专栏名称: BioArt

BioArt致力于分享生命科学领域科研学术背后鲜为人知的故事，及时报道和评论生命科学领域有料的动态，BioArt也是一个生命科学领域“百花齐放，百家争鸣”的舞台，循“自由之思想”与“独立之精神”为往圣继绝学。

Sci Adv丨徐孟琦发现肌球蛋白与Arp2/3复合体合作调控

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-09-22 09:16

正文

在细胞迁移过程中，马达蛋白（motor proteins）发挥着关键作用。它们是能够沿着细胞骨架（如微管或肌动蛋白丝）移动的分子机器，通过消耗ATP（腺苷三磷酸）来产生机械力，从而驱动细胞内的各种运动活动。肌球蛋白 (myosin) 是一类与肌动蛋白 (actin) 相互作用的马达蛋白。在细胞迁移过程中，I类和II类肌球蛋白尤为重要。其中，I类肌球蛋白 (myosin-I) 是一类单头、膜锚定的马达蛋白【1】，它能与肌动蛋白结合并产生机械力，调控膜动力学和细胞迁移中的肌动蛋白网络重构，参与片状伪足 (lamellipodia) 和丝状伪足 (filopodia) 的形成【2】。

另一类在细胞迁移中发挥重要作用的蛋白是Arp2/3复合体 (Arp2/3 complex) 。Arp2/3复合体是一种由七个亚基组成的蛋白质复合体，其主要功能是促进肌动蛋白分支的形成。当Arp2/3复合体被成核促进因子(nucleation promoting factors, NPFs) 激活时（如WASP/WAVE家族蛋白），它会附着在现有的母丝（母肌动蛋白丝）的一侧，促使新肌动蛋白丝以一定的角度从母丝分支出来，形成Y字形的分支结构。通过促进肌动蛋白分支的形成，Arp2/3复合体在细胞前缘（如片状伪足和丝状伪足）生成复杂的树枝状肌动蛋白网络（即分支肌动蛋白网络，branched actin network）。这种肌动蛋白网络的快速组装和分支生成推动了细胞膜的前进，是细胞迁移和形态变化的基础【3】。

研究发现，I类肌球蛋白 (myosin-I) 通常与Arp2/3复合体 (Arp2/3 complex) 及其成核促进因子 (NPFs) 共定位在细胞前端（特别是在片状伪足和丝状伪足的形成区域），共同参与调节分支肌动蛋白网络 (branched actin network) 的形成与重构【4-8】。虽然很多研究表明I类肌球蛋白与Arp2/3复合体都在细胞骨架动力学和细胞迁移中起到重要作用，但二者如何相互作用以调控这些过程的具体机制尚不完全清楚。

近日，Science Advances发表了来自宾大团队的研究，题为：Myosin-I synergizes with Arp2/3 complex to enhance the pushing forces of branched actin networks （第一作者：徐孟琦）。研究展示了I类肌球蛋白如何与Arp2/3复合体协同作用，调控分支肌动蛋白网络。

为了研究I类肌球蛋白与Arp2/3复合体之间的相互协调作用，研究者设计了一种重组系统——彗星尾珠动性分析系统（comet-tail bead motility assay）【9-11】。他们将成核促进因子(NPFs) 和I类肌球蛋 (Myo1d) 共同修饰在微米级珠子的表面，来模拟细胞膜上观察到的NPFs和I类肌球蛋的共定位和富集现象。珠子表面的NPFs能激活体系中的Arp2/3复合体，并促使树枝状肌动蛋白网络的生成。新生成的树状肌动蛋白网络聚合在珠子表面，不断向外挤压，并最终打破对称性，在珠子一侧形成彗星尾状结构 (comet tail) 。通过调节封端蛋白 (capping protein) 的浓度，可以调节彗星尾状结构中分支肌动蛋白网络 (branched actin network) 的密度【11-12】，并观察在不同密度的分支肌动蛋白网络下，I类肌球蛋白与Arp2/3复合体的相互作用。

研究结果显示，I类肌球蛋白与Arp2/3复合体协同作用，在组装过程中增强了分支肌动蛋白网络的推力生成。I类肌球蛋白通过减少Arp2/3复合体在NPF表面生成的分支数量，改变了肌动蛋白的组装动力学，形成了一个更稀疏但更高效的肌动蛋白伸长网络。I类肌球蛋白通过其动力学周期对周围的肌动蛋白网络施加推力，这些推力使得肌动蛋白丝向外移动，从而增强了分支肌动蛋白网络的推力。其动力冲程 (power-stroke) 还能够破坏肌动蛋白网络结构，促进肌动蛋白网络的断裂和重组。分子水平的计算模型进一步揭示了I类肌球蛋白在Arp2/3复合体介导的肌动蛋白组装过程中能够显著增强推动力的生成。

总体而言，该研究揭示了I类肌球蛋白如何与Arp2/3复合体协同作用，调控分支肌动蛋白网络的结构和动力学特性，并增强分支肌动蛋白网络推动力的生成。该研究还阐明了肌球蛋白马达活性与分支肌动蛋白网络构建之间的协同效应，强调了它们在驱动细胞膜界面形态变化方面的共同作用。

原文链接：

http://doi.org/10.1126/sciadv.ado5788

制版人：十一

参考文献

1. T. D. Pollard, E. D. Korn, Acanthamoeba Myosin. Journal of Biological Chemistry 248, 4682-4690 (1973).

2. B. B. McIntosh, E. M. Ostap, Myosin-I molecular motors at a glance. J Cell Sci 129, 2689-2695 (2016).

3. T. D. Pollard, G. G. Borisy, Cellular motility driven by assembly and disassembly of actin filaments. Cell 112, 453-465 (2003).

4. C. G. Almeida, A. Yamada, D. Tenza, D. Louvard, G. Raposo, E. Coudrier, Myosin 1b promotes the formation of post-Golgi carriers by regulating actin assembly and membrane remodelling at the trans-Golgi network. Nat Cell Biol 13, 779-789 (2011).

5. S. R. Barger et al., Membrane-cytoskeletal crosstalk mediated by myosin-I regulates adhesion turnover during phagocytosis. Nat Commun 10, 1249 (2019).

6. R. T. A. Pedersen, D. G. Drubin, Type I myosins anchor actin assembly to the plasma membrane during clathrin-mediated endocytosis. J Cell Biol 218, 1138-1147 (2019).

7. H. E. Manenschijn, A. Picco, M. Mund, A. S. Rivier-Cordey, J. Ries, M. Kaksonen, Type-I myosins promote actin polymerization to drive membrane bending in endocytosis. eLife 8 (2019).

8. A. Capmany et al., MYO1C stabilizes actin and facilitates the arrival of transport carriers at the Golgi complex. J Cell Sci 132 (2019).

9. T. P. Loisel, R. Boujemaa, D. Pantaloni, M. F. Carlier, Reconstitution of actin-based motility of Listeria and Shigella using pure proteins. Nature 401, 613-616 (1999).

10. R. Boujemaa-Paterski, R. Galland, C. Suarez, C. Guerin, M. Thery, L. Blanchoin, Directed actin assembly and motility. Methods Enzymol 540, 283-300 (2014).

11. O. Akin, R. D. Mullins, Capping protein increases the rate of actin-based motility by promoting filament nucleation by the Arp2/3 complex. Cell 133, 841-851 (2008).

12. A. Kawska et al., How actin network dynamics control the onset of actin-based motility. Proc Natl Acad Sci U S A 109, 14440-14445 (2012).

（可上下滑动阅览）

BioART战略合作伙伴

（*排名不分先后）

BioART友情合作伙伴

（*排名不分先后）

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

会议资讯

近期直播推荐