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肌动蛋白:细胞粘附和迁移中的关键因素

据发现,在所有真核细胞中,肌动蛋白是维持细胞结构的重要蛋白质。人体中主要有三类已确认的肌动蛋白,分别为 α 肌动蛋白、β 肌动蛋白和 γ 肌动蛋白。

α 肌动蛋白主要存在于骨骼肌、心肌和平滑肌中,而其余则为 β 和 γ 肌动蛋白。肌动蛋白丝为细胞形态的维持提供了内部机械支撑,并为细胞运动和胞内运输提供驱动力。此外,肌动蛋白丝还参与协调细胞器(如线粒体、高尔基体或过氧化物酶体)的移动,从而控制细胞与细胞的连接和细胞极化1

根据肌动蛋白和其他众多物质之间受到高度调控的相互作用,这些活动可以是非常复杂的2

细胞核和细胞质中的肌动蛋白

在细胞质中,肌动蛋白以依赖于 ATP 的方式进行聚合,形成相互缠结的稳定长丝以增加强度。初始阶段非常缓慢,这些肌动蛋白-ATP 复合物聚集成短且不稳定的低聚体。一旦这些低聚体达到一定长度,它们就可以作为稳定的“种子”或核,然后通过在两端增加更多的肌动蛋白-ATP 复合物而快速延长形成丝。

一旦形成丝,在丝的中部结合的 ATP 就会水解成 ADP,只留下两端的肌动蛋白-ATP 复合物。然而,这种水解对于丝的形成而言并不重要,研究显示,当使用不可水解的 ATP 类似物时,肌动蛋白仍能聚合成丝3

对 ATP-肌动蛋白丝和肌动蛋白活性的细微变化的调控涉及 100 多种调控蛋白。这些蛋白可以限制肌动蛋白丝的长度,调控其组装和翻折,以及刺激交联纤丝形成束。2,4

最近研究发现,除了细胞质,肌动蛋白还存在于细胞核中。多年来,人们一直认为肌动蛋白出现在细胞核中是人为所致,但近来研究人员发现,肌动蛋白参与了染色质重塑和转录调控5

例如,细胞核中的肌动蛋白是多种染色质改构机制中的重要成分,它可以与染色质重塑物(如,SWI-SNF、SWR1 和 INO80)或修饰物(如,NuA4 HAT)6 结合在一起。肌动蛋白似乎还可以通过在信使 RNA 前体中的活性以及与 RNA 聚合酶 I、II 和 III 的相互作用而参与转录起始7

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肌动蛋白作为上样对照物​

有趣的是,每种肌动蛋白异构体都与所有其他异构体非常类似,它们的氨基酸序列差异非常小。例如,β 细胞质肌动蛋白和 γ 细胞质肌动蛋白之间仅有四个残基不同,这说明为维持这些微小的序列差异将面临很大的进化压力1。肌动蛋白成员间以及不同物种间的这种同源性信息对于抗体选择和蛋白质印迹条带解读非常重要。

以往,在生物医药研究中,β 肌动蛋白是最常用的上样对照,人们普遍认为其蛋白表达水平不会因发育阶段、细胞组成类型或样本处理而发生明显的改变。然而,最近的研究开始对这一认知提出质疑。

例如,β 肌动蛋白表达水平被证实在组织成熟过程中变化很大,目前研究人员反对在实验中使用其作为对照,尤其是在研究长期发育阶段或者分析不同组织的时候8,9​​

参考文献

1.Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al.(2002).Molecular Biology of the Cell.4th edition.

2.Budnar S, Yap AS (2013).A mechanobiological perspective on cadherins and the actin-myosin cytoskeleton.F1000Prime Rep.Sep 2; 5:35.

3.Lodish H, Berk A, Zipursky SL et al (2000).Molecular Cell Biology.4th edition.New York: W. H. Freeman.

4.Mullins RD, Hansen SD (2013).In vitro studies of actin filament and network dynamics.Curr Opin Cell Biol.Feb;25(1):6-13.New York: Garland Science.

5. de Lanerolle P (2012).Nuclear actin and myosins at a glance.J Cell Sci.November 1; 125(21): 4945–4949.

6.Szerlong H, Hinata K, Viswanathan R, Erdjument-Bromage H, Tempst P, Cairns BR (2008).The HSA domain binds nuclear actin-related proteins to regulate chromatin remodeling ATPases.Nat Struct Mol Biol.15(5):469-76

7.Percipalle P (2013).Co-transcriptional nuclear actin dynamics.Nucleus.Jan-Feb;4(1):43-52.

8.Dittmer A, Dittmer J (2006).Beta-actin is not a reliable loading control in Western blot analysis.Electrophoresis.Jul; 27(14):2844-5.

9.Eaton SL, Roche SL, Llavero Hurtado M, Oldknow KJ, Farquharson C, Gillingwater TH, Wishart TM (2013).Total protein analysis as a reliable loading control for quantitative fluorescent Western blotting.PLoS One.Aug 30;8(8):e72457.

7.Percipalle P (2013).Co-transcriptional nuclear actin dynamics.Nucleus.Jan-Feb;4(1):43-52.

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