Wikipedia

Aktyna jądrowa

Aktyna jądrowa – kurczliwe białko, aktyna, które znajduje się w jądrze komórkowym. Aktyna jądrowa po raz pierwszy została zauważona i opisana w 1977 roku przez Theodore'a Clarka(inne języki) i Roberta Merriama[1]. W publikacji opisano białko uzyskane z frakcji jądrowej oocytów platany szponiastej, wykazujące cechy charakterystyczne dla aktyny z mięśni szkieletowych. Od tego czasu pojawiło się wiele doniesień naukowych o strukturze i funkcji aktyny w jądrze komórkowym, m.in. praca przeglądowa o aktynie w jądrze komórkowym: Hofmann(inne języki) 2009[2], natomiast w języku polskim Migocka-Patrzałek i Malicka-Błaszkiewicz, 2009[3].

Utrzymanie określonego poziomu aktyny w jądrze możliwe jest m.in. dzięki kontroli transportu tego białka przez błonę jądrową. Niskie stężenie aktyny jądrowej, oddziaływanie z białkami wiążącymi aktynę oraz obecność różnych izoform aktyny pozwala jej pełnić szereg funkcji niezbędnych w prawidłowym przebiegu wielu procesów jądrowych.

Transport aktyny przez błonę jądrową

edytuj

Aktyna nie posiada w swojej sekwencji sygnału importu do jądra, jednak jej wielkość (około 43 kDa) pozwala na wnikanie do wnętrza jądra na drodze dyfuzji biernej[4]. Wykazana eksperymentalnie znaczna szybkość przemieszczania się aktyny pomiędzy cytoplazmą a jądrem wskazuje jednak na istnienie transportu aktywnego. W imporcie aktyny do jądra (prawdopodobnie w kompleksie z kofiliną) bierze udział białko transportowe importyna[5]. Aktyna zawiera dwa sygnały eksportu z jądra (NES, z ang. nuclear export signal). Wprowadzona do jądra techniką mikroiniekcji zostaje szybko usuwana do cytoplazmy. Jest eksportowana z jądra co najmniej dwiema drogami, m.in. dzięki eksportynie 1 (Exp1) oraz eksportynie 6 (Exp6)[6][7]. Aktyna jest zatrzymywana w jądrze m.in. dzięki modyfikacji, takiej jak np. SUMOilacja(inne języki). Dowiedziono, że mutacja uniemożliwiająca SUMOilację powoduje gwałtowny eksport β-aktyny z jądra[8]. Na podstawie wyników dotychczasowych badań można przedstawić ogólny mechanizm transportu aktyny do jądra[9]:

  • Kofilina, wiążąc monomery ADP-aktyny, importuje aktynę z cytoplazmy do wnętrza jądra.
  • Dzięki wyższemu stężeniu ATP w jądrze (w porównaniu z cytoplazmą) następuje wymiana ADP na ATP w kompleksie aktyny z kofiliną. Osłabia to siłę wiązania się tych dwóch białek w kompleksie.
  • Rozdysocjowanie kompleksu kofilina-aktyna następuje w wyniku fosforylacji kofiliny przez kinazę jądrową LIM.
  • Aktyna w jądrze ulega SUMOilacji, dzięki czemu jest tam zatrzymywana.
  • Aktyna może tworzyć kompleksy z profiliną i opuszczać jądro z pomocą białka Exp6.

Organizacja aktyny jądrowej

edytuj

Obecnie uważa się, że aktyna występuje w jądrze głównie w formie monomerycznej, jednak przyjmuje także formę zarówno oligomerów, jak i krótkich polimerów[10][11][12].

Organizacja aktyny jądrowej różni się w różnych typach komórek. Przykładowo w oocytach Xenopus, gdzie zaobserwowano wyższy poziom aktyny jądrowej, niż ma to miejsce w komórkach somatycznych, aktyna tworzy filamenty stabilizujące strukturę jądra. Dzięki znakowaniu falloidyną skoniugowaną ze znacznikiem fluorescencyjnym struktury te można obserwować mikroskopowo[1][4].

W jądrach komórek somatycznych nie udało się jednak zaobserwować filamentów aktyny[13]. Jedynym wyjątkiem są linie komórkowe, które poddawano m.in. modyfikacjom genetycznym(inne języki), działaniu leków czy szokowi cieplnemu[2][12][14]. Obliczenie stopnia spolimeryzowania aktyny metodą pomiaru aktyny jako inhibitora DNazy I[a] pozwoliło stwierdzić, że endogenna aktyna jądrowa występuje głównie w formie monomerycznej[15]. Niski, precyzyjnie kontrolowany poziom aktyny w jądrze komórkowym zapobiega tworzeniu się filamentów. Polimeryzację ogranicza także utrudniony dostęp do monomerów aktyny, związanych w kompleksach z białkami wiążącymi aktynę, głównie z kofiliną[9].

Izoformy aktyny w jądrze komórkowym

edytuj

Izoformy aktyny, mimo dużego podobieństwa sekwencji, charakteryzują się różnymi właściwościami biochemicznymi m.in. różną kinetyką polimeryzacji i depolimeryzacji[16]. Zmiany w poziomie poszczególnych izoform aktyny cytoplazmatycznej mogą mieć znaczenie w istotnych procesach fizjologicznych, takich jak np. wzrost potencjału metastatycznego komórek nowotworowych[17][18][19]. Poziom izoform aktyny w cytoplazmie i jądrze komórkowym może też ulegać zmianom w odpowiedzi komórek na stymulację wzrostu czy zatrzymanie aktywności proliferacyjnej i transkrypcyjnej[20].

Wykazano, że w jądrze komórkowym obecne są różne izoformy aktyny. Prace naukowe dotyczące aktyny jądrowej skupiają się głównie na cytoplazmatycznej izoformie beta[21][22][23][24]. Zastosowanie przeciwciał skierowanych wobec różnych izoform aktyny pozwoliło jednak na identyfikację nie tylko cytoplazmatycznej beta, ale i gamma aktyny w jądrach komórek ludzkiego czerniaka[15], aktyny alfa mięśni szkieletowych w mysich mioblastach[25], cytoplazmatycznej izoformy gamma, a także izoformy alfa mięśni gładkich w jądrze płodowych mysich fibroblastów[26].

Występowanie różnych izoform aktyny w jądrze komórkowym może mieć istotny wpływ na pełnione przez aktynę funkcje, zwłaszcza że poziom poszczególnych izoform może być kontrolowany w niezależny od siebie sposób[15].

Funkcje aktyny jądrowej

edytuj

Funkcje aktyny w jądrze komórkowym wiążą się z jej zdolnością do polimeryzacji, oddziaływania z białkami wiążącymi aktynę oraz z elementami strukturalnymi jądra. Aktyna jądrowa bierze udział w:

  • tworzeniu struktur odpowiedzialnych za architekturę jądra – oddziaływanie aktyny, aII-spektryny(inne języki) i innych białek jest istotne dla zachowania prawidłowego kształtu jądra[27][28].
  • transkrypcji – aktyna uczestniczy w reorganizacji chromatyny[29][21][30][31], wpływa na regulację struktury chromatyny[32][33][34], bierze udział w inicjacji transkrypcji i oddziałuje z kompleksem transkrypcyjnym[35]. Aktyna oddziałuje zarówno z polimerazą RNA I[24], II[22], jak i III[23].
  • regulacji aktywności genów – przyłączając się do regionów regulatorowych genów[36][37][38][39]. Wpływ aktyny na regulację aktywności genów wykorzystuje się m.in. w metodzie „reprogramowania molekularnego”, dzięki której zróżnicowane komórki mogą powracać do swojego stanu embrionalnego[38][40].
  • przenoszeniu zaktywowanego fragmentu chromosomu z rejonu podbłonowego w rejon euchromatyny, gdzie rozpoczyna się transkrypcja. Ruch odbywa się dzięki oddziaływaniu aktyny z miozyną[41][42][43].
  • różnicowaniu się mioblastów z tworzeniem się miotubuli – podczas miogenezy wzrasta poziom kompleksu aktyny z emeryną, co wskazuje na równoległą regulację emeryny, aktyny i lamin w trakcie tego procesu[25][44].
  • integracji przedziałów komórkowych – cytoplazmy i jądra. Aktyna jest cząsteczką sygnałową, integrującą cytoplazmatyczny i jądrowy szlak przekazywania informacji[45]. Przykład stanowi aktywacja szlaku sygnałowego w odpowiedzi na stymulację komórek surowicą in vitro[46][47][48].

Dzięki swojej zdolności do zmian konformacyjnych i oddziaływań z wieloma białkami aktyna pełni rolę regulatora tworzenia się i aktywności kompleksów białkowych np. kompleksu transkrypcyjnego[35].

Uwagi

edytuj
  1. ↑ Jest to jedyny znany (stan na 2015 r.) test pozwalający na ilościowe określenie poziomu spolimeryzowania aktyny bezpośrednio w próbkach biologicznych[15].

Przypisy

edytuj
  1. ↑ a b T.G. Clark, R.W. Merriam, Diffusible and bound actin nuclei of Xenopus laevis oocytes, „Cell”, 12 (4), 1977, s. 883–891, DOI: 10.1016/0092-8674(77)90152-0, PMID: 563771 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  2. ↑ a b Wilma A. Hofmann, Cell and Molecular Biology of Nuclear Actin, „International Review of Cell and Molecular Biology”, 273, Elsevier, 2009, s. 219–263, DOI: 10.1016/s1937-6448(08)01806-6, ISBN 978-0-12-374804-1, PMID: 19215906 (ang.).
  3. ↑ M. Migocka-Patrzałek, Maria Malicka-Błaszkiewicz, Aktyna w jądrze komórkowym, „Postepy Biochemii”, 55 (2), 2009, s. 232-238.
  4. ↑ a b Markus T. Bohnsack i inni, A selective block of nuclear actin export stabilizes the giant nuclei of Xenopus oocytes, „Nature Cell Biology”, 8 (3), 2006, s. 257–263, DOI: 10.1038/ncb1357 [dostęp 2024-08-10] (ang.).
  5. ↑ Joseph Dopie i inni, Active maintenance of nuclear actin by importin 9 supports transcription, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 109 (9), 2012, E544–552, DOI: 10.1073/pnas.1118880109, PMID: 22323606, PMCID: PMC3295300 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  6. ↑ A. Wada, Nuclear export of actin: a novel mechanism regulating the subcellular localization of a major cytoskeletal protein, „The EMBO Journal”, 17 (6), 1998, s. 1635–1641, DOI: 10.1093/emboj/17.6.1635, PMID: 9501085, PMCID: PMC1170511 [dostęp 2024-08-12].
  7. ↑ T. Stuven, Exportin 6: a novel nuclear export receptor that is specific for profilin{middle dot}actin complexes, „The EMBO Journal”, 22 (21), 2003, s. 5928–5940, DOI: 10.1093/emboj/cdg565, PMID: 14592989, PMCID: PMC275422 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  8. ↑ Wilma A. Hofmann i inni, SUMOylation of nuclear actin, „Journal of Cell Biology”, 186 (2), 2009, s. 193–200, DOI: 10.1083/jcb.200905016, PMID: 19635839, PMCID: PMC2717643 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  9. ↑ a b D. Chhabra, C.G. dos Remedios, Cofilin, Actin and Their Complex Observed In Vivo Using Fluorescence Resonance Energy Transfer, „Biophysical Journal”, 89 (3), 2005, s. 1902–1908, DOI: 10.1529/biophysj.105.062083, PMID: 15994898, PMCID: PMC1366693 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  10. ↑ Darin McDonald i inni, Nucleoplasmic β-actin exists in a dynamic equilibrium between low-mobility polymeric species and rapidly diffusing populations, „The Journal of Cell Biology”, 172 (4), 2006, s. 541–552, DOI: 10.1083/jcb.200507101, PMID: 16476775, PMCID: PMC2063674 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  11. ↑ Brigitte M. Jockusch i inni, Tracking down the different forms of nuclear actin, „Trends in Cell Biology”, 16 (8), 2006, s. 391–396, DOI: 10.1016/j.tcb.2006.06.006, PMID: 16828286 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  12. ↑ a b Marta Migocka-Patrzałek i inni, β- and γ-Actins in the nucleus of human melanoma A375 cells, „Histochemistry and Cell Biology”, 144 (5), 2015, s. 417–428, DOI: 10.1007/s00418-015-1349-8, PMID: 26239425, PMCID: PMC4628621 [dostęp 2024-08-10] (ang.).}
  13. ↑ Thoru Pederson, Ueli Aebi, Actin in the nucleus: what form and what for?, „Journal of Structural Biology”, 140 (1-3), 2002, s. 3–9, DOI: 10.1016/s1047-8477(02)00528-2, PMID: 12490148 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  14. ↑ Agnieszka Chrustek i inni, The influence of doxorubicin on nuclear and cytoplasmic pool of F-actin in the A549 cell line, „Medical and Biological Sciences”, 28 (2), 2014, s. 11, DOI: 10.12775/MBS.2014.010 [dostęp 2024-08-10] (ang.).
  15. ↑ a b c d Marta Migocka-Patrzałek i inni, β- and γ-Actins in the nucleus of human melanoma A375 cells, „Histochemistry and Cell Biology”, 144 (5), 2015, s. 417–428, DOI: 10.1007/s00418-015-1349-8, PMID: 26239425, PMCID: PMC4628621 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  16. ↑ Sarah E. Bergeron i inni, Ion-dependent Polymerization Differences between Mammalian β- and γ-Nonmuscle Actin Isoforms, „Journal of Biological Chemistry”, 285 (21), 2010, s. 16087–16095, DOI: 10.1074/jbc.M110.110130, PMID: 20308063, PMCID: PMC2871477 [dostęp 2024-08-10] (ang.).
  17. ↑ P.U. Le i inni, Increased beta-actin expression in an invasive moloney sarcoma virus-transformed MDCK cell variant concentrates to the tips of multiple pseudopodia, „Cancer Research”, 58 (8), 1998, s. 1631–1635, PMID: 9563473 [dostęp 2024-08-12].
  18. ↑ A. Popow, D. Nowak, M. Malicka-Błaszkiewicz, Actin cytoskeleton and beta-actin expression in correlation with higher invasiveness of selected hepatoma Morris 5123 cells, „Journal of Physiology and Pharmacology: An Official Journal of the Polish Physiological Society”, 57 Suppl 7, 2006, s. 111–123, PMID: 17228099 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  19. ↑ Agata Radwanska i inni, Lumican affects actin cytoskeletal organization in human melanoma A375 cells, „Life Sciences”, 83 (19-20), 2008, s. 651–660, DOI: 10.1016/j.lfs.2008.09.008, PMID: 18848571 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  20. ↑ Virginia A. Spencer, Nuclear actin: A key player in extracellular matrix-nucleus communication, „Communicative & Integrative Biology”, 4 (5), 2011, s. 511–512, DOI: 10.4161/cib.4.5.16256, PMID: 22046450, PMCID: PMC3204115 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  21. ↑ a b K. Zhao i inni, Rapid and phosphoinositol-dependent binding of the SWI/SNF-like BAF complex to chromatin after T lymphocyte receptor signaling, „Cell”, 95 (5), 1998, s. 625–636, DOI: 10.1016/s0092-8674(00)81633-5, PMID: 9845365 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  22. ↑ a b Wilma A. Hofmann i inni, Actin is part of pre-initiation complexes and is necessary for transcription by RNA polymerase II, „Nature Cell Biology”, 6 (11), 2004, s. 1094–1101, DOI: 10.1038/ncb1182, PMID: 15502823 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  23. ↑ a b Ping Hu, Si Wu, Nouria Hernandez, A role for β-actin in RNA polymerase III transcription, „Genes & Development”, 18 (24), 2004, s. 3010–3015, DOI: 10.1101/gad.1250804, PMID: 15574586, PMCID: PMC535912 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  24. ↑ a b Vlada V. Philimonenko i inni, Nuclear actin and myosin I are required for RNA polymerase I transcription, „Nature Cell Biology”, 6 (12), 2004, s. 1165–1172, DOI: 10.1038/ncb1190, PMID: 15558034 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  25. ↑ a b Nadir M. Maraldi i inni, New roles for lamins, nuclear envelope proteins and actin in the nucleus, „Advances in Enzyme Regulation”, 44, 2004, s. 155–172, DOI: 10.1016/j.advenzreg.2003.11.005, PMID: 15581488 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  26. ↑ Davina Tondeleir i inni, Cells Lacking β-Actin are Genetically Reprogrammed and Maintain Conditional Migratory Capacity*, „Molecular & Cellular Proteomics”, 11 (8), 2012, s. 255–271, DOI: 10.1074/mcp.M111.015099, PMID: 22448045, PMCID: PMC3412960 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  27. ↑ James M Holaska, Amy K Kowalski, Katherine L Wilson, Emerin Caps the Pointed End of Actin Filaments: Evidence for an Actin Cortical Network at the Nuclear Inner Membrane, „PLoS Biology”, 2 (9), 2004, e231, DOI: 10.1371/journal.pbio.0020231, PMID: 15328537, PMCID: PMC509406 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  28. ↑ Megan Puckelwartz, Elizabeth M. McNally, Emery-Dreifuss muscular dystrophy, „Handbook of Clinical Neurology”, 101, 2011, s. 155–166, DOI: 10.1016/B978-0-08-045031-5.00012-8, PMID: 21496632 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  29. ↑ Ann-Kristin Ostlund Farrants, Chromatin remodelling and actin organisation, „FEBS letters”, 582 (14), 2008, s. 2041–2050, DOI: 10.1016/j.febslet.2008.04.032, PMID: 18442483 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  30. ↑ Mikael Sjölinder i inni, The growing pre-mRNA recruits actin and chromatin-modifying factors to transcriptionally active genes, „Genes & Development”, 19 (16), 2005, s. 1871–1884, DOI: 10.1101/gad.339405, PMID: 16103215, PMCID: PMC1186187 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  31. ↑ Ingrid Grummt, Actin and myosin as transcription factors, „Current Opinion in Genetics & Development”, 16 (2), 2006, s. 191–196, DOI: 10.1016/j.gde.2006.02.001, PMID: 16495046 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  32. ↑ Elena Fedorova, Daniele Zink, Nuclear architecture and gene regulation, „Biochimica Et Biophysica Acta”, 1783 (11), 2008, s. 2174–2184, DOI: 10.1016/j.bbamcr.2008.07.018, PMID: 18718493 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  33. ↑ Kari-Pekka Skarp, Maria K. Vartiainen, Actin on DNA-an ancient and dynamic relationship, „Cytoskeleton”, 67 (8), 2010, s. 487–495, DOI: 10.1002/cm.20464, PMID: 20593452 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  34. ↑ Ivan A. Olave, Samara L. Reck-Peterson, Gerald R. Crabtree, Nuclear actin and actin-related proteins in chromatin remodeling, „Annual Review of Biochemistry”, 71, 2002, s. 755–781, DOI: 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135507, PMID: 12045110 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  35. ↑ a b Piergiorgio Percipalle, Neus Visa, Molecular functions of nuclear actin in transcription, „The Journal of Cell Biology”, 172 (7), 2006, s. 967–971, DOI: 10.1083/jcb.200512083, PMID: 16549500, PMCID: PMC2063754 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  36. ↑ Carmelo Ferrai i inni, Induction of HoxB Transcription by Retinoic Acid Requires Actin Polymerization, „Molecular Biology of the Cell”, 20 (15), 2009, s. 3543–3551, DOI: 10.1091/mbc.e09-02-0114, PMID: 19477923, PMCID: PMC2719572 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  37. ↑ Yong Zhong Xu i inni, Nuclear translocation of beta-actin is involved in transcriptional regulation during macrophage differentiation of HL-60 cells, „Molecular Biology of the Cell”, 21 (5), 2010, s. 811–820, DOI: 10.1091/mbc.e09-06-0534, PMID: 20053683, PMCID: PMC2828967 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  38. ↑ a b Kei Miyamoto, John B. Gurdon, Nuclear actin and transcriptional activation, „Communicative & Integrative Biology”, 4 (5), 2011, s. 582–583, DOI: 10.4161/cib.4.5.16491, PMID: 22046469, PMCID: PMC3204135 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  39. ↑ Wendy Huang i inni, Coronin 2A mediates actin-dependent de-repression of inflammatory response genes, „Nature”, 470 (7334), 2011, s. 414–418, DOI: 10.1038/nature09703, PMID: 21331046, PMCID: PMC3464905 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  40. ↑ Kei Miyamoto i inni, Nuclear actin polymerization is required for transcriptional reprogramming of Oct4 by oocytes, „Genes & Development”, 25 (9), 2011, s. 946–958, DOI: 10.1101/gad.615211, PMID: 21536734, PMCID: PMC3084028 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  41. ↑ Chien-Hui Chuang i inni, Long-range directional movement of an interphase chromosome site, „Current biology: CB”, 16 (8), 2006, s. 825–831, DOI: 10.1016/j.cub.2006.03.059, PMID: 16631592 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  42. ↑ Wilma A. Hofmann i inni, Nuclear myosin I is necessary for the formation of the first phosphodiester bond during transcription initiation by RNA polymerase II, „Journal of Cellular Biochemistry”, 99 (4), 2006, s. 1001–1009, DOI: 10.1002/jcb.21035, PMID: 16960872 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  43. ↑ M. Sobczak, Ł. Majewski, M.J. Redowicz, Miozyna w jądrze komórkowym, „Postepy Biochemii”, 55 (2), 2009, s. 239-46.
  44. ↑ Leokadia Kiełbówna, Marta Migocka-Patrzałek, Czynniki molekularne w fuzji mioblastów, „Postępy Biologii Komórki”, 41 (4), 2014, s. 559-581 [dostęp 2024-08-12].
  45. ↑ Eric N. Olson, Alfred Nordheim, Linking actin dynamics and gene transcription to drive cellular motile functions, „Nature Reviews Molecular Cell Biology”, 11 (5), 2010, s. 353–365, DOI: 10.1038/nrm2890, PMID: 20414257, PMCID: PMC3073350 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  46. ↑ Francesc Miralles i inni, Actin dynamics control SRF activity by regulation of its coactivator MAL, „Cell”, 113 (3), 2003, s. 329–342, DOI: 10.1016/s0092-8674(03)00278-2, PMID: 12732141 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
  47. ↑ Maria K. Vartiainen, Nuclear actin dynamics – from form to function, „FEBS letters”, 582 (14), 2008, s. 2033–2040, DOI: 10.1016/j.febslet.2008.04.010, PMID: 18423404 [dostęp 2024-08-12] (ang.).}
  48. ↑ Bernd Knöll, Actin-mediated gene expression in neurons: the MRTF-SRF connection, „Biological Chemistry”, 391 (6), 2010, s. 591–597, DOI: 10.1515/BC.2010.061, PMID: 20370316 [dostęp 2024-08-12] (ang.).
Źródło: „https://pl.wiki.x.io/w/index.php?title=Aktyna_jądrowa&oldid=74618326”