Dynactin - Dynactin

Kvartérní struktura dynaktinu

Dynactin je 23 podjednotka protein komplex, který funguje jako kofaktor pro mikrotubul motorická cytoplazmatická dynein -1. Je postaven na krátkém vláknu proteinu 1 souvisejícího s aktinem (Arp1 ).[1][2]

Objev

Dynaktin byl identifikován jako aktivita, která umožňovala purifikovanému cytoplazmatickému dyneinu přesouvat membránové vezikuly podél mikrotubulů in vitro.[3] Ukázalo se, že jde o multiproteinový komplex a pojmenovaný "dynaktin", protože má roli v dynein aktivace.[4]

Hlavní rysy dynaktinu byly vizualizovány pomocí rychlého zmrazení, hlubokého leptání a rotačního stínu elektronová mikroskopie. Vypadá to jako krátké vlákno o délce 37 nm, které připomíná F-aktin, a tenčí, příčně orientované rameno.[5] Značení protilátek bylo použito k mapování umístění dynaktinových podjednotek.[5][6]

Struktura

Dynaktin se skládá ze tří hlavních strukturálních domén: (1) boční rameno: DCTN1 / p150 Lepené, DCTN2 / p50 / dynamitin, DCTN3 / p24 / p22; (2) vlákno Arp1: ACTR1A / Arp1 / centractin, aktin, CapZ; a (3) komplex špičatého konce: Actr10 / Arp11, DCTN4 / str. DCTN5 / str. 25 a DCTN6 / str.[1]

4Å kryo-EM struktura dynaktinu [7] odhalila, že jeho vlákno obsahuje osm molekul Arp1, jeden β-aktin a jeden Arp11. Ve špičatém komplexu p62 /DCTN4 váže se na Arp11 a p-aktin a p25 a p27 se vážou na p62 i Arp11. Na ostnatém konci se uzavírací protein (CapZaβ) váže na vlákno Arp1 stejným způsobem, jako se váže na aktin, i když s větší komplementaritou náboje, což vysvětluje, proč váže dynaktin pevněji než aktin.[8]

Rameno obsahuje dvě kopie p150 Lepené /DCTN1, čtyři kopie p50 /DCTN2 a dvě kopie p24 /DCTN3.[1] Tyto proteiny tvoří dlouhé svazky alfa šroubovic, které se navzájem obalují a kontaktují vlákno Arp1.[7] N-konce p50 /DCTN2 vystupují z ramene a pokrývají vlákno, což poskytuje mechanismus pro řízení délky vlákna.[7] C-konce p150 Lepené /DCTN1 dimer jsou uloženy v rameni, zatímco N-terminální 1227 aminokyselin tvoří vyčnívající rameno. Rameno se skládá z N-koncové CAPGly domény, která může vázat C-koncové konce mikrotubulů a mikrotubule plus koncový vazebný protein EB1. Poté následuje základní oblast, také zapojená do vazby mikrotubulů, složená cívka se spirálou (CC1), intercoiled doména (ICD) a doména druhé spirály se spirálou (CC2).[7] Lepené rameno p150 se může dokovat proti straně vlákna Arp1 a komplexu špičatého konce.[7]

DCTN2 (dynamitin) se také podílí na ukotvení mikrotubuly na centrosomy a může hrát roli v synapse formace během vývoj mozku.[9] Arp1 byl navržen jako doména pro vazbu dynaktinu na membránové vezikuly (např Golgi nebo pozdní endosom ) prostřednictvím svého spojení s β-spektrin.[10][11][12][13] Ukázalo se, že komplex se špičatým koncem (PEC) je zapojen do selektivního vázání nákladu. PEC podjednotky p62 /DCTN4 a Arp11 /Actr10 jsou nezbytné pro integritu komplexu dynaktinu a cílení dynaktinu / dyneinu do jaderného obalu před mitózou.[14][15][16] Actr10 spolu s Drp1 (protein související s Dynaminem 1) byly dokumentovány jako životně důležité pro připojení mitochondrií k dynaktinovému komplexu.[17] Dynactin p25 /DCTN5 a p27 /DCTN6 nejsou nezbytné pro integritu komplexu dynaktinu, ale jsou nutné pro včasný a recyklační transport endosomu během mezifáze a regulace kontrolního bodu sestavy vřetena v mitóze.[16][18][19]

Interakce s dyneinem

Uvádí se, že dynein a dynaktin interagují přímo vazbou dyneinových mezilehlých řetězců s p150Lepené.[20] Afinita této interakce je kolem 3,5 μM.[21] Dynein a dynaktin neběží společně v sacharózovém gradientu, ale lze je přimět k vytvoření těsného komplexu v přítomnosti N-koncových 400 aminokyselin Bicaudal D2 (BICD2), nákladního adaptéru, který spojuje dynein a dynaktin s deriváty Golgi vezikuly.[22] V přítomnosti BICD2 se dynaktin váže na dynein a aktivuje jej, aby se pohyboval na dlouhé vzdálenosti podél mikrotubulů.[23][24]

Kryo-EM struktura dyneinu, dynaktinu a BICD2 [7] ukázalo, že spirálová cívka BICD2 probíhá podél dynaktinového vlákna. Ocas dyneinu se také váže na vlákno Arp1, které sedí na ekvivalentním místě, které myosin používá k vazbě aktinu. Kontakty mezi dyneinovým ocasem a dynaktinem zahrnují BICD a vysvětlují, proč je nutné je spojit. Komplex dynein / dynaktin / BICD2 (DDB) byl také pozorován negativním barvením EM na mikrotubulích. To ukazuje, že náklad (Rab6) vazebný konec BICD2 se rozprostírá přes špičatý koncový komplex na opačném konci od dyneinových motorických domén.[25]

Funkce

Dynaktin je často nezbytný pro aktivitu dyneinu[1][26] a lze jej považovat za „receptor dyneinu“[20] který moduluje vazbu dyneinu na buňku organely které mají být přepravovány mikrotubuly.[27][28]Dynaktin také zvyšuje procesivitu cytoplazmatický dynein[29] a kinesin -2 motory.[30]Dynaktin se účastní různých procesů, jako je uspořádání chromozomů a organizace vřetena[31] v buněčné dělení.[32] Dynaktin přispívá k zaostřování pólů mitotického vřetene prostřednictvím vazby na protein jaderného mitotického aparátu (NuMA ).[33][34] Dynaktin také cílí na kinetochore prostřednictvím vazby mezi DCTN2 / dynamitinem a zw10 a hraje roli při deaktivaci kontrolního bodu mitotického vřetene.[35][36] Během prometafázy dynaktin také pomáhá cílit na pólo-podobnou kinázu 1 (Plk1) na kinetochory prostřednictvím cyklin dependentní kinázy 1 (Cdk1) -fosforylovaného DCTN6 / p27, který se podílí na správném připojení mikrotubulů a kinetochorů a náboru proteinu kontrolního bodu sestavy vřetena Mad1.[19] Kromě toho bylo prokázáno, že dynaktin hraje zásadní roli při udržování jaderné pozice v Drosophila,[37] zebrafish[38] nebo v jiném houby.[39][40] Dynein a dynaktin se koncentrují na jaderný obal Během profáze a usnadnit rozpad jaderného obalu prostřednictvím svých podjednotek DCTN4 / p62 a Arp11.[16][14] Dynaktin je také vyžadován pro mikrotubul kotvení v centrosomy a integrita centrosomu.[41] Destabilizace centrosomální zásoby dynaktinu také způsobuje abnormální G1 centriole separace a opožděný vstup do fáze S, což naznačuje, že dynaktin přispívá k náboru důležitých buněčný cyklus regulátory na centrosomy.[42] Kromě transportu různých organel v cytoplazmě spojuje dynaktin také kinesin II s organelami.[43]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Schroer TA (listopad 2004). „Dynactin“. Roční přehled buněčné a vývojové biologie. 20: 759–79. doi:10.1146 / annurev.cellbio.20.012103.094623. PMID  15473859.
  2. ^ Carter AP, Diamant AG, Urnavicius L (duben 2016). „Jak dynein a dynaktin transportují náklady: strukturální perspektiva“. Aktuální názor na strukturní biologii. 37: 62–70. doi:10.1016 / j.sbi.2015.12.003. PMID  26773477.
  3. ^ Schroer TA, Sheetz MP (prosinec 1991). „Dva aktivátory transportu vezikul na bázi mikrotubulů“. The Journal of Cell Biology. 115 (5): 1309–18. doi:10.1083 / jcb.115.5.1309. PMC  2289226. PMID  1835460.
  4. ^ Gill SR, Schroer TA, Szilak I, Steuer ER, Sheetz MP, Cleveland DW (prosinec 1991). „Dynaktin, konzervovaná, všudypřítomně exprimovaná složka aktivátoru motility vezikul zprostředkovaného cytoplazmatickým dyneinem“. The Journal of Cell Biology. 115 (6): 1639–50. doi:10.1083 / jcb.115.6.1639. PMC  2289205. PMID  1836789.
  5. ^ A b Schafer DA, Gill SR, Cooper JA, Heuser JE, Schroer TA (červenec 1994). „Ultrastrukturální analýza komplexu dynaktinu: protein související s aktinem je složkou vlákna, která se podobá F-aktinu“. The Journal of Cell Biology. 126 (2): 403–12. doi:10.1083 / jcb.126.2.403. PMC  2200042. PMID  7518465.
  6. ^ Eckley DM, Gill SR, Melkonian KA, Bingham JB, Goodson HV, Heuser JE, Schroer TA (říjen 1999). „Analýza dynaktinových subkomplexů odhaluje nový protein související s aktinem spojený s špičatým koncem minifilamentu arp1“. The Journal of Cell Biology. 147 (2): 307–20. doi:10.1083 / jcb.147.2.307. PMC  2174220. PMID  10525537.
  7. ^ A b C d E F Urnavicius L, Zhang K, Diamant AG, Motz C, Schlager MA, Yu M, Patel NA, Robinson CV, Carter AP (březen 2015). „Struktura komplexu dynaktinu a jeho interakce s dyneinem“. Věda. 347 (6229): 1441–1446. Bibcode:2015Sci ... 347.1441U. doi:10.1126 / science.aaa4080. PMC  4413427. PMID  25814576.
  8. ^ Cheong FK, Feng L, Sarkeshik A, Yates JR, Schroer TA (červenec 2014). „Integrita dynaktinu závisí na přímé vazbě dynamitinu na Arp1“. Molekulární biologie buňky. 25 (14): 2171–80. doi:10,1091 / mbc.E14-03-0842. PMC  4091830. PMID  24829381.
  9. ^ Uetake Y, Terada Y, Matuliene J, Kuriyama R (květen 2004). "Interakce Cep135 s podjednotkou dynaktinu p50 v savčích centrosomech". Motilita buněk a cytoskelet. 58 (1): 53–66. doi:10,1002 / cm. 10175. PMID  14983524.
  10. ^ Holleran EA, Tokito MK, Karki S, Holzbaur EL (prosinec 1996). „Centractin (ARP1) se asociuje se spektrinem a odhaluje potenciální mechanismus navázání dynaktinu na intracelulární organely“. The Journal of Cell Biology. 135 (6 Pt 2): 1815–29. doi:10.1083 / jcb.135.6.1815. PMC  2133946. PMID  8991093.
  11. ^ Holleran EA, Ligon LA, Tokito M, Stankewich MC, Morrow JS, Holzbaur EL (září 2001). „spektrum beta III se váže na podjednotku Arp1 dynaktinu“. The Journal of Biological Chemistry. 276 (39): 36598–605. doi:10,1074 / jbc.M104838200. PMID  11461920.
  12. ^ Muresan V, Stankewich MC, Steffen W, Morrow JS, Holzbaur EL, Schnapp BJ (leden 2001). „Dynaktin-dependentní, dyneinem řízený transport vezikul v nepřítomnosti membránových proteinů: role spektrinu a kyselých fosfolipidů“. Molekulární buňka. 7 (1): 173–83. doi:10.1016 / S1097-2765 (01) 00165-4. PMID  11172722.
  13. ^ Johansson M, Rocha N, Zwart W, Jordens I, Janssen L, Kuijl C, Olkkonen VM, Neefjes J (únor 2007). „Aktivace endosomálních dyneinových motorů postupným sestavováním Rab7-RILP-p150Glued, ORP1L a receptoru betalll spektrinu“. The Journal of Cell Biology. 176 (4): 459–71. doi:10.1083 / jcb.200606077. PMC  2063981. PMID  17283181.
  14. ^ A b Salina D, Bodoor K, Eckley DM, Schroer TA, Rattner JB, Burke B (leden 2002). "Cytoplazmatický dynein jako zprostředkovatel rozpadu jaderného obalu". Buňka. 108 (1): 97–107. doi:10.1016 / S0092-8674 (01) 00628-6. PMID  11792324. S2CID  18798861.
  15. ^ Zhang J, Wang L, Zhuang L, Huo L, Musa S, Li S, Xiang X (červenec 2008). „Arp11 ovlivňuje interakci dynein-dynaktin a je nezbytný pro funkci dyneinu u Aspergillus nidulans“. Provoz. 9 (7): 1073–87. doi:10.1111 / j.1600-0854.2008.00748.x. PMC  2586032. PMID  18410488.
  16. ^ A b C Yeh TY, Quintyne NJ, Scipioni BR, Eckley DM, Schroer TA (říjen 2012). „Ukázaný komplex Dynactinu je modul zaměřený na náklad“. Molekulární biologie buňky. 23 (19): 3827–37. doi:10,1091 / mbc.E12-07-0496. PMC  3459859. PMID  22918948.
  17. ^ Catherine Drerup, Amy Herbert, Kelly Monk, Alex Nechiporuk, „Regulace interakce mitochondrií a dynaktinů a mitochondriální retrográdní transport v axonech“
  18. ^ Zhang J, Yao X, Fischer L, Abenza JF, Peñalva MA, Xiang X (červen 2011). „Podjednotka p25 komplexu dynaktinu je nutná pro včasnou interakci endosomů s dyneinem“. The Journal of Cell Biology. 193 (7): 1245–55. doi:10.1083 / jcb.201011022. PMC  3216330. PMID  21708978.
  19. ^ A b Yeh TY, Kowalska AK, Scipioni BR, Cheong FK, Zheng M, Derewenda U, Derewenda ZS, Schroer TA (duben 2013). „Dynaktin pomáhá zacílit na kinázu pórů podobnou kinázu 1 prostřednictvím levostranné beta-šroubovité podjednotky p27“. Časopis EMBO. 32 (7): 1023–35. doi:10.1038 / emboj.2013.30. PMC  3616283. PMID  23455152.
  20. ^ A b Vaughan KT, Vallee RB (prosinec 1995). „Cytoplazmatický dynein váže dynaktin přímou interakcí mezi mezilehlými řetězci a p150Glued“. The Journal of Cell Biology. 131 (6 Pt 1): 1507–16. doi:10.1083 / jcb.131.6.1507. PMC  2120689. PMID  8522607.
  21. ^ Morgan JL, Song Y, Barbar E (listopad 2011). „Strukturální dynamika a multiregionální interakce při rozpoznávání dynein-dynaktinu“. The Journal of Biological Chemistry. 286 (45): 39349–59. doi:10.1074 / jbc.M111.296277. PMC  3234759. PMID  21931160.
  22. ^ Splinter D, Razafsky DS, Schlager MA, Serra-Marques A, Grigoriev I, Demmers J, Keijzer N, Jiang K, Poser I, Hyman AA, Hoogenraad CC, King SJ, Akhmanova A (listopad 2012). „BICD2, dynaktin a LIS1 spolupracují při regulaci náboru dyneinu do buněčných struktur“. Molekulární biologie buňky. 23 (21): 4226–41. doi:10,1091 / mbc.E12-03-0210. PMC  3484101. PMID  22956769.
  23. ^ Schlager MA, Hoang HT, Urnavicius L, Bullock SL, Carter AP (září 2014). „Rekonstituce vysoce procesního rekombinantního lidského dyneinového komplexu in vitro“. Časopis EMBO. 33 (17): 1855–68. doi:10.15252 / embj.201488792. PMC  4158905. PMID  24986880.
  24. ^ McKenney RJ, Huynh W, Tanenbaum ME, Bhabha G, Vale RD (červenec 2014). „Aktivace cytoplazmatické dyneinové motility komplexy adaptéru dynaktinu a nákladu“. Věda. 345 (6194): 337–41. Bibcode:2014Sci ... 345..337M. doi:10.1126 / science.1254198. PMC  4224444. PMID  25035494.
  25. ^ Chowdhury S, Ketcham SA, Schroer TA, Lander GC (duben 2015). „Strukturální organizace komplexu dynein-dynaktin vázaného na mikrotubuly“. Přírodní strukturní a molekulární biologie. 22 (4): 345–7. doi:10.1038 / nsmb.2996. PMC  4385409. PMID  25751425.
  26. ^ Schroer TA, Sheetz MP (prosinec 1991). „Dva aktivátory transportu vezikul na bázi mikrotubulů“. The Journal of Cell Biology. 115 (5): 1309–18. doi:10.1083 / jcb.115.5.1309. PMC  2289226. PMID  1835460.
  27. ^ Waterman-Storer CM, Karki SB, Kuznetsov SA, Tabb JS, Weiss DG, Langford GM, Holzbaur EL (říjen 1997). „Interakce mezi cytoplazmatickým dyneinem a dynaktinem je nutná pro rychlý axonální transport“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 94 (22): 12180–5. Bibcode:1997PNAS ... 9412180W. doi:10.1073 / pnas.94.22.12180. PMC  23743. PMID  9342383.
  28. ^ McGrail M, Gepner J, Silvanovich A, Ludmann S, Serr M, Hays TS (říjen 1995). „Regulace funkce cytoplazmatického dyneinu in vivo komplexem Drosophila Glued“. The Journal of Cell Biology. 131 (2): 411–25. doi:10.1083 / jcb.131.2.411. PMC  2199972. PMID  7593168.
  29. ^ King SJ, Schroer TA (leden 2000). „Dynaktin zvyšuje procesivitu cytoplazmatického dyneinového motoru“. Přírodní buněčná biologie. 2 (1): 20–4. doi:10.1038/71338. PMID  10620802. S2CID  20349195.
  30. ^ Berezuk MA, Schroer TA (únor 2007). „Dynaktin zvyšuje procesivitu kinesinu-2“. Provoz. 8 (2): 124–9. doi:10.1111 / j.1600-0854.2006.00517.x. PMID  17181772.
  31. ^ Echeverri CJ, Paschal BM, Vaughan KT, Vallee RB (únor 1996). „Molekulární charakterizace 50 kD podjednotky dynaktinu odhaluje funkci komplexu v uspořádání chromozomů a organizaci vřetena během mitózy“. The Journal of Cell Biology. 132 (4): 617–33. doi:10.1083 / jcb.132.4.617. PMC  2199864. PMID  8647893.
  32. ^ Karki S, Holzbaur EL (únor 1999). "Cytoplazmatický dynein a dynaktin v dělení buněk a intracelulárním transportu". Aktuální názor na buněčnou biologii. 11 (1): 45–53. doi:10.1016 / S0955-0674 (99) 80006-4. PMID  10047518.
  33. ^ Gaglio T, Saredi A, Bingham JB, Hasbani MJ, Gill SR, Schroer TA, Compton DA (říjen 1996). „Pro organizaci savčí mitotické tyče vřetena jsou vyžadovány protichůdné motorické aktivity“. The Journal of Cell Biology. 135 (2): 399–414. doi:10.1083 / jcb.135.2.399. PMC  2121053. PMID  8896597.
  34. ^ Merdes A, Heald R, Samejima K, Earnshaw WC, Cleveland DW (květen 2000). „Tvorba vřetenových pólů transportem NuMA závislým na dyneinu / dynaktinu“. The Journal of Cell Biology. 149 (4): 851–62. doi:10.1083 / jcb.149.4.851. PMC  2174573. PMID  10811826.
  35. ^ Howell BJ, McEwen BF, Canman JC, Hoffman DB, Farrar EM, Rieder CL, Salmon ED (prosinec 2001). „Cytoplazmatický dynein / dynaktin řídí transport proteinu kinetochore k pólům vřetena a hraje roli v deaktivaci kontrolního bodu v mitotickém vřetenu“. The Journal of Cell Biology. 155 (7): 1159–72. doi:10.1083 / jcb.200105093. PMC  2199338. PMID  11756470.
  36. ^ Starr DA, Williams BC, Hays TS, Goldberg ML (srpen 1998). „ZW10 pomáhá získávat dynaktin a dynein do kinetochoru“. The Journal of Cell Biology. 142 (3): 763–74. doi:10.1083 / jcb.142.3.763. PMC  2148168. PMID  9700164.
  37. ^ Whited JL, Cassell A, Brouillette M, Garrity PA (říjen 2004). „Dynaktin je nutný k udržení jaderné polohy v postmitotických neuronech fotoreceptorů Drosophila“. Rozvoj. 131 (19): 4677–86. doi:10,1242 / dev.01366. PMC  2714772. PMID  15329347.
  38. ^ Tsujikawa M, Omori Y, Biyanwila J, Malicki J (září 2007). "Mechanismus polohování buněčného jádra ve fotoreceptorech obratlovců". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (37): 14819–24. Bibcode:2007PNAS..10414819T. doi:10.1073 / pnas.0700178104. PMC  1976238. PMID  17785424.
  39. ^ Xiang X, Han G, Winkelmann DA, Zuo W, Morris NR (květen 2000). "Dynamika cytoplazmatického dyneinu v živých buňkách a účinek mutace v dynaktinovém komplexu s aktinem souvisejícím s proteinem Arp1". Aktuální biologie. 10 (10): 603–6. doi:10.1016 / S0960-9822 (00) 00488-7. PMID  10837229. S2CID  29254054.
  40. ^ Bruno KS, Tinsley JH, Minke PF, Plamann M (květen 1996). „Genetické interakce mezi cytoplazmatickým dyneinem, dynaktinem a nukleárními distribučními mutanty Neurospora crassa“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 93 (10): 4775–80. Bibcode:1996PNAS ... 93,4775B. doi:10.1073 / pnas.93.10.4775. PMC  39355. PMID  8643479.
  41. ^ Quintyne NJ, Gill SR, Eckley DM, Crego CL, Compton DA, Schroer TA (říjen 1999). „Dynaktin je vyžadován pro ukotvení mikrotubulů v centrosomech“. The Journal of Cell Biology. 147 (2): 321–34. doi:10.1083 / jcb.147.2.321. PMC  2174233. PMID  10525538.
  42. ^ Quintyne NJ, Schroer TA (říjen 2002). „Zřetelné role dynaktinu a dyneinu v centrosomech závislé na buněčném cyklu“. The Journal of Cell Biology. 159 (2): 245–54. doi:10.1083 / jcb.200203089. PMC  2173046. PMID  12391026.
  43. ^ Deacon SW, Serpinskaya AS, Vaughan PS, Lopez Fanarraga M, Vernos I, Vaughan KT, Gelfand VI (únor 2003). „Dynaktin je vyžadován pro obousměrný transport organel“. The Journal of Cell Biology. 160 (3): 297–301. doi:10.1083 / jcb.200210066. PMC  2172679. PMID  12551954.

Další čtení

Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR008603