Structural basis of cytoskeletal regulation by twinfilin


Autoria(s): Paavilainen, Ville
Contribuinte(s)

Helsingin yliopisto, biotieteellinen tiedekunta, bio- ja ympäristötieteiden laitos

Helsingfors universitet, biovetenskapliga fakulteten, institutionen för bio- och miljövetenskaper

University of Helsinki, Faculty of Biosciences, Department of Biological and Environmental Sciences, Genetics

Institute of Biotechnology

Data(s)

16/02/2007

Resumo

The actin cytoskeleton is required, in all eukaryotic organisms, for several key cellular functions such as cell motility, cytokinesis, and endocytosis. In cells, actin exists either in a monomeric state (G-actin) or in a filamentous form (F-actin). F-actin is the functional form, which can assemble into various structures and produce direct pushing forces that are required for different motile processes. The assembly of actin monomers into complicated three-dimensional structures is tightly regulated by a large number of actin regulating proteins. One central actin regulating protein is twinfilin. Twinfilin consists of two actin depolymerizing-factor homology (ADF-H) domains, which are capable of binding actin, and is conserved from yeast to mammals. Previously it has been shown that twinfilin binds to and sequesters G-actin, and interacts with the heterodimeric capping protein. More recently it has been found that twinfilin also binds to the fast growing actin filament ends and prevents their growth. However, the cellular role of twinfilin and the molecular mechanisms of these interactions have remained unclear. In this study we characterized the molecular mechanisms behind the functions of twinfilin. We demonstrated that twinfilin forms a high-affinity complex with ADP-bound actin monomers (ADP-G-actin). Both ADF-H domains are capable of binding G-actin, but the C-terminal domain contains the high-affinity binding site. Our biochemical analyses identified twinfilin s C-terminal tail region as the interaction site for capping protein. Contrary to G-actin binding, both ADF-H domains of twinfilin are required for the actin filament barbed end capping activity. The C-terminal domain is structurally homologous to ADF/cofilin and binds to filament sides in a similar manner, providing the main affinity for F-actin during barbed end capping. The structure of the N-terminal domain is more distant from ADF/cofilin, and thus it can only associate with G-actin or the terminal actin monomer at the filament barbed end, where it regulates twinfilin s affinity for barbed ends. These data suggest that the mechanism of barbed end capping is similar for twinfilin and gelsolin family proteins. Taken together, these studies revealed how twinfilin interacts with G-actin, filament barbed ends, and capping protein, and also provide a model for how these activities evolved through a duplication of an ancient ADF/cofilin-like domain.

Aktiini on yksi konservoituneimmista ja yleisimmistä proteiineista, jota esiintyy kaikkien aitotumallisten organismien kaikissa soluissa. Soluissa aktiiniproteiini kykenee polymerisoitumaan filamenteiksi ja yhdessä nämä filamentit muodostavat solun aktiinitukirangan. Aktiinitukirangan dynaamisilla muutoksilla on ratkaiseva merkitys useissa eukaryoottisten soujen prosesseissa, kuten mm solujen jakautumisessa, solujen liikkeissä, ekso- ja endosytoosissa. Näitä muutoksia välittää lukuisa joukko aktiinia sitovia proteiineja. Yksi näistä proteiineista on twinfliliini. Twinfiliini sitoutuu aktiinimonomeereihin, aktiinifilamenttien kasvua inhiboivaan capping proteiiniin ja aktiinifilamenttien päihin. Tässä työssä tutkimme twinfiliinin biokemiallista vuorovaikutusta sitoutumiskumppaniensa kanssa, sekä näiden vuorovaikutusten rakenteellista perustaa. Tuloksemme paljastivat, mitkä osat twinfiliiniproteiinissa ovat oleellisia näissä sitoutumistapahtumissa. Twinfiliinin domeinien rakenteet, yhdessä biokemiallisten tulosten kanssa, paljastivat miten twinfiliini vuorovaikuttaa aktiinifilamenttien kanssa ja miten tämä aktiivisuus on saattanut kehittyä yhdestä yksinkertaisesta aktiinia sitovasta domeinista.

Identificador

URN:ISBN:978-952-10-3735-1

http://hdl.handle.net/10138/22153

Idioma(s)

en

Publicador

Helsingin yliopisto

Helsingfors universitet

University of Helsinki

Relação

URN:ISBN:978-952-10-3734-4

Edita Oy: 2007, Dissertationes bioscientarum molecularium Universitatis Helsingiensis. 1239-9469

Direitos

Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.

Palavras-Chave #perinnöllisyystiede
Tipo

Väitöskirja (artikkeli)

Doctoral dissertation (article-based)

Doktorsavhandling (sammanläggning)

Text