ADF/コフィリンファミリー

ADF/コフィリンはアクチン結合タンパク質のファミリーであり、アクチンに特徴的な動的不安定性を与えるアクチンミクロフィラメントの急速な脱重合に関与しています。^[1]この動的不安定性は、筋収縮、細胞運動、転写制御におけるアクチンの役割の中心です。^[2]

このファミリーに属する3つの高度に保存され、高度に（70％-82％）同一の遺伝子がヒトとマウスで発見されている：^[3]

• CFL1、コフィリン1（非筋肉コフィリン、またはn-コフィリン）をコードする
• CFL2、コフィリン 2をコードする（筋肉中に存在：m-コフィリン）
• DSTN はデストリンをコードし、ADF またはアクチン脱重合因子としても知られる

アクチン結合タンパク質は、アクチンフィラメントの組み立てと分解を制御します。^{[4] ADF/コフィリンファミリーのメンバーである} コフィリンは、実際にはデストリンと70%の配列同一性を持つタンパク質であり、小さなADP結合タンパク質のADF/コフィリンファミリーの一部となっています。^{[5] [6]}このタンパク質は、アクチンモノマーとフィラメント、それぞれGアクチンとFアクチンに結合します。^[7]コフィリンはフィラメントのマイナス端で脱重合を引き起こし、それによってフィラメントの再組み立てを防ぎます。このタンパク質は、フィラメント断片にプラス端を増やすことでアクチンフィラメントを切断することが知られています。^[4]コフィリン/ADF（デストリン）は、キャッピングなしでFアクチンを切断する可能性が高く^[6]、ADPアクチンを好みます。これらのモノマーはプロフィリンによってリサイクルされ、ADPからATPへの交換によってモノマーが再びフィラメントの形に戻るように活性化されます。 ATP-アクチンはその後組み立てに利用される。^[4]

アクチン脱重合因子の構造は、アクチンが多くの細胞プロセスで重要な役割を果たしているため、多くの生物で高度に保存されています。^[8]アクチン脱重合因子ファミリーのタンパク質は、5つのベータシート（4つの反平行と1つの平行）、および4つのアルファヘリックスで構成され、中央のアルファヘリックスがタンパク質の構造と安定性を提供します。^[8]アクチン脱重合因子相同ドメイン（ADF-Hドメイン）は、アクチンサブユニットへの結合を可能にし、中央のアルファヘリックス、N末端延長部、およびC末端ヘリックスを含みます。^{[9] [8]}

• N末端延長部は傾斜ループで構成されており、Gアクチンへの結合は促進されるが、Fアクチンに存在する立体障害のためFアクチンへの結合は促進されない。^[8]
• C末端はアミド骨格とS274位のセリンを介してFアクチンと水素結合を形成することができる。このセリンはアクチン結合における重要性から、特に進化的に高度に保存されている。^[8]
• 中央のαヘリックスはアクチン結合時にアクチンの第1サブユニットと第3サブユニットの間の疎水性溝に挿入される。^[8]

コフィリンは単量体（G-アクチン）およびフィラメント状アクチン（F-アクチン）に結合します。その結合親和性は、ADP-Pi および ATP-アクチンよりも ADP-アクチンに対して高くなります。その結合により、F-アクチンのねじれが変化します。ADF の構造は、1980 年に James Bamburg によって初めて特徴付けられました。^[10]コフィリン結合部位の近くにある 4 つのアクチンヒスチジンがコフィリン/アクチン相互作用に必要である可能性がありますが、pH 感受性だけでは、遭遇する相互作用のレベルを説明するのに十分ではない可能性があります。コフィリンは、この形態のアクチンの柔軟性が増すため、ADP-F アクチンに収容されます。コフィリンと ADF（デストリン）の両方が結合すると、フィラメントのクロスオーバー長が短縮されます。したがって、ひずみによりフィラメントのダイナミクスが増加し、フィラメントの断片化のレベルが観察されます。^[6]

コフィリンは、アクチンフィラメントの再編成に必要な、遍在するアクチン結合因子です。ADF/コフィリンファミリーのメンバーは、G-アクチンモノマーに結合し、切断^[11]と先端からのアクチンモノマーのオフレートの増加という2つのメカニズムを通じてアクチンフィラメントを脱重合します。^[12]コフィリンが効果的に機能するには、トロポミオシンのない「古い」ADP/ADP-Piアクチンフィラメントと適切なpHが必要です。すぐに利用できるATP-G-アクチンの存在下では、コフィリンはアクチン切断活性を介してアクチンの重合を加速します（Arp2/3複合体によるさらなる重合と核形成のために自由なとげのある端を提供します）。^{[13]コフィリンは、}生体内での長期的な効果として、古いADP-F-アクチンをリサイクルし、細胞が持続的な運動性のためにATP-G-アクチンプールを維持するのに役立ちます。 pH、リン酸化、ホスホイノシチドはコフィリンのアクチンとの結合および会合活性を制御する^[7]

Arp2 /3複合体とコフィリンは協力して細胞骨格内のアクチンフィラメントを再編成します。アクチン結合タンパク質複合体であるArp2/3は、成長中のフィラメントのとげのある端の近くのATP-F-アクチンの側面に結合し、新しいF-アクチン枝の核形成を引き起こします。^[13]一方、コフィリン駆動の脱重合は、Arp2/3複合体から解離した後に起こります。^[4]これらはまた、フィラメントの成長を継続するために小胞によってより多くのタンパク質を輸送するために、アクチンフィラメントを再編成するために協力します。^[14]

コフィリンは、ミオシン、トロポミオシン、α-アクチニン、ゲルゾリン、スクルインなどの他のタンパク質とも結合します。これらのタンパク質は、アクチン結合に関してコフィリンと競合します。 ^[6]コフィリンは、自然免疫応答においても役割を果たします^[要出典]。

ADF/コフィリンは、波打つ膜や可動細胞の先端に見られる。^[12]特に、ADF/コフィリンは、アクチンネットワークを特徴とする線維芽細胞からの突起であるアフリカツメガエルの ラメリポディアのブラシの後ろにあるフィラメントの分解を促進する。サブユニットはとげのある端に追加され、後ろ向きの尖端からは失われる。尖端からのアクチン解離の速度定数kを増加させると、アクチンフィラメントが切断されることが判明した。この実験を通じて、ATPまたはADP-Piがアクチンフィラメントへの結合に関与している可能性が高いことが判明した。^[14]

F-アクチン（フィラメント状アクチン）は、ATP の最後のリン酸基およびメインループに結合した近くのヒスチジンと水素結合を形成できるアクチンの第 2 サブユニット上のセリンの存在により、ATP に結合すると安定化します。この相互作用により、メインループと第 2 サブユニット間の相互作用により、構造が内部的に安定化します。ATP が ADP に加水分解されると、無機リン酸が失われるため、セリンは ADP と水素結合を形成できなくなり、セリン側鎖がねじれて、第 2 サブユニットの構造変化を引き起こします。^{[15] [12]}この構造変化により、セリンはメインループに結合したヒスチジンと水素結合を形成できなくなり、サブユニット 1 と 3 の間の結合が弱まり、分子全体がねじれます。このねじれにより分子に負担がかかり、分子が不安定になります。^[2]

アクチン脱重合因子は、アクチンの第1サブユニットと第3サブユニットの間の溝に中央のらせんを挿入することで、不安定化したF-アクチンに結合することができます。アクチン脱重合因子は協力的にF-アクチンに結合し、F-アクチンの構造変化を引き起こし、さらにねじれて不安定化します。このねじれにより、アクチンモノマー間の結合が切断され、フィラメントが脱重合されます。^[2]

アクチン脱重合因子は、 LIMキナーゼによるC末端のセリンのリン酸化によって制御される。 [16]アクチン脱重合因子は脱リン酸化されると活性化され、リン酸化されると阻害される。 [ ^{17 ]}

アルカリ性環境は、ATPがADPに加水分解されるときに放出される無機リン酸を安定化させるため、pH値が高いほどF-アクチンに結合したATPがADPに加水分解されやすくなり、アクチンが不安定化します。^[18]

F-アクチンは、タンパク質トロポミオシンとアクチン脱重合因子に競合的かつ相互排他的に結合します。トロポミオシンのF-アクチン結合は非協力的であるため、トロポミオシンの結合はF-アクチンの構造変化を誘発せず、不安定化を引き起こしません。^[17]しかし、トロポミオシンがアクチンに結合するとアクチン脱重合因子の結合部位がブロックされるため、F-アクチンはトロポミオシンとアクチン脱重合因子の両方に同時に結合することはできません。そのため、トロポミオシンはアクチンの脱重合に対する保護因子として機能します。^[19]

• MBInfo - アクチンフィラメントの脱重合におけるコフィリン

• コフィリン1