 큰 패밀리를 가지고 있으며, Arp1은 액틴과 가장 밀접하게 관련되어 있고, Arp11은 [124]가장 적다.

박테리아는 세 가지 종류의 액틴을 코드합니다.MreB는 세포 형태, FtsA 세포 분열 및 큰 플라스미드의 [124]ParM 분리에 영향을 미칩니다.어떤 고세균들은 박테리아와 비슷한 MreB 유전자를 가지고 있는 반면, 다른 고세균들은 진핵생물 액틴과 [124]더 많이 닮은 액틴 유전자를 가지고 있다.

모든 분류학 그룹 중 유기체의 진핵 세포골격은 액틴과 튜불린과 유사한 성분을 가지고 있다.예를 들어, 인간의 ACTG2 유전자에 의해 코드화된 단백질은 뉴클레오티드 수준에서 유사성이 92%[125]로 감소하더라도 랫드와 생쥐에 존재하는 상동성과 완전히 동등하다.그러나, 원핵생물(FtsZ와 MreB)의 등가물과 큰 차이가 있으며, 여기서 뉴클레오티드 배열 사이의 유사성은 다른 박테리아와 고세균 종 사이에서 40-50%이다.일부 저자들은 진핵생물 액틴 모델을 탄생시킨 조상 단백질이 현대의 박테리아 [4][126]세포골격에 존재하는 단백질과 유사하다고 주장한다.

G-actin과 유사한 3차원 구조를 가진 세균단백질 MreB의 구조

일부 저자들은 DNA의 안정화 및 조절에 관여하는 단백질인 액틴, 튜불린, 히스톤의 행동이 뉴클레오티드와 결합하는 능력과 브라운 운동을 이용하는 능력에서 유사하다고 지적한다.또한 그들 모두가 공통의 [127]조상을 가지고 있다는 것이 제시되었다.따라서, 진화 과정은 오늘날 존재하는 다양한 종류의 조상 단백질을 다양화시키는 결과를 [128]낳았고, 특히 액틴을 내구성세포증과 같은 중요한 조상 생물학적 과정을 해결할 수 있는 효율적인 분자로 보존했습니다.

Arp2/3 복합체는 모든 진핵 [129]생물에서 널리 발견된다.

원핵생물의 등가물

박테리아 세포골격은 액틴 모노머와 폴리머와 매우 유사한 단백질을 포함하고 있다.박테리아 단백질 MreB는 얇은 비나선 필라멘트로 중합되며 때로는 F-actin과 [91][130]유사한 나선 구조로 중합됩니다.또한 결정구조는 G-액틴과 매우 유사하며(3차원 구조상) MreB 프로토필라멘트와 F-액틴의 유사성도 있다.박테리아 세포골격은 또한 튜브린과 [131]비슷한 FtsZ 단백질을 포함하고 있다.

따라서 박테리아는 비록 이러한 단백질의 아미노산 배열이 동물 세포에 존재하는 것과 다르더라도 액틴과 상동적인 요소(예: MreB, AlfA, Parm, FtsA, MamK)를 가진 세포골격을 가지고 있다.그러나 이러한 단백질은 진핵생물 액틴과 구조적으로 매우 유사하다.MreB와 ParM의 집적에 의해 형성된 매우 동적인 미세 필라멘트는 세포 생존에 필수적이며 세포 형태 형성, 염색체 분리 및 세포 극성에 관여합니다.ParM은 플라스미드에 코드화된 액틴 호몰로그로 플라스미드 [4][132]DNA의 조절에 관여한다.다양한 박테리아 플라스미드로부터의 ParM은 충실한 플라스미드 유전을 유지하기 위해 두 가닥 또는[135] 네 가닥으로 이루어진[133][134] 놀랄 만큼 다양한 나선 구조를 형성할 수 있다.

고고학에서 호몰로그 Ta0583은 진핵생물 액틴과 [136]더 유사하다.

분자병리학

대부분의 포유류는 6개의 다른 액틴 유전자를 가지고 있다.이들 중 2개의 세포골격 코드(ACTB 및 ACTG1)는 골격줄근(ACTA1), 평활근 조직(ACTA2), 장근(ACTG2) 및 심근(ACTC1)에 관여한다.세포골격의 액틴은 HIV를 포함한 많은 전염성 물질의 병원성 메커니즘에 관여합니다.액틴에 영향을 미치는 돌연변이의 대부분은 지배적인 영향을 미치는 점 돌연변이입니다. 단, 네말린 미오파시에 관련된 6개의 돌연변이는 예외입니다.많은 경우 액틴 단량체의 돌연변이가 F-액틴의 [85]신장을 막아 캡 역할을 하기 때문이다.

ACTA1 관련 병리

ACTA1은 심장 근육과 [137]갑상선에서도 발현되지만 인간의 골격 줄무늬 근육에서 우세한 액틴의 α-이소형을 코드하는 유전자이다.그것의 DNA 배열은 5개의 알려진 [138]녹취물을 생성하는 7개의 엑손으로 구성되어 있다.이들 대부분은 아미노산 치환을 일으키는 점 돌연변이로 구성되어 있다.많은 경우 돌연변이는 [85][138]고통의 심각성과 과정을 결정하는 표현형과 관련이 있다.

네말린 미오파시를[139] 담당하는 돌연변이의 운반체 ACTA1의 DNA 배열의 트랜스펙션에 의해 생성되는 거대 네말린 로드

이 돌연변이는 3가지 형태의 근질환 중 하나를 생성하는 골격근의 구조와 기능을 변화시킨다: 타입 3의 신말린 근질환, 얇은 근필라멘트(CM)를 초과하는 선천성 근질환, 섬유형 불균형(CMFTD)을 가진 선천성 근질환.핵심 [140]근질환을 일으키는 돌연변이 또한 발견되었다.비록 그들의 표현형이 비슷하지만, 전형적인 네말린 미오파시 외에도 몇몇 전문가들은 액티닉 네말린 미오파시라고 불리는 또 다른 종류의 미오파시를 구별한다.전자의 경우 일반적인 막대 대신 액틴 덩어리가 형성된다.생검에서 [141]환자가 하나 이상의 표현형을 보일 수 있다는 것을 밝히는 것이 중요하다.가장 일반적인 증상은 전형적인 얼굴 형태학(근병적 측면), 근육 약화, 운동 발달 지연, 호흡곤란으로 구성된다.병의 경과, 심각성, 나타나는 연령은 모두 다양하며 중복되는 형태의 근병증도 발견됩니다.네말린 미오파시의 증상은 "네말린 로드"가 제1형 근섬유의 다른 위치에 나타나는 것이다.이 막대들은 육식동물에서 [142]발견되는 Z 디스크와 유사한 구성을 가진 비파트로노믹 구조입니다.

이 근질환의 병인은 매우 다양하다.많은 돌연변이는 뉴클레오티드 결합 부위 근처의 액틴 함몰 영역에서 발생하는 반면, 다른 돌연변이는 도메인 2 또는 관련 단백질과의 상호작용이 일어나는 영역에서 발생합니다.이것은 네말린, 핵내 물체 또는 얼룩말 [85]물체처럼 이러한 경우에 형성되는 매우 다양한 덩어리를 설명하는 데 도움이 됩니다.액틴의 접힘의 변화는 네말린 미오파시뿐만 아니라 그 집합의 변화에서도 일어나고 다른 관련 단백질의 발현에서도 변화가 있다.핵내체가 발견되는 일부 변형에서는 세포핵에서 [143]액틴의 돌연변이 형태의 축적이 일어나도록 접힘 마스크의 변화가 핵의 단백질 수출 신호에서 발생한다.한편 CFTDM을 일으키는 ACTA1에 대한 돌연변이는 [144]구조보다 육종 기능에 더 큰 영향을 미치는 것으로 보인다.최근의 연구는 이 명백한 모순을 이해하려고 노력했는데, 이것은 막대 수와 근육 약화 사이에 분명한 상관관계가 없다는 것을 암시한다.일부 돌연변이는 II형 [99]근섬유에서 더 큰 아포토시스 속도를 유도할 수 있는 것으로 보인다.

ACTA1과[139] 관련된 다양한 방선질환과 관련된 7가지 돌연변이의 위치

평활근에

평활근 조직의 액틴을 코드하는 두 개의 아이소폼이 있습니다.

가장 큰 액틴 아이소폼의 ACTG2 코드는 9개의 엑손이 있으며, 그 중 하나는 5' 끝에 위치한 엑손은 [125]번역되지 않는다.장평활근에 발현되는 γ-액틴입니다.비록 마이크로어레이가 이 단백질이 시스플라틴을 [145]사용한 화학요법에 내성이 있는 경우에 더 자주 발현된다는 것을 보여주었지만, 이 유전자에 대한 돌연변이는 아직 발견되지 않았다.

ACTA2는 평활근 및 혈관 평활근에 위치한 α-actin을 코드합니다.MYH11 돌연변이는 유전성 흉부 대동맥류, 특히 유형 6의 최소 14%에 원인이 있을 수 있다는 것이 지적되었다.이는 돌연변이 변형으로 인해 잘못된 필라멘트 어셈블리가 생성되고 혈관 평활근 수축 용량이 감소하기 때문입니다.대동맥 매체의 열화는 대동맥 혈관 [146]협착증뿐만 아니라 조직과 과형성 부위와 함께 이러한 개인에게 기록되었습니다.그 유전자가 관여하는 고통의 수는 증가하고 있다.이는 모야모야병과 관련이 있으며 흉부 대동맥류 및 허혈성 [147]심장병과 같은 많은 혈관 병리학에 대한 소인을 부여할 수 있는 것으로 보인다.평활근에서 발견되는 α-actin은 간경화의 [148]진행을 평가하는 흥미로운 지표이기도 하다.

심근에

ACTC1 유전자는 심장 근육에 존재하는 α-액틴 아이소폼을 코드한다.이것은 1982년 하마다와 동료들에 의해 처음 시퀀싱되었는데, 그 때 5개의 [149]침입자에 의해 중단되는 것이 발견되었다.그것은 병리학적 [150]과정에 관여하는 대립 유전자가 발견된 6개의 유전자 중 첫 번째 유전자였다.

확대된[151] 심근증의 징후를 보이는 쥐 심장의 단면적

이 유전자의 포인트 돌연변이와 관련된 많은 구조적 장애는 1R형 확장 심근증 및 11형 비후성 심근증 등 심장의 기능 이상을 야기하는 것으로 기술되어 있다.최근 심방중격의 특정 결함이 이러한 [152][153]돌연변이와도 관련이 있을 수 있는 것으로 보고되었다.

확장된 심근증의 두 가지 사례가 Z 디스크와 결합 및 산재하는 단백질 도메인에 속하는 고도로 보존된 아미노산의 치환을 포함하여 연구되었다.이것은 근구의 [154][150]수축력 전달의 결함으로 인해 팽창이 발생한다는 이론으로 이어졌다.

ATC1의 돌연변이는 비후성 [155]심근병증의 최소 5%를 차지한다.다수의 점 돌연변이의 존재도 확인되었다.[156]

  • 돌연변이 E101K: 액토미오신 결합부위에서의 순전하 변화 및 약한 정전 링크 형성.
  • P166A: 액틴 모노머 간의 상호작용 영역.
  • A333P: 액틴-미오신 상호작용 구역.

병리 발생은 보상 메커니즘을 포함하는 것으로 보인다: 돌연변이 단백질은 지배적인 효과를 가진 독소처럼 작용하고, 비정상적 기계적 행동을 일으키는 심장의 능력을 감소시키며, 따라서 보통 지연되는 비대증은 스트레스에 [157]대한 심장 근육의 정상적인 반응의 결과이다.

최근의 연구는 다음의 두 가지 다른 병리학적 과정에 관여하는 ATC1 돌연변이를 발견했다.유아 특발성 제한성 심근증 [158]및 좌심실 [159]심근의 비압축성.

세포질 액틴 중

ACTB는 매우 복잡한 궤적입니다.게놈 전체에 분포하는 다수의 유사유전자가 존재하며, 그 배열은 β-actins로 알려진 대체 스플라이싱에 의해 최대 21개의 다른 전사를 일으킬 수 있는 6개의 엑손을 포함한다.이러한 복잡성과 일관되게, 그 생산물은 또한 많은 위치에서 발견되며, 그들은 다양한 과정의 일부를 형성한다(세포골격, NuA4 히스톤-아실전달효소 복합체, 세포핵), 그리고 그것들은 많은 수의 병리학적 과정의 메커니즘(암종, 소아디스토니아, 메크 감염)과 관련이 있다.음이온증, 신경계 기형, 종양 침윤 등).[160]종양과 [161]관련된 과정에서 β-actin을 대체하는 것으로 보이는 새로운 형태의 액틴이 발견되었다.

공초점 현미경을 사용하여 액틴의 피질 네트워크를 나타내는 특정 항체를 사용하여 촬영한 이미지.소아디스토니아에서 세포골격의 구조가 중단되는 것과 같은 방식으로, 이 경우 세포골격은 시토칼라신 [162]D에 의해 생성됩니다.

유전자 배열의 직접적인 변화에 의해 야기되는 세 가지 병리학적 과정이 지금까지 발견되었다.

  • t(7;12)(p22;q13)-전이를 수반하는 혈관확장종은, 국소적 돌연변이가 염색체 [163]12에서 GLI1보다 ACTB 유전자의 융합을 일으키는 드문 질환이다.
  • 청소년 발병 디스토니아는 중추 신경계에 영향을 미치는 희귀한 퇴행성 질환이다; 특히, 그것은 막대 같은 호산구 포접물이 형성되는 신피질과 시상 부위에 영향을 미친다.영향을 받은 개인은 중앙선에 기형이 있는 표현형, 감각 난청 및 디스토니아를 나타낸다.아미노산 트립토판이 위치 183에서 아르기닌을 대체하는 점 돌연변이에 의해 발생한다.이것은 신경 세포 골격 형성의 [164]역학을 조절하는 ADF/코필린 시스템과의 액틴의 상호작용을 변화시킨다.
  • 호중구 과립구 기능 장애와 반복 감염을 일으키는 지배적인 점 돌연변이 또한 발견되었다.이 돌연변이는 프로필린과 다른 조절 단백질 사이의 결합을 담당하는 도메인을 수정하는 것으로 보인다.이 대립 [165]유전자에서 프로필린에 대한 액틴의 친화력은 크게 감소한다.

ACTG1 궤적은 세포골격 미세필라멘트의 형성을 담당하는 세포소성 γ-actin 단백질을 코드한다.그것은 6개의 엑손으로 구성되어 22개의 다른 mRNA를 생성하며, 그들은 아마도 그들이 발견되는 조직의 유형에 따라 발현 형태가 달라지는 4개의 완전한 동소체를 생성한다.그것은 또한 두 개의 다른 DNA [166]프로모터를 가지고 있다.이 궤적과 β-actin에서 번역된 배열은 예측된 배열과 매우 유사하며, 복제와 유전자 변환을 [167]겪은 공통 조상 배열임을 시사한다.

병리학적 측면에서는 아밀로이드증, 망막색소증, 감염 메커니즘, 신장 질환, 그리고 다양한 종류의 선천성 [166]난청 등과 같은 과정과 관련이 있다.

배열에서 6개의 상염색체 우위점 돌연변이는 다양한 유형의 난청, 특히 DFNA 20/26 궤적에 연결된 감각성 난청을 일으키는 것으로 밝혀졌다.그것들은 내이의 코르티 기관에 존재하는 섬모세포의 입체세포에 영향을 미치는 것으로 보인다.β-actin은 인체 조직에서 발견되는 가장 풍부한 단백질이지만 섬모세포에는 매우 풍부하지 않아 병리학적 위치를 설명한다.한편, 이러한 돌연변이의 대부분은 다른 단백질, 특히 [85]악토미오신과의 연결에 관여하는 영역에 영향을 미치는 것으로 보인다.일부 실험은 이러한 유형의 난청에 대한 병리학적 메커니즘이 [168]정상보다 코필린에 더 민감하게 반응하는 돌연변이의 F-actin과 관련이 있다고 제안했다.

그러나 어떠한 사례의 기록도 없지만 골격근에서도 γ-actin이 발현되는 것으로 알려져 있으며, 소량이지만 모델 유기체는 그 부재가 근병증을 [169]일으킬 수 있음을 보여주었다.

기타 병리학적 메커니즘

몇몇 전염병들은 그들의 라이프 사이클에서 액틴, 특히 세포질 액틴을 사용한다.박테리아에는 두 가지 기본적인 형태가 있습니다.

  • 리스테리아 모노사이토제네스, 리케치아, 시겔라 플렉스네리, 그리고 다른 세포 내 세균들은 액틴 필라멘트의 캡슐로 그들 자신을 코팅함으로써 식세포성 액포에서 탈출합니다.L. monocytogenes와 S. flexneri 둘 다 그들에게 이동성을 주는 "코멧 꼬리"의 형태로 꼬리를 생성합니다.각각의 종은 그들의 "꼬리"의 분자 중합 메커니즘에서 작은 차이를 보인다.예를 들어, 리스테리아와 시겔라가 가장 [170]빠른 것으로 확인되면서 서로 다른 변위 속도가 관찰되었습니다.많은 실험들이 체외에서 이 메커니즘을 증명해 왔다.이것은 박테리아가 미오신 같은 단백질 모터를 사용하지 않고 있으며, 그들의 추진력은 미생물의 세포벽 근처에서 일어나는 중합에 의해 가해지는 압력에 의해 얻어지는 것으로 보인다.이 박테리아는 이전에 숙주의 ABP에 의해 둘러싸였으며, 적어도 커버에는 Arp2/3 복합체, Ena/VASP 단백질, 코필린, 완충 단백질 및 빈쿨린 복합체와 같은 핵 생성 촉진제가 포함되어 있다.이러한 움직임을 통해 그들은 인접한 세포에 도달하는 돌출부를 형성하고, 면역체계가 세포 면역력을 통해서만 감염과 싸울 수 있도록 그들을 감염시킨다.그 움직임은 곡선의 수정과 필라멘트의 [171]탈구조에 의해 야기될 수 있다.Mycobacterium marinum과 Burkholderia pseudomalei와 같은 다른 종들도 Arp2/3 복합체에 중심을 둔 메커니즘을 통해 세포 액틴의 국부적 중합이 가능하다.또한 백신 바이러스인 바키니아는 또한 [172]전파를 위해 액틴 세포골격의 요소들을 사용한다.
  • Pseudomonas aeruginosa는 숙주 유기체의 방어, 특히 백혈구와 항생제를 피하기 위해 보호 생체막을 형성할 수 있습니다.생체막은 숙주 [173]유기체의 DNA와 액틴 필라멘트를 사용하여 구성됩니다.

상기 예에 덧붙여, 예를 들면 코필린 [174]착체를 불활성화함으로써, 일부 바이러스, 특히 HIV의 체내화 초기 단계에서 액틴 중합이 촉진된다.

암세포 침입 과정에서 액틴이 하는 역할은 아직 [175]밝혀지지 않았다.

적용들

액틴은 미오신(근육 조직 또는 근육 조직 외)과 같은 분자 모터의 추적 및 세포 기능을 위한 필수 성분으로 과학 및 기술 실험실에서 사용됩니다.또한 진단 도구로도 사용할 수 있습니다. 그 변칙적인 변형 중 일부는 특정 병리의 출현과 관련이 있기 때문입니다.

  • 나노테크놀로지액틴 미오신 시스템은 세포질 전체에 걸쳐 소포와 소기관들의 이동을 가능하게 하는 분자 모터 역할을 합니다.액틴의 동적 능력이 무세포 시스템을 포함한 많은 실험에서 활용되었기 때문에 액틴은 나노 기술에 적용될 수 있을 것이다.근본적인 생각은 마이크로필라멘트를 주어진 하중을 운반할 수 있는 분자 모터를 이끄는 선로로 사용하는 것입니다.즉, 액틴을 사용하여 부하를 어느 정도 제어 및 지시 방식으로 전송할 수 있는 회로를 정의할 수 있습니다.일반적인 용도의 관점에서, 그것은 정해진 위치에 퇴적하기 위해 분자의 직접적인 운송에 사용될 수 있으며, 이는 나노 [176]구조의 제어된 조립을 가능하게 할 것이다.이러한 속성은 랩 온 어 칩, 나노 컴포넌트 역학 및 기계 에너지를 전기 [177]에너지로 변환하는 나노 트랜스폼과 같은 실험실 프로세스에 적용될 수 있습니다.
쥐의 폐와 부고환에서 나온 세포질 액틴을 위한 웨스턴 블롯
  • 액틴은 겔의 각 레인에 동일한 양의 단백질이 적재되었는지 확인하기 위해 웨스턴 블롯의 내부 조절제로 사용됩니다.왼쪽의 블롯 예에서는 각 웰에 75μg의 총 단백질이 적재되어 있었다.블롯은 항β-actin 항체와 반응하였다(블롯의 기타 자세한 내용은 참조).

내부 제어로서 액틴을 사용하는 것은 그 표현이 실질적으로 일정하고 실험 조건과 독립적이라는 가정에 기초한다.관심 유전자의 발현과 액틴의 발현을 비교함으로써 다른 실험 [179]간에 비교 가능한 상대량을 얻을 수 있다.악틴이 유전자 [180]발현에 있어서 항상 원하는 안정성을 가지는 것은 아니라는 것을 지적할 가치가 있다.

  • 건강. 액틴의 일부 대립 유전자는 질병을 일으킨다. 이러한 이유로 그들의 검출을 위한 기술이 개발되어 왔다.또한, 액틴은 외과 병리학에서 간접적인 지표로 사용될 수 있다: 종양, 혈관염 및 다른 [181]조건의 침입 지표로서 조직 내 분포 패턴의 변화를 사용할 수 있다.또한 액틴은 근육수축기구에 밀접하게 관련되어 있기 때문에 이들 조직이 위축될 때 골격근의 레벨이 감소하므로 이 생리과정의 [182]지표로 사용할 수 있다.
  • 식품 기술.구성육에 존재하는 액틴의 양을 정량화함으로써 소시지 등의 특정 가공식품의 품질을 결정할 수 있다.전통적으로 이들 제품의 가수분해 시료에서 3-메틸히스티딘이 검출된 것을 기반으로 하는 방법이 사용되었는데, 이 화합물은 액틴과 F-미오신의 중쇄에 존재하기 때문이다(둘 다 근육의 주요 성분이다).육질에서 이 화합물의 생성은 [183][184]두 단백질에 존재하는 히스티딘 잔기의 메틸화에서 비롯된다.

역사

노벨 생리학상 수상자인 Albert von Szent-Györgi Nagyrapolt, 브루노 페렌치 스트라우브와 액틴 공동 발견

액틴은 1887년 W.D.에 의해 실험적으로 처음 관찰되었다. 근육에서 단백질을 추출해 미오신 제제를 '응축'한 할리버튼은 '미오신 발효'[185]라고 불렀다.하지만, Halliburton은 그의 발견을 더 다듬을 수 없었고, 대신 헝가리 Szeged 대학의 의학 화학 연구소에 있는 Albert Szent-Györgei의 연구실에서 일하는 젊은 생화학자인 Bruno Ferenc Straub에게 액틴의 발견이 인정되었다.

1941년 Ilona Banga & Szent-Györgi의 발견에 이어 Straub은 일부 미오신 추출물에서만 응고가 [186]발생하며 ATP를 첨가하면 역전된다는 것을 발견한 후, 응고된 미오신 제제에서 액틴을 식별하고 정제했다.Banga의 원래 추출법을 바탕으로,[187] 그는 1942년에 출판된 비교적 순수한 액틴의 상당량을 분리할 수 있게 해주는 근육 단백질을 추출하는 새로운 기술을 개발했습니다.Straub의 방법은 본질적으로 오늘날 실험실에서 사용되는 방법과 동일합니다.Straub의 단백질은 myosin의 응고를 활성화하기 위해 필요하기 때문에 [186][188]actin으로 불렸다.방가의 응고 미오신 제제에 액틴도 포함되어 있다는 것을 깨달은 Szent-Györgi는 두 단백질의 혼합물을 액토미오신이라고 불렀다.[189]

제2차 세계 대전의 적대감은 Szent-Gyorgyi가 서양의 과학 저널에 그의 연구 결과를 발표할 수 없었다는 것을 의미했다.그러므로 액틴은 1945년에야 서양에서 잘 알려지게 되었고, 그 때 그들의 논문은 액타 생리학 스칸디나비카의 [190]부록으로 출판되었다.스트라우브는 액틴에 대한 연구를 계속했고, 1950년에 액틴은 결합된[191] ATP를 포함하고 있으며, 단백질이 미세 필라멘트로 중합되는 동안 뉴클레오티드가 ADP와 무기 인산염으로 가수 분해된다고 보고했다.스트라우브는 ATP 결합 액틴의 ADP 결합 액틴으로의 변환이 근육 수축에 영향을 미쳤다고 제안했다.실제로 이는 평활근에서만 해당되며 [191][192]2001년까지 실험을 통해 뒷받침되지 않았다.

액틴의 아미노산 배열은 1973년 M. Elzinga와 동료들에 의해 완성되었다.[83]G-actin의 결정 구조는 1990년 Kabsch와 [86]동료들에 의해 해결되었다.같은 해, 다른 [88]단백질과의 공결정화를 이용한 실험 후, 홈즈와 동료들에 의해 F-actin의 모델이 제안되었다.다른 단백질과의 공결정화 절차는 이후 몇 년 동안 반복적으로 사용되었으며, 2001년에는 ADP와 함께 분리된 단백질이 결정화되었다.그러나 F-actin의 고해상도 X선 구조는 아직 없다.G-actin의 결정화는 아미노산 cys-374를 [1]차단하여 중합을 저해하는 로다민 결합체를 사용하였기 때문에 가능하였다.크리스틴 오리올-오디트는 액틴이 처음 결정화된 해에 사망했지만 1977년 액틴 결합단백질(ABPs)이 없는 상태에서 액틴을 최초로 결정화한 연구자였다.하지만, 그 결과로 생긴 결정체는 그 [193]시대의 사용 가능한 기술에 비해 너무 작았다.

액틴 필라멘트 형태의 고해상도 모델은 현재 존재하지 않지만, 2008년 사와야 팀은 서로 다른 장소에서 [194]결합하는 액틴 이합체의 여러 결정을 기반으로 보다 정확한 구조 모델을 제작할 수 있었다.이 모델은 이후 Sawaya와 Lorenz에 의해 더욱 정교해졌다.최근 극저온 전자 현미경법과 싱크로트론 방사선과 같은 다른 접근법은 액틴 필라멘트의 [195][91][94]형성과 관련된 상호작용과 구조 변화에 대한 분해능을 높이고 더 나은 이해를 가능하게 했다.

조사.

화학 억제제

팔로이딘의 화학적 구조

액틴의 역학을 방해하는 많은 천연 독소가 생물학에서 액틴의 역할을 연구하는 연구에 널리 사용된다.Latrunculin은 스펀지에 의해 생성되는 독소로 G-actin에 결합되어 미세 [196]필라멘트에 결합하는 것을 방지합니다.특정 균류에 의해 생성된 시토칼라신 D는 필라멘트의 (+) 끝에 결합하고 액틴 [196]분자의 추가 첨가를 막는 캡핑 인자로 작용합니다.이와는 대조적으로 스폰지 독소 자스플라키놀라이드는 액틴 [197]분자쌍의 결합 및 안정화에 의해 새로운 액틴 필라멘트의 핵형성을 촉진한다.팔로이딘 - "죽음의 뚜껑" 버섯 아마니타 팔로이데스에서 나온 팔로이딘은 F-액틴 필라멘트 내의 인접한 액틴 분자에 결합하여 필라멘트를 안정시키고 탈중합시키는 [197]것을 막습니다.

팔로이딘은 종종 형광 [197]현미경으로 액틴 필라멘트를 시각화하기 위해 형광 염료로 표시된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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