Bestil fra uorden i sarkomeren

Alfa-actinin kan tværbinde actin-filamenter og forankre dem til Z-skiven i sarkomerer. Sarkomerer er en strukturel enhed af myofibril i tværstribede muskler. FATZ (filamin, α-actinin- og telethonin-bindende protein af Z-disk)-proteinet kan interagere med α-actinin og andre kerne Z-disk-proteiner, der bidrager til myofibrill-samling og vedligeholdelse. I en ny rapport nu på Videnskabens fremskridt , Antonio Sponga og et internationalt forskerhold i Østrig, Tyskland, Rusland, Polen og Storbritannien detaljerede den første struktur og cellulære validering af α-actinin-2 komplekset med en Z-disk partner, FATZ-1, at danne et konformt ensemble. FATZ-1 dannede et tæt fuzzy kompleks med α-actinin-2 med en foreslået interaktionsmekanisme via molekylære genkendelseselementer og sekundære bindingssteder. Den opnåede integrative model afslørede en polær arkitektur af komplekset i kombination med FATZ-1 multivalent stilladsfunktionen til at organisere interaktionspartnere og stabilisere.

Sarcomere

De sammentrækkende muskler kan regulere frivillige dyrs bevægelser og ufrivillig hjerteslag, og sarkomerer er de grundlæggende kontraktile enheder af tværstribede muskelceller. De er sammensat af rækker af tynde (aktin) og tykke (myosin) filamenter, der glider forbi hinanden under sammentrækning. Z-skiven kan danne grænsen mellem tilstødende sarkomerer, hvor anti-parallelle actin filamenter er forankret. En passende stabil forankringsstruktur skal genereres af interaktionen mellem myosin og actin. Z-disken kan udfylde denne rolle ved at fungere som et mekanisk nav og en signaleringsplatform for at tillade transmission af spændinger under sammentrækning og varigheden og transmissionen af ​​information om biomekanisk stress. Som resultat, eventuelle mutationer, der forstyrrer Z-diskens arkitektur og funktion, kan risikere at forårsage skelet- og hjertedysfunktion.

Proteinkomplekset

Alpha-actinin er et F-actin tværbindende protein i muskel Z-skiver, som danner en vigtig Z-diskkomponent, der tværbinder antiparallelle actinfilamenter fra tilstødende sarkomerer for at tjene som en bindingsplatform for flere Z-diskproteiner, inklusive FATZ-1. FATZ-proteinerne kan binde til α-actinin gennem deres c-terminale region og til domæner af Enigma-familiemedlemmerne via et specifikt c-terminalt genkendelsesmotiv. I dette arbejde, Antonio Sponga et al. demonstreret, hvordan FATZ-proteiner indeholdt iboende forstyrrede regioner (IDR'er), der bedst beskrives som et konformationelt ensemble, som er mindre stabile og mangler en stabil tertiær struktur. Ud over biofysiske karakteriseringsmetoder, holdet brugte røntgenkrystallografi og småvinklet røntgenstrålespredning til at beskrive et "fuzzy" α-actinin-2/FATZ-1 kompleks. FATZ-1-proteinet kan spille en organisatorisk rolle i Z-skiven på grund af dets multivalente stilladsegenskaber og danne et tæt kompleks af polær arkitektur med α-actinin-2.

FATZ-proteinfamilien findes på tværs af alle hvirveldyr, hvor human FATZ-1, FATZ-2, og FATZ-3 deler 34 til 40 procent sekvensidentitet. Forskerne genkendte proteolyse-resistente fragmenter, efter at have udført proteolyseforsøg. Når de kombinerede størrelsesudelukkelseskromatografi (SEC) med flervinkellysspredning, de bemærkede de fremherskende monomerer under eksperimentelle betingelser. De karakteriserede derefter monomererne yderligere ved hjælp af SEC kombineret med røntgenspredning med lille vinkel og fremhævede også monomerernes iboende uordnede/ensembletilstande ved hjælp af enkeltkvantekohærens (HSQC) spektre, for begge konstruktioner. For at forstå bindingsstøkiometrien af ​​FATZ-1-til-3-proteinerne til α-actinin-2, Sponga et al. anvendte størrelsesudelukkelseskromatografi-flerkantet lysspredning (SEC-MALS). For at karakterisere bindingsstøkiometrien af ​​FATZ-1-til-3-proteinerne til α-actinin-2, Sponga et al. brugte SEC-MALS. Resultatet viste, hvordan hver af de tre FATZ-proteiner dannede et tæt kompleks med α-actinin-2, med en bindingsstøkiometri på to FATZ-molekyler pr. a-actinin-2-dimer. Det er et FATZ-molekyle pr. a-actinin-2-underenhed. Holdet brugte derefter isotermisk titreringskalorimetri (ITC) til at kvantificere interaktionsaffiniteten.

Flere bindingssteder for proteinkomplekset

Holdet bemærkede, hvordan FATZ-1 interagerede med α-actinin-2 via flere bindingssteder. For at indsnævre FATZ-1-bindingsstederne, Sponga et al. brugt begrænset proteolyse og kemisk tværbinding koblet med massespektrometri på proteinkomplekset. For derefter at hjælpe med krystalliseringen af ​​dette proteinkompleks, holdet kombinerede derefter også informationen fra peptid-arrayet og genererede en kortere konstruktion kendt som mini-FATZ-1 til yderligere undersøgelser af deres strukturelle biologi. Forskerne validerede derefter de uklare modeller udviklet i arbejdet ved hjælp af beregnet og eksperimentelt afledt indre viskositet - en hydrodynamisk parameter for proteinkonformation. For derefter at forstå bidraget af α-actinin-2 til at lokalisere FATZ-proteiner på Z-disken af ​​sarcomeren, Sponga et al. transficerede GFP-mærkede FATZ-1- eller FATZ-2-proteiner til udødeliggjorte musemyoblaster eller neonatale rottekardiomyocytter. Både FATZ-1- og -2-proteiner målrettede korrekt mod Z-disken og co-lokaliserede med α-actinin-2.

Outlook

På denne måde Antonio Sponga og kolleger beskrev, hvordan sarkomersamlingen startede fra Z-legemer af α-actinin-2, at inkludere proteiner såsom FATZ, myotilin, og aktin, for at nævne et par stykker. Resultatet indikerer, at proteiner fra FATZ-familien er tilgængelige i Z-legemer og modne Z-diske med en rolle i proteinsignaleringsveje til at binde calcineurin. Holdet fremhævede rollen som FATZ-1, det mest undersøgte familiemedlem og dets interaktion med det store Z-diskprotein α-actinin-2. Strukturen og bindingsmekanismen af ​​det fuzzy α-actinin-2/FATZ-1 kompleks understøttet FATZ-1 fungerer som et klassisk stilladsprotein i Z-diskenheden. Yderligere undersøgelser vil afsløre, om de samme principper gælder under fysiologiske forhold i levende celler.

© 2021 Science X Network