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通过 Mical 介导的氧化作用灾难性地解体肌动蛋白丝。

Catastrophic disassembly of actin filaments via Mical-mediated oxidation.

机构信息

Department of Chemistry and Biochemistry, University of California (UCLA), Los Angeles, CA, 90095, USA.

California NanoSystems Institute, UCLA, Los Angeles, CA, 90095, USA.

出版信息

Nat Commun. 2017 Dec 19;8(1):2183. doi: 10.1038/s41467-017-02357-8.

DOI:10.1038/s41467-017-02357-8
PMID:29259197
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5736627/
Abstract

Actin filament assembly and disassembly are vital for cell functions. MICAL Redox enzymes are important post-translational effectors of actin that stereo-specifically oxidize actin's M44 and M47 residues to induce cellular F-actin disassembly. Here we show that Mical-oxidized (Mox) actin can undergo extremely fast (84 subunits/s) disassembly, which depends on F-actin's nucleotide-bound state. Using near-atomic resolution cryoEM reconstruction and single filament TIRF microscopy we identify two dynamic and structural states of Mox-actin. Modeling actin's D-loop region based on our 3.9 Å cryoEM reconstruction suggests that oxidation by Mical reorients the side chain of M44 and induces a new intermolecular interaction of actin residue M47 (M47-O-T351). Site-directed mutagenesis reveals that this interaction promotes Mox-actin instability. Moreover, we find that Mical oxidation of actin allows for cofilin-mediated severing even in the presence of inorganic phosphate. Thus, in conjunction with cofilin, Mical oxidation of actin promotes F-actin disassembly independent of the nucleotide-bound state.

摘要

肌动蛋白丝的组装和拆卸对于细胞功能至关重要。MICAL 氧化还原酶是肌动蛋白的重要翻译后效应因子,可立体特异性地氧化肌动蛋白的 M44 和 M47 残基,诱导细胞 F-肌动蛋白解体。在这里,我们表明 Mical 氧化的(Mox)肌动蛋白可以进行极快的(84 个亚基/s)解体,这取决于 F-肌动蛋白的核苷酸结合状态。使用近原子分辨率的 cryoEM 重建和单丝 TIRF 显微镜,我们确定了 Mox-肌动蛋白的两种动态和结构状态。基于我们 3.9Å cryoEM 重建的肌动蛋白 D-环区域的建模表明,Mical 的氧化作用使 M44 的侧链重新定向,并诱导肌动蛋白残基 M47(M47-O-T351)的新分子间相互作用。定点突变显示,这种相互作用促进了 Mox-肌动蛋白的不稳定性。此外,我们发现肌动蛋白的 Mical 氧化作用允许肌球蛋白介导的切割,即使存在无机磷酸盐也是如此。因此,与肌球蛋白结合,Mical 氧化的肌动蛋白促进 F-肌动蛋白解体,而不依赖于核苷酸结合状态。

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