Dyneina - Dynein
Dyneina to rodzina białek motorycznych cytoszkieletu , które poruszają się wzdłuż mikrotubul w komórkach . Zamieniają energię chemiczną zmagazynowaną w ATP na pracę mechaniczną . Dyneina transportuje różne ładunki komórkowe , zapewnia siły i przemieszczenia ważne w mitozie oraz napędza rytm rzęsek i wici eukariotycznych . Wszystkie te funkcje opierają się na zdolności dyneiny do poruszania się w kierunku ujemnego końca mikrotubul, znanej jako transport wsteczny , dlatego są one nazywane „silnikami skierowanymi do końca ujemnego”. W przeciwieństwie do tego, większość kinezyn motorycznych białek porusza się w kierunku dodatniego końca mikrotubul.
Klasyfikacja
| Ciężki łańcuch dyneiny, region N-końcowy 1 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | DHC_N1 | ||||||||
| Pfam | PF08385 | ||||||||
| InterPro | IPR013594 | ||||||||
| |||||||||
| Ciężki łańcuch dyneiny, region N-końcowy 2 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | DHC_N2 | ||||||||
| Pfam | PF08393 | ||||||||
| InterPro | IPR013602 | ||||||||
| |||||||||
| Ciężki łańcuch dyneiny i region D6 silnika dyneiny | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Dynein_heavy | ||||||||
| Pfam | PF03028 | ||||||||
| InterPro | IPR004273 | ||||||||
| |||||||||
| Lekki łańcuch pośredni dyneiny (DLIC) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||||||
| Symbol | DLIC | ||||||||||
| Pfam | PF05783 | ||||||||||
| Klan Pfam | CL0023 | ||||||||||
| |||||||||||
| Lekki łańcuch Dynein typu 1 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 struktura ludzkiego dimeru pin/lc8 ze związanym peptydem
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Dynein_light | ||||||||
| Pfam | PF01221 | ||||||||
| InterPro | IPR001372 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00953 | ||||||||
| SCOP2 | 1bkq / zakres / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Przeszkoda na drodze | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktura białka Roadblock/LC7 - RCSB PDB 1y40
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Robl1, Robl2 | ||||||||
| Pfam | PF03259 | ||||||||
| InterPro | IPR016561 | ||||||||
| SCOP2 | 1y4o / zakres / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Dyneiny można podzielić na dwie grupy: dyneiny cytoplazmatyczne i dyneiny aksonemalne , zwane również dyneinami rzęskowymi lub wiciowymi.
- aksonem
- cytoplazmatyczny
Funkcjonować
Axonemal dyneiny powoduje przesuwanie mikrotubul w axonemes w rzęski i wici i znajduje się tylko w komórkach, które mają te struktury.
Dyneina cytoplazmatyczna, występująca we wszystkich komórkach zwierzęcych i prawdopodobnie również roślinnych, pełni funkcje niezbędne do przeżycia komórki, takie jak transport organelli i składanie centrosomów . Dyneina cytoplazmatyczna porusza się procesowo wzdłuż mikrotubuli; to znaczy, że jedna lub druga z jej łodyg jest zawsze przymocowana do mikrotubuli tak, że dyneina może „przechodzić” znaczną odległość wzdłuż mikrotubuli bez odłączania się.
Dyneina cytoplazmatyczna pomaga w pozycjonowaniu kompleksu Golgiego i innych organelli w komórce. Pomaga również w transporcie ładunków potrzebnych do funkcjonowania komórki, takich jak pęcherzyki wytwarzane przez retikulum endoplazmatyczne , endosomy i lizosomy (Karp, 2005). Dyneina bierze udział w ruchu chromosomów i pozycjonowaniu wrzecion mitotycznych w celu podziału komórek. Dyneiny prowadzi organelli i pęcherzyków ewentualnie mikrotubul fragmenty wzdłuż aksonów w neuronach kierunku korpusu komórkowej w procesie zwanym wstecznego transportu axoplasmic .
Pozycjonowanie wrzeciona mitotycznego
Dyneina cytoplazmatyczna pozycjonuje wrzeciono w miejscu cytokinezy poprzez zakotwiczenie w korze komórkowej i przyciąganie astralnych mikrotubul emanujących z centrosomu . Podczas studiów podoktoranckich na MIT Tomomi Kiyomitsu odkryła rolę dyneiny jako białka motorycznego w wyrównywaniu chromosomów w środku komórki podczas metafazy mitozy. Dynein przyciąga mikrotubule i chromosomy do jednego końca komórki. Kiedy koniec mikrotubul zbliża się do błony komórkowej, uwalniają sygnał chemiczny, który kieruje dyneinę na drugą stronę komórki. Robi to wielokrotnie, aby chromosomy znalazły się w centrum komórki, co jest niezbędne w mitozie. Pączkujące drożdże były potężnym organizmem modelowym do badania tego procesu i wykazały, że dyneina jest ukierunkowana na plusowe końce mikrotubul astralnych i dostarczana do kory komórkowej poprzez mechanizm odciążający.
Replikacja wirusowa
Dyneina i kinezyna mogą być wykorzystywane przez wirusy do pośredniczenia w procesie replikacji wirusa. Wiele wirusów wykorzystuje system transportu mikrotubuli do transportu rdzeni kwasu nukleinowego/białka do wewnątrzkomórkowych miejsc replikacji po inwazji przez błonę komórkową. Niewiele wiadomo na temat motorycznych miejsc wiązania wirusów, ale wiadomo, że niektóre wirusy zawierają sekwencje bogate w prolinę (które różnią się między wirusami), które po usunięciu zmniejszają wiązanie dynaktyny , transport aksonów (w kulturze) i neuroinwazję w żywy. Sugeruje to, że sekwencje bogate w prolinę mogą być głównym miejscem wiązania, które kooptuje dyneinę.
Struktura
Każda cząsteczka silnika dyneinowego jest złożonym zespołem białkowym złożonym z wielu mniejszych podjednostek polipeptydowych . Dyneina cytoplazmatyczna i aksonemalna zawierają niektóre z tych samych składników, ale zawierają również pewne unikalne podjednostki.
Dyneina cytoplazmatyczna
Dyneina cytoplazmatyczna, która ma masę cząsteczkową około 1,5 megadaltona (MDa), jest dimerem dimerów, zawierającym około dwanaście podjednostek polipeptydowych: dwa identyczne „łańcuchy ciężkie”, o masie 520 kDa, które zawierają aktywność ATPazy i są tym samym odpowiedzialne za generowanie ruchu wzdłuż mikrotubuli; dwa łańcuchy pośrednie o masie 74 kDa, które, jak się uważa, zakotwiczają dyneinę w jej ładunku; dwa lekkie łańcuchy pośrednie 53–59 kDa; i kilka lekkich łańcuchów.
Aktywność ATPazy wytwarzająca siłę każdego łańcucha ciężkiego dyneiny zlokalizowana jest w jego dużej „główce” w kształcie pączka, która jest spokrewniona z innymi białkami AAA , podczas gdy dwie wypustki z głowy łączą go z innymi strukturami cytoplazmatycznymi. Jeden występ, łodyga zwiniętej cewki, wiąże się i „przechadza” po powierzchni mikrotubuli poprzez powtarzający się cykl odłączania i ponownego dołączania. Drugi występ, wydłużony ogon, łączy się z lekkimi podjednostkami pośrednimi, pośrednimi i lekkimi łańcuchami, które przyczepiają dyneinę do jej ładunku. Naprzemienna aktywność sparowanych ciężkich łańcuchów w kompletnym cytoplazmatycznym silniku dyneinowym umożliwia pojedynczej cząsteczce dyneiny transport swojego ładunku przez „przejście” znacznej odległości wzdłuż mikrotubuli bez całkowitego odłączenia.
W stanie apo dyneiny silnik jest wolny od nukleotydów, pierścień domeny AAA występuje w konformacji otwartej, a MTBD istnieje w stanie wysokiego powinowactwa. Wiele o domenach AAA pozostaje nieznanych, ale AAA1 jest dobrze ugruntowanym głównym miejscem hydrolizy ATP w dyneinie. Kiedy ATP wiąże się z AAA1, inicjuje zmianę konformacyjną pierścienia domeny AAA w konfigurację „zamkniętą”, ruch podpory i zmianę konformacyjną w linkerze. Łącznik zostaje zgięty i przesuwa się z AAA5 do AAA2, pozostając związanym z AAA1. Jedna dołączona alfa -helisa z łodygi jest ciągnięta przez podporę, przesuwając helisę o pół heptadowego powtórzenia względem jej partnera w postaci zwiniętej cewki i załamując łodygę. W rezultacie MTBD dyneiny wchodzi w stan niskiego powinowactwa, umożliwiając ruchowi silnika do nowych miejsc wiązania. Po hydrolizie ATP łodyga obraca się, przesuwając dyneinę dalej wzdłuż MT. Po uwolnieniu fosforanu MTBD powraca do stanu wysokiego powinowactwa i ponownie wiąże MT, wywołując skok mocy. Łącznik powraca do prostej konformacji i powraca do AAA5 z AAA2 i tworzy działanie dźwigni, powodując największe przemieszczenie dyneiny osiągnięte przez skok mocy. Cykl kończy się uwolnieniem ADP, który przywraca pierścień domeny AAA z powrotem do konfiguracja „otwarta”.
Drożdżowa dyneina może chodzić wzdłuż mikrotubul bez odrywania się, jednak w przypadku śródstopia dyneina cytoplazmatyczna musi być aktywowana przez wiązanie dynaktyny , innego wielopodjednostkowego białka, które jest niezbędne do mitozy , oraz adaptera cargo. Tri-kompleks, który zawiera dyneinę, dynaktynę i adapter ładunku, jest niezwykle wydajny i może pokonywać duże odległości bez odłączania się, aby dotrzeć do wewnątrzkomórkowego miejsca przeznaczenia ładunku. Zidentyfikowane do tej pory adaptery cargo to BicD2 , Hook3 , FIP3 i Spindly. Lekki łańcuch pośredni, który jest członkiem nadrodziny Ras , pośredniczy w dołączaniu kilku adapterów ładunkowych do silnika dynein. Inne podjednostki ogona mogą również pomóc w ułatwieniu tej interakcji, czego dowodem jest struktura o niskiej rozdzielczości dyneina-dynaktyna-BicD2.
Jedną z głównych form regulacji motorycznej w komórkach dla dyneiny jest dynaktyna. Może być wymagana dla prawie wszystkich funkcji dyneiny cytoplazmatycznej. Obecnie jest najlepiej przebadanym partnerem dynein. Dynaktyna jest białkiem, które pomaga w transporcie wewnątrzkomórkowym w całej komórce, łącząc się z dyneiną cytoplazmatyczną. Dynaktyna może działać jako rusztowanie, z którym mogą się wiązać inne białka. Funkcjonuje również jako czynnik rekrutacyjny, który lokalizuje dynein tam, gdzie powinna być. Istnieją również dowody sugerujące, że może ona regulować kinezynę-2. Kompleks dynaktyny składa się z ponad 20 podjednostek, z których największa jest p150(Glued). Nie ma ostatecznych dowodów na to, że sama dynaktyna wpływa na prędkość silnika. Ma to jednak wpływ na procesywność silnika. Regulacja wiązania jest prawdopodobnie allosteryczna: eksperymenty wykazały, że poprawa procesywności silnika dyneinowego nie zależy od domeny wiążącej podjednostkę p150 z mikrotubulami.
Dyneina aksonemalna
Dyneiny aksonemalne występują w wielu formach, które zawierają jeden, dwa lub trzy nieidentyczne łańcuchy ciężkie (w zależności od organizmu i umiejscowienia w rzęsce ). Każdy łańcuch ciężki ma kulistą domenę motoryczną ze strukturą w kształcie pączka, która, jak się uważa, przypomina inne białka AAA , „łodygę” zwiniętej cewki, która łączy się z mikrotubulą, oraz wydłużony ogon (lub „łodygę”), który łączy się z sąsiednim mikrotubula tego samego aksonemu . Każda cząsteczka dyneiny tworzy w ten sposób mostek krzyżowy między dwoma sąsiednimi mikrotubulami aksonemu rzęskowego. Podczas „suwu mocy”, który powoduje ruch, domena motoryczna ATP-azy AAA przechodzi zmianę konformacyjną, która powoduje, że łodyga wiążąca mikrotubule obraca się względem ogona wiążącego ładunek, w wyniku czego jedna mikrotubula przesuwa się względem drugiej (Karp, 2005). To przesuwanie wytwarza ruch zginający potrzebny rzęskom do uderzania i napędzania komórki lub innych cząstek. Grupy cząsteczek dyneiny odpowiedzialne za ruch w przeciwnych kierunkach są prawdopodobnie aktywowane i dezaktywowane w skoordynowany sposób, dzięki czemu rzęski lub wici mogą poruszać się tam iz powrotem. Promieniowy ramienna zaproponowano jako (lub jeden z) struktury synchronizuje tego ruchu.
Regulacja aktywności dyneiny aksonemów ma kluczowe znaczenie dla częstotliwości uderzeń wici i kształtu fali rzęsek. Tryby aksonemalnej regulacji dyneiny obejmują fosforylację, redoks i wapń. Siły mechaniczne działające na aksonem wpływają również na funkcję dyneiny aksonemów. Ciężkie łańcuchy wewnętrznych i zewnętrznych ramion aksonemalnej dyneiny są fosforylowane/defosforylowane w celu kontrolowania szybkości ślizgania się mikrotubul. Tioredoksyny związane z innymi aksonemalnymi ramionami dyneiny są utleniane/redukowane w celu regulacji, gdzie dyneina wiąże się w aksonemie. Centerin i komponenty zewnętrznych ramion dyneinowych aksonemów wykrywają wahania stężenia wapnia. Fluktuacje wapnia odgrywają ważną rolę w zmianie kształtu fali rzęsek i częstotliwości uderzeń wici (King, 2012).
Historia
Białko odpowiedzialne za ruch rzęsek i wici zostało po raz pierwszy odkryte i nazwane dyneiną w 1963 roku (Karp, 2005). 20 lat później wyizolowano i zidentyfikowano cytoplazmatyczną dyneinę, której istnienie podejrzewano od czasu odkrycia wici dyneiny (Karp, 2005).
Segregacja chromosomów podczas mejozy
Segregacja chromosomów homologicznych do przeciwnych biegunów komórki następuje podczas pierwszego podziału mejozy . Właściwa segregacja jest niezbędna do wytwarzania haploidalnych produktów mejotycznych z normalnym zestawem chromosomów. Wydaje się, że powstawanie chiasmata (zdarzenia rekombinacji krzyżowej) ogólnie ułatwia właściwą segregację. Jednak w przypadku drożdży rozszczepialnych Schizosaccharomyces pombe , przy braku chiasmata, dyneina sprzyja segregacji. Dhc1, podjednostka motoryczna dyneiny, jest wymagana do segregacji chromosomów zarówno w obecności, jak i przy braku chiasmata. Białko Dlc1 łańcucha lekkiego dyneiny jest również wymagane do segregacji, szczególnie w przypadku braku chiasmata.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Karp G (2005). Biologia komórkowa i molekularna: koncepcje i eksperymenty (wyd. 4). Hoboken, NJ: John Wiley i synowie. s. 346-358 . Numer ISBN 978-0-471-19279-4.
- Schroer TA (2004). „Dynaktyna”. Roczny przegląd biologii komórkowej i rozwojowej . 20 : 759–79. doi : 10.1146/annurev.cellbio.20.012103.094623 . PMID 15473859 .
Zewnętrzne linki
- Eukariotyczny motyw liniowy, klasa motywu zasobów LIG_Dynein_DLC8_1
- Seminarium Rona Vale'a: „Molekularne białka motoryczne”
- Dynein w Narodowej Bibliotece Medycyny USA Medical Subject Headings (MeSH)
- WE 3.6.4.2