Alfa-aktinin kan tvärbinda aktinfilament och förankra dem till Z-skivan i sarkomerer. Sarkomerer är en strukturell enhet av myofibril i strimmig muskel. FATZ (filamin, a-aktinin- och teletoninbindande protein i Z-skivan) kan interagera med α-aktinin och andra kärn-Z-skivproteiner som bidrar till myofibrils montering och underhåll. I en ny rapport nu Vetenskapliga framsteg , Antonio Sponga och ett internationellt forskargrupp i Österrike, Tyskland, Ryssland, Polen och Storbritannien detaljerade den första strukturen och cellvalideringen av α-actinin-2-komplexet med en Z-disk-partner, FATZ-1, att bilda en konform ensemble. FATZ-1 bildade ett tätt flummigt komplex med a-aktinin-2 med en föreslagen interaktionsmekanism via molekylära igenkänningselement och sekundära bindningsställen. Den erhållna integrativa modellen avslöjade en polar arkitektur av komplexet i kombination med FATZ-1 multivalenta ställningsfunktionen för att organisera interaktionspartners och stabilisera.

Sarcomere

De sammandragande musklerna kan reglera frivilliga djurrörelser och ofrivilliga hjärtslag, och sarkomerer är de grundläggande kontraktila enheterna hos strimmiga muskelceller. De består av matriser av tunna (aktin) och tjocka (myosin) trådar som glider förbi varandra under sammandragning. Z-skivan kan bilda gränsen mellan intilliggande sarkomerer, där antiparallella aktinfilament är förankrade. En lämpligt stabil förankringsstruktur måste genereras av interaktionen mellan myosin och aktin. Z-skivan kan fylla denna roll genom att fungera som ett mekaniskt nav och en signalplattform för att möjliggöra överföring av spänning under sammandragning och varaktighet och överföring av information om biomekanisk stress. Som ett resultat, alla mutationer som stör Z-diskens arkitektur och funktion kan riskera att orsaka skelett- och hjärtfunktion.

Proteinkomplexet

Alfa-aktinin är ett F-aktin-tvärbindande protein i muskel-Z-skivor, som bildar en viktig Z-skivkomponent som tvärbinder antiparallella aktinfilament från närliggande sarkomerer för att fungera som en bindningsplattform för flera Z-skivproteiner, inklusive FATZ-1. FATZ-proteinerna kan binda till α-actinin genom deras c-terminala region och till Enigma-familjemedlemmarnas domäner via ett specifikt c-terminal igenkänningsmotiv. I det här arbetet, Antonio Sponga et al. visat hur FATZ -proteiner innehöll egensyndriga regioner (IDR) som bäst beskrivs som en konformationell ensemble, som är mindre stabila och saknar en stabil tertiär struktur. Förutom biofysiska karakteriseringsmetoder, laget använde röntgenkristallografi och småvinklad röntgenspridning för att beskriva ett "flummigt" a-aktinin-2/FATZ-1-komplex. FATZ-1-proteinet kan spela en organisatorisk roll i Z-disken på grund av dess multivalenta ställningsegenskaper och bilda ett tätt komplex av polarkitektur med α-actinin-2.

FATZ -proteinfamiljen

FATZ-proteinfamiljen finns över alla ryggradsdjur där humant FATZ-1, FATZ-2, och FATZ-3 delar 34 till 40 procent sekvensidentitet. Forskarna kände igen proteolysresistenta fragment, efter att ha genomfört proteolysförsök. När de kombinerade storleksekskluderingskromatografi (SEC) med ljusspridning med flera hörn, de noterade de dominerande monomererna under experimentella förhållanden. De karakteriserade sedan ytterligare monomererna med hjälp av SEC kombinerat med liten vinkelröntgenspridning och belyste också monomerernas inneboende störning/ensemble-tillstånds natur med användning av enkelkvant koherens (HSQC) spektra, för båda konstruktionerna. För att förstå bindningsstökiometri av FATZ-1-till-3-proteinerna till a-aktinin-2, Sponga et al. använt storleksekskluderingskromatografi-flersidig ljusspridning (SEC-MALS). För att karakterisera bindningsstökiometri av FATZ-1-till-3-proteinerna till a-aktinin-2, Sponga et al. används SEC-MALS. Resultatet visade hur vart och ett av de tre FATZ-proteinerna bildade ett tätt komplex med α-aktinin-2, med en bindande stökiometri av två FATZ-molekyler per a-aktinin-2-dimer. Det är en FATZ-molekyl per a-aktinin-2-subenhet. Teamet använde därefter isotermisk titreringskalorimetri (ITC) för att kvantifiera interaktionsaffiniteten.

Flera bindningsställen för proteinkomplexet

Teamet noterade hur FATZ-1 interagerade med α-actinin-2 via flera bindningsställen. För att begränsa FATZ-1-bindningsställena, Sponga et al. använde begränsad proteolys och kemisk tvärbindning i kombination med masspektrometri på proteinkomplexet. För att sedan hjälpa kristalliseringen av detta proteinkomplex, teamet kombinerade sedan också informationen från peptiduppsättningen och genererade en kortare konstruktion känd som mini-FATZ-1 för ytterligare studier om deras strukturbiologi. Forskarna validerade sedan de suddiga modellerna som utvecklats i arbetet med hjälp av beräknad och experimentellt härledd egenviskositet - en hydrodynamisk parameter för proteinkonformation. För att sedan förstå bidraget från α-actinin-2 för att lokalisera FATZ-proteiner på Z-skivan i sarkomeren, Sponga et al. transfekterade GFP-märkta FATZ-1- eller FATZ-2-proteiner till odödliga musmyoblaster eller neonatala råttkardiomyocyter. Både FATZ-1 och -2-proteiner riktade korrekt till Z-disken och samlokaliserades med α-actinin-2.

Syn

På det här sättet, Antonio Sponga och kollegor beskrev hur sarkomerenheten startade från Z-kroppar av α-actinin-2, att inkludera proteiner som FATZ, myotilin, och aktin, för att nämna några. Resultatet indikerar att proteiner från FATZ-familjen är tillgängliga i Z-kroppar och mogna Z-skivor med en roll i proteinsignaleringsvägar för att binda kalcineurin. Teamet belyste rollen som FATZ-1, den mest studerade familjemedlemmen och dess interaktion med det stora Z-skivproteinet α-actinin-2. Strukturen och bindningsmekanismen för det fuzzy α-actinin-2/FATZ-1-komplexet stöder FATZ-1-funktionen som ett klassiskt ställningsprotein i Z-diskaggregatet. Ytterligare studier kommer att avslöja om samma principer gäller under fysiologiska förhållanden i levande celler.

© 2021 Science X Network