金泽大学的研究人员报道eLife肌动蛋白结构依赖性cofilin优先协同结合机制的解读。
肌动蛋白丝是由两个长螺距螺旋交织而成的双链螺旋结构，交叉点之间的距离称为半螺距(HHP)，约为36nm。一个标准的半螺旋由13个肌动蛋白原聚体或6.5对原聚体组成，导致两个相邻原聚体沿同一长节距链的平均轴向距离(MAD)为5.5 nm。
Cofilin是肌动蛋白解聚因子/ Cofilin (ADF/ Cofilin)家族的一部分，存在于所有真核生物中。在哺乳动物中，有两种主要的同种异构体:主要存在于非肌肉组织中的cofilin 1和主要存在于肌肉组织中的cofilin 2。Cofilin是肌动蛋白丝动力学的重要调节因子，特别是在非平衡条件下的组装和拆卸过程中。它以浓度依赖的方式促进肌动蛋白丝的解聚和切断，并在此作用中与其他肌动蛋白结合蛋白协同或竞争性地相互作用。
本研究解决了几个关键问题，以阐明沿肌动蛋白丝的cofilin 1簇的优先合作结合和扩展:(i)在典型肌动蛋白丝和cofilin未修饰的扭曲肌动蛋白(C-actin-like)区域之间，每个HHP的肌动蛋白原蛋白数量是否不同?(ii)这些区域的MAD是否随时间变化，以及这些变化如何影响含有ADP或ADP的未结合肌动蛋白区域内的cofilin结合。在尖端(PE)和倒钩端(BE)两侧毗邻的cofilin簇?
Ngo和WPI nanolsi -金泽大学(日本)、华威大学(英国)、河内科技大学(越南)和早稻田大学(日本)的同事利用高速原子力显微镜(HS-AFM)的高时空分辨率观察了由cofilin结合引起的肌动蛋白丝的动态结构变化。他们还通过实验证明了裸肌动蛋白丝扭曲构象的内在变异性。
他们的研究结果表明，肌动蛋白丝的螺旋扭曲和动力学在体外和体内都是可变的和不规则的，挑战了冷冻电子显微镜和x射线衍射的传统观点，即这些参数是静态的。通过将HS-AFM与主成分分析(PCA)相结合，该研究阐明了cofilin向肌动蛋白丝PE侧的结构依赖的优先协同结合。他们提供的实验证据支持“原理证明”，即肌动蛋白丝的灵活和特定的螺旋扭曲调节肌动蛋白结合蛋白的功能。
Ngo和他的同事强调了考虑丝状肌动蛋白在不同核苷酸状态下的结构动力学和异质性的重要性，无论是否有cofilin，随着时间的推移。这项重要的研究增强了我们对肌动蛋白丝的动态和多态性质的理解，肌动蛋白丝对广泛的细胞活动至关重要。细胞骨架研究(如细胞力学和运动)和新兴的“动态结构生物学”领域的研究人员将从这些发现中受益匪浅。
展望与未来挑战
实时研究“蛋白质动力学”的核心挑战在于弥合时间尺度上的差距:HS-AFM在毫秒到秒的范围内捕获蛋白质二维表面结构的动力学，而分子动力学(MD)模拟通常探索原子结构，并在飞秒到微秒的范围内操作。
蛋白质动力学包括时间尺度的光谱，从原子振动到分子翻滚和模拟中的集体运动。HS-AFM作为一种研究蛋白质动力学的有效技术脱颖而出，包括蛋白质折叠和由药物或蛋白质相互作用引发的构象变化等过程。此外，MD模拟的一个重要限制是空间建模约束，这限制了对大型复杂生物系统的研究。然而，利用HS-AFM可以构建复杂的蛋白质模型，便于在功能活动期间对其结构和动力学进行高速成像。
因此，解决实验数据和模拟数据之间的时间和空间分辨率差异需要一个综合的策略，允许在超快/实时和原子水平上同时观察蛋白质结构，动力学和功能，超越单个方法。
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希望本篇文章《高速原子力显微镜揭示了肌动蛋白细丝中的Cofilin结合模式》能对你有所帮助！
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