Major Accessory Proteins of the Actin Cytoskeleton
Fig 16–11 패널. Actin cytoskeleton의 주요 accessory protein 종류. Myosin motor는 제외하고, 각 주요 유형의 예시를 보여준다. 실제로 대부분의 세포에는 100개 이상의 actin-binding protein이 있다.
Actin filament의 조립과 구조는 수많은 accessory protein에 의해 정교하게 조절된다. 각 단백질이 actin에 어떻게 작용하는지에 따라 기능별로 분류할 수 있다.
Nucleating Proteins
Arp2/3 complex는 actin과 약 45% 동일한 두 actin-related protein(Arp2, Arp3)을 포함하는 복합체이다. Nucleation-promoting factor (NPF)의 활성화가 필요하며, 기존 필라멘트 측면에 결합할 때 가장 효율적으로 작동한다. 새 필라멘트는 기존 필라멘트에서 70° 각도로 분기되어 treelike branched network를 형성한다. Arp2/3 complex는 minus end에 결합하여 남고, plus end에서 빠른 elongation이 일어난다. 자세한 내용은 actin arrays 참조.
Formin은 unbranched 필라멘트를 nucleate하는 dimeric 단백질이다. Nucleation 후 빠르게 성장하는 plus end에 계속 결합한 채 새 subunit 추가를 허용한다. Filopodia, stress fiber, contractile ring 형성에 관여한다. Formin의 작용 방식은 minus end에 고정되는 Arp2/3 complex와 달리, plus end에서 작동한다는 점에서 다르다.
Monomer 공급 단백질
Profilin은 actin monomer의 ATP-binding cleft 반대편 면에 결합하여, minus end에 결합하는 쪽은 막고 plus end에 결합하는 쪽은 열어 둔다. Profilin-actin complex가 free plus end에 결합하면 profilin이 떨어져 나가면서 필라멘트가 한 subunit 길어진다. 많은 formin과 NPF에 profilin 결합 부위가 있어, profilin-actin이 직접 elongation 부위로 모집된다. 이를 통해 free monomer pool을 유지하면서 중합을 가속한다.
Thymosin은 일부 세포에서 profilin과 경쟁하여 actin monomer 결합을 조절한다.
Filament End 조절 단백질
Capping protein은 actin 필라멘트의 plus end를 막아 elongation을 방지한다. Lamellipodium에서 일정 속도로 plus end를 막아, 필라멘트 길이를 제한하고 분기된 network의 구조를 유지하는 데 기여한다.
Tropomodulin은 minus end를 막는 capping protein으로, 근육 sarcomere의 thin filament에서 특히 중요하다.
Severing / Depolymerization 단백질
Cofilin (actin-depolymerizing factor라고도 불림)은 ADP-actin 필라멘트에 우선적으로 결합하여 필라멘트를 더 단단히 꼬이게 만든다. 이로써 subunit 간의 접촉이 약해져 필라멘트가 쉽게 끊기고, 분해 속도가 수십 배 빨라진다. 세포 내에서 actin filament의 half-life를 in vitro의 ~30분에서 ~30초로 단축시킨다. 오래된(ADP-함유) 필라멘트를 선택적으로 분해하여, leading edge에서의 방향성 있는 actin network 성장을 가능하게 한다 (→ treadmilling 참조).
Fig 16–16. Cofilin에 의한 actin 필라멘트 비틀림. Cofilin이 코팅된 필라멘트(B)는 순수 actin 필라멘트(A)보다 더 단단히 꼬여 있다.
Gelsolin superfamily는 높은 세포질 Ca²⁺에 의해 활성화되며, actin 필라멘트를 잘라낸다. 잘라낸 후 새로운 plus end에 남아 capping 역할도 한다.
Cross-linking / Bundling 단백질
**Fimbrin (plastin)**과 fascin은 actin 필라멘트를 평행하게 묶어 tight bundle을 형성한다. Filopodia의 parallel bundle 형성에 관여한다.
α-Actinin은 actin 필라멘트 사이에 일정 간격을 유지하면서 bundle을 형성한다. Stress fiber와 sarcomere의 Z disc에 존재한다.
Filamin은 actin 필라멘트를 직각으로 교차 연결하여 orthogonal network를 형성한다.
Stabilizing 단백질
Tropomyosin은 actin 필라멘트의 홈을 따라 길게 결합하며, 필라멘트를 cofilin으로부터 보호하고 특정 구조(stress fiber, sarcomere)에 기능을 부여한다. 근육 수축 조절에서는 troponin과 함께 작용한다 (→ troponin 참조).
Motor 단백질
Myosin II는 반대 극성의 actin 필라멘트를 서로 잡아당겨 수축력을 발생시킨다. Stress fiber와 cortex의 contractile bundle에 존재한다 (→ Myosin II 참조).
이 단백질들의 조합에 따라 동일한 actin 단량체로부터 기능이 다른 다양한 array가 구성된다 (→ actin arrays, Rho family 참조).