Alfa-actinine kan actinefilamenten verknopen en verankeren aan de Z-schijf in sarcomeren. Sarcomeren zijn een structurele eenheid van myofibril in dwarsgestreepte spieren. De FATZ (film, α-actinine- en telethonine-bindend eiwit van het Z-disk) eiwit kan interageren met α-actinine en andere kern Z-schijf eiwitten die bijdragen aan de assemblage en het onderhoud van myofibrillen. In een nieuw verslag nu op wetenschappelijke vooruitgang , Antonio Sponga en een internationaal onderzoeksteam in Oostenrijk, Duitsland, Rusland, Polen en het VK hebben de eerste structuur en cellulaire validatie van het α-actinine-2-complex beschreven met een Z-schijfpartner, FATZ-1, om een ​​conformistisch ensemble te vormen. De FATZ-1 vormde een strak fuzzy complex met α-actinine-2 met een voorgesteld interactiemechanisme via moleculaire herkenningselementen en secundaire bindingsplaatsen. Het verkregen integratiemodel onthulde een polaire architectuur van het complex in combinatie met de FATZ-1 multivalente scaffoldfunctie om interactiepartners te organiseren en te stabiliseren.

Sarcomeer

De samentrekkende spieren kunnen vrijwillige bewegingen van dieren en onwillekeurige hartslag reguleren, en sarcomeren zijn de basiscontractiele eenheden van dwarsgestreepte spiercellen. Ze zijn samengesteld uit reeksen dunne (actine) en dikke (myosine) filamenten die tijdens contractie langs elkaar glijden. De Z-schijf kan de grens vormen tussen aangrenzende sarcomeren, waar antiparallelle actinefilamenten zijn verankerd. Een geschikte stabiele verankeringsstructuur moet worden gegenereerd door de interactie tussen myosine en actine. De Z-schijf kan deze rol vervullen door te fungeren als een mechanische hub en een signaalplatform om de overdracht van spanning tijdens contractie en de duur en overdracht van informatie over biomechanische stress mogelijk te maken. Als resultaat, elke mutatie die de architectuur en functie van de Z-schijf verstoort, kan het risico op skelet- en hartdisfunctie veroorzaken.

Het eiwitcomplex

Alfa-actinine is een F-actine-verknopend eiwit in Z-schijven van spieren, die een belangrijke Z-schijfcomponent vormt die antiparallelle actinefilamenten van aangrenzende sarcomeren vernet om te dienen als een bindingsplatform voor meerdere Z-schijfeiwitten, inclusief FATZ-1. De FATZ-eiwitten kunnen binden aan α-actinine via hun c-terminale regio en aan domeinen van de Enigma-familieleden via een specifiek c-terminaal herkenningsmotief. In dit werk, Antonio Sponga et al. toonde aan hoe FATZ-eiwitten intrinsiek ongeordende regio's (IDR's) bevatten, het best te omschrijven als een conformationeel ensemble, die minder stabiel zijn en geen stabiele tertiaire structuur hebben. Naast biofysische karakteriseringsmethoden, het team gebruikte röntgenkristallografie en kleine-hoek röntgenverstrooiing om een ​​"fuzzy" α-actinine-2 / FATZ-1-complex te beschrijven. Het FATZ-1-eiwit kan een organisatorische rol spelen in de Z-schijf vanwege zijn multivalente steigereigenschappen en een strak complex van polaire architectuur vormen met α-actinine-2.

De FATZ-eiwitfamilie wordt aangetroffen in alle gewervelde dieren waar menselijke FATZ-1, FATZ-2, en FATZ-3 delen 34 tot 40 procent sequentie-identiteit. De wetenschappers herkenden proteolyse-resistente fragmenten, na het uitvoeren van proteolyse-experimenten. Toen ze grootte-uitsluitingschromatografie (SEC) combineerden met lichtverstrooiing met meerdere hoeken, ze merkten de overheersende monomeren op onder experimentele omstandigheden. Vervolgens karakteriseerden ze de monomeren verder met behulp van SEC in combinatie met röntgenverstrooiing met een kleine hoek en benadrukten ze ook de intrinsiek ongeordende / ensemble-toestand van de monomeren met behulp van spectra met één kwantumcoherentie (HSQC), voor beide constructies. Om de bindingsstoichiometrie van de FATZ-1-naar-3-eiwitten aan α-actinine-2 te begrijpen, Sponga et al. gebruikte grootte-uitsluitingschromatografie-multiangle lichtverstrooiing (SEC-MALS). Om de bindingsstoichiometrie van de FATZ-1-naar-3-eiwitten aan α-actinine-2 te karakteriseren, Sponga et al. gebruikte SEC-MALS. De uitkomst toonde aan hoe elk van de drie FATZ-eiwitten een strak complex vormde met α-actinine-2, met een bindende stoichiometrie van twee FATZ-moleculen per α-actinine-2-dimeer. Dat is één FATZ-molecuul per α-actinine-2-subeenheid. Het team gebruikte vervolgens isothermische titratiecalorimetrie (ITC) om de interactieaffiniteit te kwantificeren.

Meerdere bindingsplaatsen voor het eiwitcomplex

Het team merkte op hoe FATZ-1 via meerdere bindingsplaatsen interageerde met α-actinine-2. Om de FATZ-1-bindingsplaatsen te beperken, Sponga et al. gebruikte beperkte proteolyse en chemische verknoping gekoppeld aan massaspectrometrie op het eiwitcomplex. Om vervolgens de kristallisatie van dit eiwitcomplex te bevorderen, het team combineerde vervolgens ook de informatie van de peptide-array en genereerde een kortere constructie die bekend staat als mini-FATZ-1 voor verder onderzoek naar hun structurele biologie. De wetenschappers valideerden vervolgens de vage modellen die in het werk waren ontwikkeld met behulp van berekende en experimenteel afgeleide intrinsieke viscositeit - een hydrodynamische parameter van eiwitconformatie. Om vervolgens de bijdrage van α-actinine-2 aan het lokaliseren van FATZ-eiwitten op de Z-schijf van het sarcomeer te begrijpen, Sponga et al. getransfecteerde GFP-gelabelde FATZ-1- of FATZ-2-eiwitten in onsterfelijk gemaakte muismyoblasten of neonatale rattencardiomyocyten. Zowel FATZ-1- als -2-eiwitten waren correct gericht op de Z-schijf en co-gelokaliseerd met α-actinine-2.

Outlook

Op deze manier, Antonio Sponga en collega's beschreven hoe de sarcomeerassemblage begon met Z-lichamen van α-actinine-2, om eiwitten zoals FATZ, myotiline, en actine, om er een paar te noemen. De uitkomst geeft aan dat eiwitten van de FATZ-familie beschikbaar zijn in Z-lichamen en volwassen Z-schijven met een rol in eiwitsignaleringsroutes om calcineurine te binden. Het team benadrukte de rol van FATZ-1, het meest bestudeerde familielid en zijn interactie met het belangrijkste Z-schijfeiwit α-actinine-2. De structuur en het bindingsmechanisme van het fuzzy -actinine-2 / FATZ-1-complex ondersteunde FATZ-1-functie als een klassiek steigereiwit in de Z-schijfassemblage. Nader onderzoek zal uitwijzen of dezelfde principes ook gelden onder fysiologische omstandigheden in levende cellen.

© 2021 Science X Network