Celulele sunt caracterizate ca fiind stabile, dar în acelaşi timp şi extrem de flexibile. Ele îşi modifică în mod constant forma şi chiar se deplasează prin ţesut. Aceste proprietăţi vitale se bazează pe o reţea dinamică, organizată, formată din filamente ramificate de actină, care generează forţe de împingere pentru mişcarea membranei celulare.
O echipă interdisciplinară condusă de Peter Bieling şi Stefan Raunser de la institutul Max Planck de Fiziologie Moleculară (MPI) din Dortmund a dezvăluit un mecanism necunoscut anterior, care explică modul în care oprirea creşterii filamentelor de actină îmbătrânite promovează formarea unora noi, menţinând astfel structura şi funcţia citoscheletului.
Procesul a fost descris de cercetători ca fiind asemănător cu toaletarea corespunzătoare a gardului viu într-o grădină.
Celulele cresc, se divid, îşi schimbă forma şi se mişcă. Ele oferă structură pentru corp şi ţesuturi, intră în răni pentru a le închide sau alungă bacteriile din sânge. Mobilitatea celulelor este o condiţie prealabilă pentru o varietate de funcţii biologice esenţiale şi este asigurată de citoschelet.
Această reţea dinamică de proteine se asamblează pe interiorul membranei celulare şi este responsabilă pentru forma celulei, stabilitatea sa mecanică şi capacitatea sa de a se deplasa.
Cum se asamblează moleculele mici în structuri mari, puternice
O componentă cheie a citoscheletului este actina, care se poate auto-asambla în filamente. Echipa de cercetători a aflat de unde provine de fapt forţa de împingere a citoscheletului. Originea mecanismului constă într-un proces de nucleaţie care are loc chiar sub membrana celulară.
Nucleaţia filamentelor noi de actină este iniţiată de un complex proteic numit Arp2/3, activat de factori de promovare a nucleaţiei ataşaţi de membrană (nucleation promoting factors, NPF).
Apr2/3 formează sămânţa iniţială a unui filament nou pe care o conectează la capătul filamentelor mai vechi. După ce acest proces are loc, monomerii de actină se ataşează şi construiesc un filament, care creşte şi se prinde de membrana celulară. Acest proces de creştere generează forţa de împingere care mişcă membrana.
Structura reţelei de actină rezultată arată ca „un copac“ sau „un gard viu“ cu multe ramuri, datorită filamentele de actină conectate.
Curăţarea „gardului viu“, a reţelei de actină, promovează creşterea filamentelor noi
Pentru a asigura o putere optimă de transmisie a mişcării către membrana plasmatică, reţeaua de actină ramificată necesită o întreţinere continuă.
Un jucător cheie în acest proces este proteina CapZ (capping protein, „proteina capac“, cunoscută şi sub numele de CAPZ, CAZ1 and CAPPA1, care acoperă capătul ghimpat al filamentelor de actină). Sarcina sa principală este să oprească alungirea filamentelor înainte ca acestea să devină prea lungi şi să prevină alungirea neproductivă a filamentelor care cresc departe de membrana celulară.
Curăţarea filamentelor de actină are, astfel, un efect similar asemănător cu toaletarea unui „gard viu“: păstrează „gardul viu“, actina, îngrijit şi ordonat, atunci când toaletarea e corespunzătoare, şi, totodată, stimulează producţia de „înmugurire“, ramificaţia actinei în vecinătatea membranei, prin complexul Arp2/3.
Mecanismul precis implicat în modul în care proteina CapZ controlează viteza cu care Arp2/3 formează filamente noi nu fusese înţeles pînă acum.
Reglarea ramificaţiei actinei
O echipă interdisciplinară de biologi structurali şi biochimişti de la MPI din Dortmund, împreună cu biologi celulari de la universitatea Braunschweig, a descoperit recent mecanismul enigmatic din spatele funcţiei proteinei CapZ şi rolul acesteia în ansamblul reţelei ramificate.
O structură de înaltă rezoluţie a proteinei CapZ legată de un capăt de filament de actină, produsă de coautorul cercetării, Felipe Merino folosind microscopia crioelectronică (crio-ME), a arătat că proteina CapZ face mult mai mult decât se presupunea anterior.
Nu numai că opreşte creşterea filamentului, ci şi blochează terminaţia să mai interacţioneze cu alte proteine. Cel mai important, blochează legarea factorilor de promovare a nucleaţiei (activatorii Arp2/3) printr-o extensie micuţă, asemănătoare unui "tentacul", cum îl descriu cercetătorii.
Johanna Funk, coautoare a studiului, a reuşit să demonstreze că îndepărtarea acestui „tentacul“ nu a împiedicat proteina CapZ să oprească creşterea filamentului, ci a inhibat drastic ansamblul reţelei şi eficienţa proeminenţelor proiecţiei actinei citoscheletice (lamellipodia, LP), necesare pentru mişcarea celulară, atunci când aceasta a lucrat împreună cu celelalte proteine la construirea reţelei ramificate.
Studierea rolului proteinei CapZ din mai multe unghiuri diferite a scos la iveală detalii despre modul în care proteinele de bază, care construiesc reţele ramificate de actină, nu acţionează ca jucători separaţi, aşa cum se credea anterior, ci ca o adevărată unitate funcţională.
Echipa de cercetători speră că descoperirea va contribui, în viitor, la o mai bună înţelegere a mişcării celulare atât în celulele sănătoase, cât şi în cele bolnave.
