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| Actina | |
|---|---|
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| Indicadores | |
| Símbolo | Actin |
| Pfam | PF00022 |
| InterPro | IPR004000 |
| PROSITE | PDOC00340 |
| SCOP | 2btf |
| EstruturasPDB disponíveis: PDB1atn actina deOryctolagus cuniculus | |
Asactinas são umafamília deproteínas globulares que formam osmicrofilamentos, um dos três componentes fundamentais docitoesqueleto dascélulas dos organismoseucariotas. A actina pode ser encontrada comomonómero em forma livre, denominadaactina G, ou formando parte depolímeros lineares denominados microfilamentos ou actina F, que são essenciais para funções celulares tão importantes como a mobilidade e a contração dacélula durante a divisão celular.[2]Em vertebrados, identificaram-se três grandes grupos deisoformas da actina, chamadas alfa, beta e gama. As alfa encontram-se nos tecidos musculares, e são um dos constituintes principais do aparato contrátil do músculo. As beta e as gama coexistem na maior parte dos tipos celulares como componentes do citoesqueleto, e como mediadores da mobilidade celular interna.
A importância da actina reflete-se na elevada percentagem que esta proteína representa no conteúdo proteico total da célula e em que a suasequência está muitoconservada, ou seja, que mudou muito pouco ao longo daevolução, pelo que se pode dizer que a sua estrutura foi otimizada. Apresenta duas características peculiares: é umenzima quehidrolisaATP, a molécula energética biológica, e fá-lo de maneira muito lenta, e além disso é a proteína que estabelece maisinterações com outrasproteínas de todas as conhecidas, o que lhe permite realizar as mais variadas funções, que afetam quase todos os aspetos da vida celular. Amiosina é um exemplo de proteína que se une à actina. Outro exemplo é avilina, que pode entrelaçar a actina em feixes ou cortar os filamentos de actina, dependendo da concentração do catiãocálcio no meio.[3]
A actina, ao formar microfilamentos num processo dinâmico, proporciona uma estrutura de suporte que dá à célula a possibilidade de remodelar a sua forma rapidamente em resposta ao seu meio ou asinais enviados pelo organismo, por exemplo, aumentando a superfície celular para a absorção ou dando suporte àadesão das células para formartecidos. Sobre esta estrutura de suporte podem ancorar-se outros enzimas,organelos como oscílios, e dirigir a deformação damembrana plasmática para permitir aendocitose ou acitocinese. Também pode produzir movimento, por ela mesma ou ajudada pormotores moleculares. Desse modo, contribui para processos como o transporte intracelular devesículas eorganelos e para acontração muscular, ou amigração celular, importante nodesenvolvimento embrionário, na cura de feridas ou na invasividade docancro. A origem evolutiva desta proteína pode ser rastreada nascélulas procariotas, nas quais existem equivalentes. Por último, é importante no controlo daexpressão génica.
Há muitas doenças que têm a sua base emalterações genéticas emalelos dosgenes encarregados da produção de actina ou das suas proteínas associadas, e é também essencial no processo deinfeção de algunsmicroorganismospatógenos. As mutações nos distintos genes de actina presentes em humanos ocasionammiopatias, variações no tamanho e na funçãocardíaca esurdez. Os componentes docitoesqueleto também têm relação com a patogenicidade debactérias intracelulares evirus, especialmente em processos relacionados com aevasão da resposta dosistema imunitário.[4]Já foram identificadas seis diferentes isoformas de actina, entre elas a Actina alfa 1, músculo esquelético, também conhecida comoACTA1.
A actina é uma das proteínas mais abundantes noseucariotas e está presente por todo ocitoplasma.[3] Nasfibras musculares representa 20% em peso da proteína celular total e, noutras células animais, oscila entre 1 e 5%. Porém, não existe um único tipo de actina, senão que os seusgenes codificantes formam umafamília multigénica (família que, em plantas, compreende mais de 60 elementos, entre genes epseudogenes e, em humanos, mais de 30).[5] Isto significa que a informação genética de cada indivíduo possui instruções para gerar variantes da actina (denominadasisoformas) que possuirão funções ligeiramente distintas. Deste modo, os organismos eucariotasexpressam distintos genes que dão lugar: à actina α, que se encontra em estruturas contráteis; à actina β, no bordo em expansão das células que empregam a projeção de estruturas celulares como método de mobilidade; e à actina γ, nos filamentos dasfibras de stress.[6] Para além das similitudes existentes entre as isoformas de um organismo, também existe umaconservação evolutiva no que respeita à estrutura e função entre organismos dodomínioeucariota, e mesmo embactérias, nas quais se conhece o homólogoMreB, uma proteína que pode polimerizar-se emmicrofilamentos,[7] e emarqueias, nas quais existe um representante (Ta0583) ainda mais semelhante às actinas de eucariotas.[8]
A actina apresenta-se na célula em duas formas: como monómeros globulares denominados actina G e como polímeros filamentosos denominados actina F (que são filamentos compostos de muitos monómeros de actina G). A actina F pode denominar-se também microfilamento. A cada filamento de actina une-se uma molécula deadenosina trifosfato (ATP) ou deadenosina difosfato (ADP), que por sua vez está associada a umcatiãoMg2+. Das distintas combinações possíveis entre as formas de actina e onucleótido trifosfato, na célula predominam a actina G-ATP e a actina F-ADP.[9][10]
No que respeita à suaestrutura molecular, a actina G possui uma aparência globular vista com omicroscópio eletrónico de varrimento; não obstante, porcristalografia de raios X pode apreciar-se que está composta por dois lóbulos separados por uma fenda; a estrutura conforme opregamento ATPase (dobramento), um centro decatálise enzimática ao qual pode unir-se o ATP e Mg2+ e pode hidrolisar o ATP a ADP efosfato. Este pregamento é um motivo estrutural conservado que também está presente noutras proteínas que interagem comnucleosídeos trifosfato como ahexoquinase (umaenzima dometabolismo energético) ou as proteínasHsp70 (uma família de proteínas que contribuem para que outras proteínas possuam estruturas funcionais).[11] A actina G só é funcional quando possui ADP ou ATP na sua fenda; porém, na célula predomina o estado unido a ATP quando a actina está livre.[9]
A actina cristalizada por Kabsch, que é a mais utilizada como modelo em estudos estruturais, porque foi a primeira que se purificou, procede do músculo esquelético docoelho. Tem dimensões aproximadas de 67 x 40 x 37Å, umamassa molecular de 41785Da e umponto isoelétrico estimado de 4,8. A suacarga líquida empH 7 é de -7.[13][14]
Asequência de aminoácidos completa deste tipo de actina foi determinada por Elzinga e colaboradores em1973, e afinada em trabalhos posteriores do mesmo autor. Contém 374 resíduos deaminoácidos. O seu extremo N-terminal é muito ácido. Começa com umaspartatoacetilado no seu grupo amino, enquanto o seuC-terminal ébásico, formado por umafenilalanina precedida por umacisteína de certa importância funcional. Ambos os extremos se situam numa posição muito próxima dentro do subdomínio I. Apresenta também alguns aminoácidos anómalos, como umaNτ-metil-histidina em posição 73.[13]
Está formada por doisdomínios conhecidos como grande e pequeno, separados por uma fenda que leva no seu centro o lugar para a união do ATP-ADP+Pi. Por debaixo deste existe uma greta de menor profundidade chamada "sulco". Quando estão na sua forma nativa, apesar dos seus nomes, ambos os domínios têm um tamanho similar.,[15]
Nos estudostopológicos, por convenção, a proteína orienta-se de maneira que o domínio maior fica à esquerda, enquanto o menor se situa à direita. Nesta posição, o domínio pequeno divide-se por sua vez no subdomínio I (posição inferior, resíduos 1-32, 70-144 e 338-374) e subdomínio II (posição superior, resíduos 33-69). O domínio maior também se divide noutros dois, o subdomínio III (inferior, resíduos 145-180 e 270-337) e o subdomínio IV (superior, resíduos 181-269). A zona exposta dos subdomínios I e III denomina-se extremo "barbado", enquanto à dos subdomínios II e IV se lhe chama extremo "em ponta de flecha". Esta denominação faz referência ao facto de que devido à pequena massa do subdomínio 2, a actina adquire polaridade, que se discutirá posteriormente ao falar da dinâmica de ensamblagem. Alguns autores nomeiam os subdomínios como Ia, Ib, IIa e IIb, respetivamente.[16]
A descrição clássica da actina F indica que tem uma estrutura filamentosa interpretável como uma hélicelevógira monocatenária com um giro de 166º e aumento de 27,5Å ou bem como uma hélice dextrogira bicatenária com meio passo de rosca de 350-380 Å, e cada actina está rodeada doutras quatro.[20] A simetria do polímero de actina, que é de umas 2,17 subunidades por volta de hélice é incompatível com a formação de cristais, que só é possível quando estas são exatamente 2, 3, 4 ou 6 subunidades por volta. Portanto, devem ser realizados modelos interpretando dados procedentes de técnicas que superam estes inconvenientes, como amicroscopia eletrónica, acriomicroscopia eletrónica, cristais de dímeros em distintas posições oudifração de raios X.[7] Na realidade, falar de uma "estrutura" não é correto para algo tão dinâmico como um filamento de actina, pelo que seria melhor falar de distintos estados estruturais, entre os quais o dado mais constante é o aumento de 27,5 Å, enquanto que a rotação das subunidades mostra uma considerável variabilidade, sendo normal observar deslocamentos de até 10% da sua posição ideal. Algumas proteínas, como acofilina, parecem aumentar o ângulo de giro, mas, novamente, pode interpretar-se que, em lugar disso, estabilizam alguns "estados estruturais" normais. Estes poderiam ser importantes no processo de polimerização.[21]
As medidas do raio de giro ou espessura do filamento são mais controversas: enquanto os primeiros modelos lhe atribuíam uma longitude de 25 Å, dados atuais de difração de raios X e de criomicroscopia eletrónica coincidem numa medida de uns 23,7 Å. Estes mesmos estudos determinaram com bastante precisão os pontos de contacto entre monómeros. Uns estabelecem-se com unidades da mesma cadeia, entre o extremo "barbado" de um monómero e o extremo "em ponta de flecha" do seguinte, enquanto que os monómeros de cadeias adjacentes fazem contacto lateralmente por meio de projeções do subdomínio 4, e as mais importantes são a formada pelo C-terminal e umenlace hidrofóbico formado por três corpos nos quais intervêm os resíduos 39-42, 201-203 e 286. Para fazerem parte de um filamento, segundo este modelo, os monómeros estariam numa configuração chamada "plana", na qual os subdomínios giram entre si, e que também parece encontrar-se no homólogo bacteriano da actinaMreB.[7]
Dado que todas as subunidades de ummicrofilamento apontam para o mesmo extremo, diz-se que opolímero apresenta polaridade na sua estrutura. Este facto dá lugar a uma convenção consistente em nomear o extremo que possui uma subunidade de actina que expõe o lugar pelo qual une ATP ao meio como «extremo (-)», enquanto que o cabo oposto, no qual a fenda está dirigida a outro monómero adjacente, é o «extremo (+)».[6] A denominação «em ponta de flecha» e «barbado» dos extremos dosmicrofilamentos deve-se ao seu aspeto vistos commicroscopia eletrónica de transmissão quando se processam mediante uma técnica denominada «decoração». Este método consiste na adição de elementos S1 damiosina a tecidos fixados comácido tânico; esta miosina une-se de forma polar aos monómeros de actina, o que dá lugar a uma configuração semelhante a flechas com plumas ao longo de todo o seu fuste, onde o fuste corresponderia à actina e as plumas à miosina. Deste modo, o extremo do microfilamento que fica sem miosina a sobressair interpreta-se como a ponta da flecha, e o extremo oposto denomina-se barbado.[22]
Nomúsculo, o filamento helicoidal da actina F contém também uma molécula detropomiosina, uma proteína de uma longitude de 40nanómetros que se enrola ao redor da hélice de actina F. Durante o estado de repouso celular, a tropomiosina recobre os sítios ativos da actina de modo que não pode produzir-se a interação actina-miosina que origina acontração muscular. Unidas ao longo do filamento de tropomiosina há outras moléculas proteicas, astroponinas, complexos de três polímeros:troponina I,troponina T etroponina C.[23]
A actina pode adquirir espontaneamente uma grande parte da suaestrutura terciária.[25] Porém mostra um comportamento muito especial e quase único na forma em que adquire a suaforma plenamente funcional a partir da sua forma nativa recentementesintetizada. A razão da existência de uma rota tão especial poderia ser a necessidade de evitar a presença de monómeros de actina mal pregados, que seriam tóxicos, porque poderiam atuar como terminadores inadequados da polimerização. Em qualquer caso, é chave para a estabilidade docitoesqueleto, e até poderia ser um processo essencial para a coordenação dociclo celular.[26][27]
Para assegurar o correto pregamento emprega um tipo dechaperonina (proteína que ajuda outras a pregarem-se)citosólica do grupo II, chamada CCT, formada por um duplo anel de oito subunidades diferentes (heterooctamérica) que se distingue das demais chaperonas moleculares, e em especial da suahomóloga emarqueiasGroEL, em que não precisa de uma co-chaperona que atue como tampa sobre a cavidade centralcatalítica. Aceitasubstratos unindo-se a eles por meio de domínios específicos, pelo que em princípio se pensou que era exclusiva da actina etubulina, ainda que atualmente se comprovou porimunoprecipitação que pelo menos interage com um grande número depolipéptidos, que possivelmente funcionam como substratos. Atua mediante alterações conformacionais dependentes de ATP, e em ocasiões são necessárias várias rodadas de libertação e catálise para que complete o seu trabalho.[28]
Para o seu correto pregamento, a actina e a tubulina também necessitam especificamente da colaboração doutra proteína, aprefoldina, um complexo heterohexamérico (formado por seis subunidades distintas), que interagem tão especificamente que se crê quecoevoluíram. No caso da actina, esta proteína une-se imediatamente a ela enquanto ainda se está a traduzir, aproximadamente quando tem uma longitude de 145aminoácidos, que são os correspondentes ao domínio N-terminal.[29]
São usadas subunidades de reconhecimento diferentes para a actina e a tubulina, ainda que sobrepostas. Provavelmente no caso da actina trata-se das subunidades PFD3 e PFD4 que se unem à actina em dois lugares, o I, entre os resíduos 60–79, e o II, entre os resíduos 170–198. A actina reconhece, carrega e entrega à CCT em conformação aberta pela parte interna do extremo dos "tentáculos" da prefoldina (ver imagem e nota de rodapé).[30] O contacto quando se entrega a actina é tão breve que não se chega a formar um complexo ternário, libertando-se a prefoldina imediatamente.[24]
Posteriormente, a chaperonina citosólica (CCT) realiza o pregamento da actina de forma sequencial, e formando uniões com as subunidades, em vez de simplesmente a encerrar na sua cavidade.[31] Para isso possui zonas específicas de reconhecimento no seu domínio β apical. A primeira etapa do pregamento consistiria no reconhecimento dos resíduos 245-249. Posteriormente, estabeleceriam contacto outros determinantes.[32] Tanto a actina como a tubulina se unem à CCT em conformações abertas na ausência de ATP. No caso da actina, em cada alteração conformacional une-se a duas subunidades, diferentemente da tubulina, que o faz a quatro. A actina tem sequências de união específicas, interagindo com as subunidades CCTδ e β ou bem com CCTδ e CCTε. Após a união de AMP-PNP à CCT, os substratos vão movendo-se pela cavidade da chaperonina. Parece ser também que no caso da actina é necessária a atuação da proteína CAP como um possível cofactor nos estádios finais do pregamento da actina.[27]
Ainda não se conhece com exatidão a regulação deste processo, mas sabe-se que a proteína PhLP3 (proteína semelhante àfosducina) regula a sua atividade inibindo-a, por meio da formação de um complexo ternário.[28]
A actina é umaATPase, ou seja, umenzima que hidrolisa ATP. Este conjunto de enzimas caracteriza-se por atuar com extrema lentidão. Esta ATPase "ativa-se", ou o que é o mesmo, a sua velocidade aumenta umas 40.000 vezes quando a actina faz parte de um filamento.[21] Um valor de referência para esta taxa dehidrólise sob certas condições ideais seria 0,3s-1. Posteriormente, o Pi permaneceria muito tempo unido à actina juntamente ao ADP, libertando-se perto do extremo do filamento.[33]
Pelo momento não se conhecem os detalhes moleculares do mecanismo catalítico. Mas, ainda que exista muita polémica a este respeito, parece claro que para ahidrólise do ATP é necessário que a proteína tenha uma conformação "fechada", e crê-se que aproxima à distância adequada os resíduos implicados.[21] Um dos resíduos chave seria oGlu137, situado no subdomínio 1. A sua função seria ancorar a molécula de água que realiza umataque nucleofílico aoenlace do fosfato γ do ATP, enquanto o nucleótido se une fortemente aos subdomínios 3 e 4. A lentidão do processo catalítico dever-se-ia à grande distância e posição enviesada desta molécula de água em relação ao seu reagente. Com muita probabilidade, a alteração conformacional que se produz por rotação de domínios entre as formas G e F da actina aproxima o Glu137, permitindo a sua hidrólise. Segundo este modelo, a polimerização e a função ATPase estariam desacopladas num primeiro momento.[7]
A actina é uma das proteínas mais conservadas ao longo daevolução porque interage com um grande número de proteínas. Há 80,2% de conservação de sequência a nível de gene entre a deHomo sapiens e a da leveduraSaccharomyces cerevisiae, e 95% de conservação daestrutura primária do produto proteico.
Ainda que a maioria dos leveduras tenha só um gene para a actina, os eucariotas superiores, em geral, expressam váriasisoformas de actina codificadas por uma família de genes relacionados. Os mamíferos têm pelo menos seis genes de isoformas de actina codificadas em genes separados,[34] que se dividem em três classes (alfa, beta e gama) segundo os seuspontos isoelétricos. Em geral, as actinas alfa encontram-se no músculo (α-esquelética, α-liso aórtico, α-cardíaca, e γ2-liso entérico), enquanto que as isoformas beta e gama são abundantes em células não musculares (β- e γ1-citoplasmáticas). Embora as sequências de aminoácidos e as propriedadesin vitro das isoformas sejam muito similares, estas isoformas não podem substituir-se completamente umas por outrasin vivo.[35]
O gene típico de actina tem aproximadamente um5'-UTR de uns 100 nucleótidos, uma região traduzida de 1200 nucleótidos,[36] e um3'-UTR de 200 nucleótidos. A maioria dos genes de actina estão interrompidos porintrões, e têm até seis intrões em 19 possíveis localizações bem caracterizadas. A grande conservação da família faz com que a actina seja o modelo favorito para realizar estudos que comparem modelos de intrões precoces e tardios da evolução dos intrões.[37]
Todos osprocariotas não esféricos parecem possuir genes como oMreB, que codificamhomólogos da actina; estes genes são necessários para a manutenção da forma da célula. O gene ParM derivado de umplásmido codifica uma proteína similar à actina cuja forma polimerizada é instável dinamicamente, e parece intervir para repartir oADN do plásmido entre as células filhas durante adivisão celular por um mecanismo análogo ao empregado pelos microtúbulos durante amitose eucariótica.[38]
A actina F combina as qualidades de ser resistente e dinâmica. Ao contrário de outrospolímeros, como oADN, que mantêm unidos os seus elementos constitutivos medianteligações covalentes, nos filamentos de actina os monómeros montam-se por meio de ligações mais fracas de tipo não covalente. Isto, que em princípio debilita a estrutura, porque poderia romper poragitação térmica, é resolvido graças ao estabelecimento de ligações laterais com os monómeros vizinhos. Ao mesmo tempo, as ligações fracas têm a vantagem de que os extremos do filamento podem libertar ou incorporar facilmentemonómeros, de maneira que se podem remodelar rapidamente e mudar a estrutura celular da qual são responsáveis em resposta a estímulos ambientais. Este último juntamente com o mecanismobioquímico pelo qual se efetua é o que se conhece como "dinâmica de montagem".[4]
A polimerização e despolimerização da actina é necessária para aquimiotaxia e acitocinese. São necessários fatores nucleantes para estimular a polimerização da actina. Um desses fatores nucleantes é o complexoArp2/3, que imita o dímero de actina G para estimular a nucleação (ou formação do primeiro trímero) de actina G monomérica. O complexo Arp2/3 une-se aos filamentos de actina com um ângulo de 70º para formar novos ramos de actina nos filamentos de actina existentes. Além disso, aos filamentos de actina une-se ATP, e a hidrólise deste ATP estimula a desestabilização do polímero.[39]
O crescimento dos filamentos de actina pode ser regulado pelas proteínastimosina eprofilina. A timosina une-se à actina G para amortecer o processo de polimerização, enquanto a profilina se une à actina G para trocar ADP por ATP, promovendo a adição monomérica ao extremo barbado (+) dos filamentos de actina F.[40]
Os estudos da dinâmica de adição e perda de subunidades dos microfilamentos foram realizadosin vitro (quer dizer, no laboratório, fora de sistemas celulares) devido a que o polímero de actina resultante dá lugar à mesma actina F produzidain vivo, onde este processo está controlado por muitas proteínas para responder às necessidades celulares, de modo que seria muito difícil observar as suas condições básicas.[41]In vitro, este facto produz-se de forma sequencial: primeiro, dá-se uma «fase de ativação», na qual a união e troca de catiões divalentes em lugares específicos da actina G, unidos a ATP, produzem uma mudança conformacional, conhecida às vezes como Actina G* ou monómero de actina F, porque é mais parecida às unidades que se situam no filamento.[16] Isto prepara-a para a seguinte «fase de nucleação», na qual a actina G dá lugar a pequenos fragmentos instáveis de actina F com capacidade de polimerizar. Inicialmente, formam-sedímeros etrímeros de maneira instável. Quando o número destes é grande o suficiente, tem lugar a «fase de alongamento», na qual o filamento se forma e cresce rapidamente por adição reversível de novos monómeros a ambos os extremos.[42] Finalmente, no «equilíbrio estacionário», os monómeros de actina G trocam-se nos extremos do microfilamento sem que varie o comprimento total do polímero.[3] Nesta última fase define-se a «concentração crítica Cc» como a relação entre as constantes de montagem e desmontagem (trata-se, pois, de umaconstante de dissociação), e representa aconcentração de actina G na qual a dinâmica de adição e eliminação de monómeros não produz uma modificação no comprimento do microfilamento. Nas condições usuaisin vitro, Cc é 0,1 μM,[43] o que significa que a valores maiores se dá uma polimerização e a valores menores, uma despolimerização.[44]
Um assunto importante que se introduziu no apartado anterior é o facto de que, embora a actina hidrolize ATP, tudo parece indicar que isto não intervém na montagem, porque, por uma parte, a hidrólise se produz em grande medida no interior do filamento, e por outra, o ADP também pode polimerizar. Isto formula a questão de compreender qual é o processotermodinamicamente desfavorável que requer um gasto deenergia tão enorme. O chamado "ciclo da actina", que liga a hidrólise à polimerização, consiste na adição de monómeros de Actina G-ATP preferentemente na extremidade farpada, criando um fluxo de monómeros para o extremo em ponta de flecha no que se conhece como "tapete rolante" (treadmilling, eminglês), onde os monómeros estariam em forma de Actina F-ADP e seriam libertados, trocando posteriormente este ADP por ATP e fechando desse modo o ciclo.[45]
Pouco depois da adição, produz-se a hidrólise do ATP de forma relativamente rápida. Existem duas hipóteses sobre como se produz, a estocástica, na qual a hidrólise se produziria ao acaso influída em certo modo pelas moléculas vizinhas, e a vetorial, na qual só se produziria no limite com outras moléculas que já hidrolisaram o seu ATP. Em qualquer caso, não se liberta o Pi resultante, senão que permanece um tempo unido não covalentemente à actina-ADP, de maneira que num filamento existiriam três espécies de actina: ATP-Actina, ADP+Pi-Actina e ADP-Actina.[33] O conteúdo de um filamento em cada uma destas espécies depende do seu comprimento e estado: ao começo do alongamento, o filamento tem uma composição aproximadamente equivalente de monómeros com ATP e ADP+Pi e só uma pequena quantidade junto ao extremo (-) de actina-ADP. À medida que se alcança o estado estacionário, a situação inverte-se, e a maior parte do filamento está com ADP e só a zona perto do extremo (+) contém ADP+Pi, enquanto que o ATP está reduzido ao extremo.[46] Se compararmos os filamentos de actina-ADP puros com aqueles que incorporam ATP, nos primeiros as constantes críticas são similares em ambos os extremos, enquanto que nos outros dois nucleótidos a Cc é diferente: No extremo (+) Cc+=0,1 μM, enquanto que no extremo (-) Cc-=0,8 μM, com o qual se dão as seguintes situações:[6]
Para concentrações de actina G-ATP menores que Cc+ não se produz o alongamento do filamento.
Para concentrações de actina G-ATP menores que Cc- mas maiores que Cc+ o alongamento dá-se no extremo (+).
Para concentrações de actina G-ATP maiores que Cc- omicrofilamento cresce em ambos os extremos.
Portanto, pode-se deduzir que a energia da hidrólise se utiliza para criar um verdadeiro "estado estacionário", quer dizer, criar um fluxo em vez de um simples equilíbrio, o que dota o filamento de dinamismo, polaridade e força de tração, o que justifica o gasto pela ganância de funções biológicas essenciais.[33] Além disso, as proteínas que se unem à actina que controlam este dinamismo detetam a configuração dos distintos tipos de monómeros, como se verá na próxima secção.[40]
Nosestereocílios parece existir uma exceção na forma de acoplamento típica dos microfilamentos mediante tapete rolante (treadmilling). Neste caso, o controlo do tamanho da estrutura seria totalmente apical e de alguma maneira controlada pela expressão génica, ou seja, pela quantidade total de monómero de proteína sintetizada num dado momento.[47]
In vivo, o citoesqueleto de actina não é composto exclusivamente de actina, senão que para a sua geração, permanência e função requer outras proteínas; estas denominam-seproteínas de união a la actina ouproteínas que se unem à actina (ABP,actin binding proteins) e intervêm na sua polimerização e despolimerização, estabilidade, organização em feixes ou redes, e na sua fragmentação e destruição.[3] A diversidade destas proteínas é tão grande, que se considera que a actina é a proteína que participa no maior número deinterações proteína-proteína de todas as conhecidas.[49] Por exemplo, existem elementos que sequestram a actina G, impedindo a sua incorporação aos microfilamentos. De igual maneira, existem proteínas que estimulam a sua polimerização ou que dotam de complexidade às redes em síntese.[6] Entre elas estão:
Atimosina β4 é uma proteína de 5 kDa que se pode unir à actina G-ATP com umaestequiometria de 1:1; isto quer dizer que uma unidade de timosina β4 se une a outra de actina G, nesta proporção. O seu papel é impedir a incorporação dos monómeros ao polímero em crescimento.[50]
Aprofilina, uma proteínacitosólica de 15 kDa que também se une com estequiometria 1:1 aos monómeros de actina G-ATP, mas que tem uma função distinta: facilita a troca de nucleótidos de ATP por ADP. Além disso, está envolvida noutras funções celulares, como a união de repetições dePro noutras proteínas ou delípidos que atuam comosegundos mensageiros.[51][52]
Outras proteínas que se unem à actina regulam o comprimento dos microfilamentos realizando cortes neles, o que dá lugar a novos extremos ativos para a polimerização. Portanto, se um microfilamento, que possui dois extremos aos quais podem unir-se ou dissociar-se monómeros, é cortado duas vezes, originam-se três novos microfilamentos com seis extremos; a nova situação favorece a dinâmica de montagem e desmontagem. Entre estas proteínas salientam agelsolina e acofilina. O corte é realizado primeiramente mediante mudanças naconformação do monómero de actina ao qual se unem no polímero, e depois ficam recobrindo o novo extremo (+) gerado, o que impede o agregado ou a troca de novas subunidades de actina G e, como os extremos (-) ficam sem recobrir, favorecem a despolimerização dos filamentos.[54]
Outro tipo de proteínas que se unem à actina recobrem os extremos da actina F para os estabilizarem, mas sem capacidade de os romper. Exemplos destas proteínas sãoCapZ (que une os extremos (+) segundo os níveis deCa2+/calmodulina da célula, níveis que dependem de sinais externos e internos da célula e que intervêm na regulação das suas funções biológicas)[55] ou atropomodulina (que se une aos extremos (-)). A tropomodulina é essencial como estabilizador da actina F presente nasmiofibrilas dossarcómeros domúsculo, estruturas caracterizadas pela sua grande estabilidade.[56]
Ocomplexo Arp2/3 está amplamente difundido em todos os organismos eucariotas.[58] É composto por sete subunidades, algumas das quais possuem umatopologia claramente relacionada com a sua função biológica: duas das suas subunidades, denominadas «ARP2» e «ARP3», possuem umaestrutura muito semelhante à dos próprios monómeros de actina. Esta homologia permite a ambas as unidades comportarem-se comoagentes nucleantes da polimerização dos monómeros de actina G a actina F. Além disso, este complexo é necessário para estabelecer estruturas dendríticas e emanastomose (bifurcadas ou em rede), e, portanto, mais complexas, de actina F.[59]
Existem váriastoxinas que interferem com a dinâmica das actinas, tanto despolimerizando-as (latrunculina ecitocalasina D) como estabilizando-as (faloidina):[60]
A latrunculina, uma toxina produzida porporíferos, une-se à actina G impedindo a sua união aos microfilamentos.[61]
A citocalasina D, umalcaloide produzido porfungos, une-se ao extremo (+) da actina F impedindo a adição de novos monómeros.[62] Descreveram-se os efeitos da citocalasina D, mediados pela alteração da dinâmica de actinas, na atividade dep53 (em animais)[63] ou em respostasgravitrópicas (emplantas).[64]
A faloidina, uma toxina isolada do fungoAmanita phalloides, une-se à interface existente entre os monómeros de actina adjacentes do polímero de actina F, o que evita a despolimerização da actina F.[62]
A proteína actina encontra-se tanto nocitoplasma como nonúcleo celular.[65] A sua localização está regulada pelas vias detransdução de sinais que integram os estímulos que a célula recebe e que permitem a reestruturação das redes de actina em resposta a eles. EmDictyostelium, intervém a rota dosfosfoinosítidos mediada pelafosfolipase D.[66] Os filamentos de actina são especialmente abundantes e estáveis nasfibras musculares. Dentro dosarcómero (a unidade morfológica e fisiológica das fibras musculares) a actina dispõe-se formando as bandas I e A; nestas últimas, apresenta-se conjuntamente com a miosina.[67]
Ver artigo principal:MicrofilamentoOs microfilamentos intervêm no movimento de todas as células móveis, mesmo nas não musculares, porque se descreveu que osfármacos que desorganizam a actina F (como ascitochalasinas) afetam a atividade de ditas células. A proteína actina supõe 2% do total de proteínas emhepatocitos, 10% emfibroblastos, 15% emamebas e até 50-80% emplaquetas ativadas.[68] Existem distintos grupos de actina, com estrutura e funções ligeiramente distintas. A actina α é exclusiva das fibras musculares, e a actina presente noutras células costuma ser dos tipos β e γ. Além disso, a actina de tipos distintos ao α costuma ter uma alta taxa de renovação que provoca que a maior parte dela não faça parte de estruturas permanentes. Assim, os microfilamentos nas células não musculares aparecem de três formas:[69]
Emleveduras, o citoesqueleto de actina é chave durante os processos deendocitose,citocinese, determinação dapolaridade celular e durante amorfogénese. Estes processos, além de depender da actina, implicam 20 ou 30 proteínas associadas, muito conservadas evolutivamente, junto com multidão de moléculas de sinalização; a combinação de todos estes elementos permite uma montagem modulada espacial e temporalmente que define a biologia celular em resposta a estímulos internos e externos.[72]
Os leveduras possuem três grandes tipos de elementos produto da associação da actina: patches, cabos e anéis que, apesar de se detetarem durante longos períodos de tempo, veem-se submetidos a um equilíbrio dinâmico devido à contínua polimerização e despolimerização. Como proteínas acessórias, possuem uma cofilina/ADF de 16 kDa (codificada por um único gene, denominadoCOF1); o Aip1, um cofactor da cofilina que favorece a desmontagem dos microfilamentos; o Srv2/CAP, um regulador da dinâmica relacionado com proteínasadenilil ciclases; uma profilina de aproximadamente 14 kDa que se associa aos monómeros de actina; e a twinfilina, uma proteína de 40 kDa implicada na organização das estruturas tipo patch.[72]
Os estudos degenómica de plantas revelaram a existência de isovariantes proteicas dentro da família de genes da actina. EmArabidopsis thaliana, umadicotiledónea empregada comoorganismo modelo, existem pelo menos dez tipos de actinas, nove de αtubulinas, seis de β tubulinas, seis de profilinas e dezenas demiosinas. Tal diversidade explica-se pela necessidade evolutiva de possuir variantes ligeiramente diferentes na sua pauta de expressão temporal e espacial; porém, a maioria delas expressa-se conjuntamente nos tecidos analisados. O tramado de redes de actina distribui-se por todo o citoplasma das células cultivadasin vitro, com um reforço ao redor do núcleo que se conecta, mediante raios, ao córtex celular; dito tramado é muito dinâmico, experimentando uma contínua polimerização e despolimerização.[73]
Ainda que as células vegetais possuam geralmente umaparede celular que define a sua morfologia e impede o seu movimento, os seus microfilamentos geram as forças necessárias para várias atividades celulares, por exemplo, as correntes citoplasmáticas geradas pelos microfilamentos e asmiosinas. Além disso, a actina intervém no movimento de organelos e morfogénese celular, processos que incluem adivisão celular, o alongamento e a diferenciação.[75]
Em relação às proteínas associadas ao citoesqueleto de actina presentes em plantas podem-se mencionar as seguintes:[75] avilina, uma proteína pertencente à família dagelsolina/severina, que pode cortar microfilamentos e unir monómeros de actina na presença do catião cálcio; afimbrina, um elemento que pode reconhecer e unir monómeros de actina e que intervém na formação de tramados (mediante uma regulação diferente da que há em células animais e de leveduras);[76] asforminas, proteínas que podem atuar como agentes nucleantes da polimerização da actina F; amiosina, típico motor molecular próprio de eucariotas que, emArabidopsis thaliana, está codificado por 17 genes classificados em duas classes distintas;[77] aCHUP1, com capacidade de unir actina e implicada na distribuição espacial doscloroplastos na célula;[78] aKAM1/MUR3, uma proteína que define a morfologia docomplexo de Golgi e a composição emxiloglicanos da parede celular;[79] aNtWLIM1, proteína que facilita a formação de estruturas com forma de novelo de actina;[80] e aERD10, que participa na associação entre organelos delimitados por membranas e os microfilamentos e que parece desempenhar um papel especialmente importante em condições destresse.[81]
A actina é essencial para atranscrição feita pelasARN polimerasesPol I,Pol II ePol III. Na transcrição feita por Pol I, a actina e a miosina (MYO1C, que se une ao ADN) atuam comomotores moleculares. Para a transcrição feita por Pol II, é necessária β-actina para a formação do complexo de pré-iniciação. A Pol III contém β-actina como uma subunidade. A actina pode também ser um componente dos complexos de remodelação dacromatina e de partículas de pré-mRNP (formadas pelopré-ARNm envolto em proteínas), e está implicada naexportação nuclear de ARNs e proteínas.[82]
Ver artigo principal:Contração muscular
No músculo, o filamento helicoidal da actina F contém também uma molécula detropomiosina, que é uma proteína de um comprimento de 40nanómetros que se enrola ao redor da hélice de actina F. Durante o estado de repouso celular, a tropomiosina recobre os sítios ativos da actina de modo que não se pode produzir a interação actina-miosina (esta interação dá lugar a um deslizamento entre ambos os filamentos que, por coordenação de muitas cópias destes elementos dispostos nos músculos, produz a sua contração). Unidas ao longo da fibra de tropomiosina há outras moléculas proteicas, astroponinas, complexos de três polímeros:troponina I,troponina T etroponina C.[23] A função moduladora da tropomiosina depende da interação com a troponina na presença de iões de Ca2+.[83]
A actina, juntamente com amiosina, intervém na contração e relaxamento dosmúsculos, e entre as duas representam 90% das proteínas musculares.[84] O processo global é disparado mediante um sinal externo, tipicamente mediante umpotencial de ação excitador do músculo que contém as células especializadas ricas em filamentos de actina e miosina. O ciclo de contração-relaxamento compreende os seguintes passos:[85]
Despolarização dosarcolema e transmissão do potencial de ação através dostúbulos T.
Abertura de canais deCa2+ doretículo sarcoplasmático.
Aumento da concentraçãocitosólica de Ca2+ e interação destes catiões com atroponina causando uma modificação na suaconformação, o que por sua vez altera a estrutura datropomiosina, que recobre osítio ativo da actina, permitindo o estabelecimento das ligações cruzadas miosina-actina (esta última presente como filamentos delgados).[23]
Movimento das cabeças de miosina sobre os filamentos delgados, tanto de forma independente como dependente de ATP. Este último mecanismo, mediado pela atividadeATPase das cabeças de miosina, provoca o movimento dos filamentos de actina em direção aodisco Z.
Captura do Ca2+ peloretículo sarcoplasmático, que provoca uma nova mudança conformacional na tropomiosina, que inibe a interação actina-miosina.[84]
O estudo clássico da função da actina circunscrevia-a à manutenção do citoesqueleto e, portanto, à organização e movimento dosorganelos e determinação da forma celular.[69] Porém, o papel da actina é bastante mais amplo na fisiologia celular eucariota; e mesmo existem elementos semelhantes emprocariotas.
Citocinese. Nas células animais e de leveduras, adivisão celular costuma supor a separação de uma célula em duas células filhas mediante a constrição da sua zona equatorial. Neste processo intervém umanel contrátil de actina, miosina e α-actinina.[86] Na levedura de fissãoSchizosaccharomyces pombe, a actina se assemble ativamente no anel contrátil com a participação deArp3, aforminaCdc12,profilina eWASp, mas também intervêm microfilamentos pré-formados. Uma vez constituído o anel, a estrutura se mantém numa contínua montagem/desmontagem que, com a ajuda do complexoArp2/3 e das forminas, é um processo central da citocinese.[87] O conjunto formado pelo anel contrátil, osmicrotúbulos dofuso acromático e o material denso periférico denomina-se «corpo de Fleming» ou «corpo intermédio».[69]
Apoptose. Durante amorte celular programada, a família deproteases denominadas ICE/ced-3 (da família das proteases conversoras de interleucina-1β) degradamin vivo a actina em dois fragmentos de 15 kDa e 31 kDa, o que representa um dos mecanismos de destruição da viabilidade celular em que se baseia a apoptose.[88] Também se observou esta destruição mediante a proteasecalpaína;[89] e o emprego de inibidores da calpaína diminui aproteólise da actina e mesmo a degradação doADN (outro dos eventos característicos da apoptose).[90] Por outro lado, a indução do processo de apoptose por umstress passa pela reorganização do citoesqueleto de actina (o que implica também a sua polimerização), dando lugar às estruturas denominadasfibras de stress; isto é ativado pela via dasMAP quinases.[91]
Adesão celular e desenvolvimento. A adesão entre células é um caráter dosorganismos pluricelulares da qual depende a capacidade de especialização dos tecidos e, portanto, o aumento da complexidade dos mesmos. As uniões celulares dosepitélios empregam o citoesqueleto de actina, dentro de cada célula, e ascaderinas, como elementos extracelulares, com uma conexão entre ambas mediada porcateninas.[92] A interrupção da dinâmica das actinas repercute no desenvolvimento dos organismos; de facto, a actina é um elemento tão fundamental que, geralmente, os organismos dispõem de sistemas degenes redundantes. Por exemplo, os exemplares deDictyostelium que foram privados do gene da α-actinina ou dofator gelificante não mostravam umfenótipo anómalo, possivelmente devido a que uma das proteínas podia realizar a função da outra; mas nosduplos mutantes, carentes de ambas, o desenvolvimento viu-se alterado.[93]
Modulação daexpressão génica. O estado de polimerização da actina influencia a pauta de expressão génica. Em 1997, em trabalhos feitos comcélulas de Schwann detetou-se que a despolimerização mediada por citocalasina D provocava uma pauta de expressão peculiar dos genes implicados namielinização deste tipo decélula nervosa.[94] Nosorganismos unicelulares, nalguma das suas fases vitais demonstrou-se que a actina F também modifica otranscriptoma no fungoCandida albicans.[95] Além disso, proteínas semelhantes à actina desempenham um papel regulador durante aespermatogénese no rato[96] e, em leveduras, propôs-se que proteínas semelhantes à actina exercem um papel na modulaçãoepigenética.[97] De facto, a actina juntamente com um tipo de miosina nuclear pode interagir comARN polimerases e outros enzimas da maquinaria transcricional, e atuar como iniciador da transcrição.[65]
Dinâmica deestereocílios. Alguns tipos de células desenvolvem na sua superfície umas finas evaginações filiformes com funçãomecanosensorial denominadas estereocílios. Por exemplo, estes organelos estão implicados no funcionamento doórgão de Corti doouvido. Como característica principal, estas estruturas possuem um comprimento que pode ser modificado.[98] Em relação à sua arquitetura molecular, os estereocílios apresentam um núcleo paracristalino de actina em equilíbrio dinâmico com os monómeros presentes nocitosol adjacente. Ao longo deste núcleo dispõem-se miosinas dos tipos VI e VIIa, enquanto que a miosina XVa está situada nos seus extremos e em quantidades proporcionais ao comprimento do estereocílio.[99]
Na maioria dosmamíferos existem seis genes diferentes para a actina. Dois deles estão relacionados com ocitoesqueleto (ACTB eACTG1) enquanto que os quatro restantes o estão com omúsculo esquelético (ACTA1),músculo liso (ACTA2), músculo lisoentérico (ACTG2) e com omúsculo cardíaco (ACTC1). As mutações que afetam estes genes eram desconhecidas até 1998, e viu-se que produzemmiopatias, variações no tamanho e a funçãocardíaca esurdez. Além disso, a actina docitoesqueleto está implicada no mecanismo depatogenicidade de muitos agentes infeciosos, entre eles oVIH. A imensa maioria dasmutaçãos que afetam a actina são de tipopontual e têm umefeito dominante, exceto pelo menos seis mutações demiopatia nemalínica. Isto deve-se a que em muitos casos a variedade mutante do monómero de actina atua como uma "tampa" que impede o alongamento da actina F.[16]
ACTA1 é o gene que codifica aisoforma α da actina humana, presente principalmente nomúsculo esquelético, e que também se expressa no músculo cardíaco e naglândula tiroide.[100] A suasequência consta de seteexãos, que produzem cincotranscritos conhecidos.[101] Em 2006, o ENMC (European Neuromuscular Centre) tinha publicado 116 mutações relacionadas compatologias conhecidas como actinopatias. A maior parte delas consiste em substituições pontuais deaminoácidos, que em muitos casos podem ser associadas com ofenótipo que determina a gravidade e o curso da doença.[16][101]
Manifestam-se alterando a estrutura e a função domúsculo esquelético produzindo três formas demiopatia:miopatia nemalínica tipo 3,miopatia congénita com excesso de microfilamentos (CM) emiopatia congénita com desproporção de tipos de fibra (CFTDM). Também se detetaram mutações que produzem miopatias core (com zonas desprovidas de atividade oxidativa).[103] Embora os seus fenótipos sejam similares, além da miopatia nemalínica típica e a de bastões intranucleares, alguns especialistas distinguem um tipo de miopatia, chamada actínica da miopatia nemalínica. Na primeira acumulam-se agregados de actina em vez dos típicos bastões. Um paciente pode mostrar mais de um destesfenótipos nabiópsia.[104] Ossintomas mais habituais consistem numa morfologiafacial típica (fácies miopática), debilidade muscular e atraso no desenvolvimento motor e dificuldades respiratórias. O curso, a gravidade e a idade de aparecimento são muito variáveis, e encontram-se formas de miopatia sobrepostas. Na miopatia nemalínica aparecem umas estruturas nãopatognomónicas em diversas localizações das fibras musculares tipo 1 conhecidas como "bastões nemalínicos", com uma composição similar à dosdiscos Z dosarcómero.[105]
Apatogénese é muito variada. Muitas mutações dão-se na zona da fenda da actina, próximas ao local de união para osnucleótidos, enquanto que outras se dão no domínio 2, ou nas zonas de interação com as proteínas associadas, o que explica a grande variedade de agregados que se formam nestes casos, como corpos nemalínicos, intranucleares ou corpos zebra.[16] Na miopatia nemalínica produzem-se mudanças nopregueamento e nas propriedades de agregação da actina, e também naexpressão de outras proteínas associadas. Nalgumas variantes em que se encontram corpos intranucleares, a mudança no pregueamento oculta osinal de exportação nuclear, de tal modo que a agregação da forma mutante de actina se produz nonúcleo celular.[106] Pelo contrário, parece que nas mutações deACTA1 que dão lugar a CFTDM está mais afetada a função sarcomérica que a própria estrutura.[107] Em trabalhos recentes tentou-se esclarecer o aparente paradoxo de que não exista uma correlação clara entre a abundância de bastões e a debilidade muscular. Parece ser que algumas mutações particulares podem induzir uma maior taxa deapoptose nas fibras musculares de tipo II.[26]
Existem duas isoformas que codificam actinas domúsculo liso:
ACTG2 codifica a isoforma mais longa de actina, que tem noveexões, um deles, o situado naextremidade 5', que não étraduzido.[108] Trata-se de uma γ actina que se expressa no músculo liso entérico. Não se encontraram mutações que correspondam a patologias neste gene, embora se tenha visto mediantemicroarrays que esta é a proteína que, com diferença, mais aumenta a sua expressão nos casos de resistência àquimioterapia comcisplatino.[109]
ACTA2 codifica uma α actina localizada no músculo liso, e também no músculo liso vascular. A mutação MYH11 poderia ser responsável por pelo menos 14% dos casos deaneurismas de aorta torácica hereditários, concretamente o tipo 6, porque a variante mutada produz uma montagem incorreta dos filamentos e uma redução da capacidade de contração domúsculo liso vascular. Nestes indivíduos observa-se uma degeneraçãoaórtica medial, com áreas de desorganização ehiperplasia, eestenose dosvasa vasorum da aorta.[110] O número de doenças nas quais se crê que este gene poderia estar implicado está em aumento. Foi relacionado com adoença de Moyamoya, e parece ser que algumas mutações emheterozigose poderiam predispor a muitas patologias vasculares, como oaneurisma de aorta torácica e acardiopatia isquémica.[111] A α-actina do músculo liso também é um interessantemarcador para avaliar a progressão dacirrose hepática.[112]
ACTC1 é o gene que codifica a isoforma da α actina presente nomúsculo cardíaco. Sequenciaram-no pela primeira vez Hamada e colaboradores em 1982, que comprovaram que estava interrompido por cincointrãos.[113] Foi o primeiro gene dos seis onde se encontraramalelos implicados em processos patológicos.[114]
Descreveram-se vários distúrbios estruturais que originam uma disfunção cardíaca associados a mutações pontuais neste gene, como a miocardiopatia dilatada tipo 1R e amiocardiopatia hipertrófica tipo 11. Recentemente viu-se que alguns defeitos dosepto atrial também poderiam estar relacionados com estas mutações.[116][117]
No caso da cardiomiopatia dilatada estudaram-se dois casos nos quais em ambos se produz uma substituição emaminoácidos muito conservados pertencentes aosdomínios que se unem aosdiscos Z e discos intercalados, tudo o que leva à hipótese de que a dilatação se produz por um defeito de transmissão daforça contrátil nosmiócitos.[20][114]
As alterações deACTC1 são responsáveis por menos de 5% das cardiomiopatias hipertróficas.[118] Demostrou-se também a existência de várias mutações pontuais, como são:[119]
A patogénese parece obedecer a um mecanismo compensatório: as proteínas mutantes atuariam como "tóxico" com um efeito dominante, diminuindo a capacidade de contração com um rendimento mecânico anormal, de modo que a hipertrofia, que costuma ser tardia, seria consequência de uma resposta normal do músculo cardíaco aoestresse.[120]
Recentemente encontraram-se mutações deACTC1 implicadas noutros dois processos patológicos: amiocardiopatia restritiva idiopática infantil,[121] e omiocárdio ventricular esquerdo não compacto.[122]
OlocusACTB é muito complexo. Existem muitospseudogenes distribuídos por todo ogenoma, e a sua sequência contém seis exões que podem dar lugar a até 21 transcritos diferentes porsplicing alternativo, conhecidos como actinas β. Em correspondência com esta complexidade, os seus produtos também têm localizações e fazem parte de processos muito distintos (citoesqueleto, complexo NuA4histona-acetiltransferase,núcleo celular) e associou-se a este mecanismo uma grande quantidade de processos patológicos (carcinomas,distonia juvenil, mecanismos de infeções, malformações nosistema nervoso e invasividade de neoplasmas, entre outras).[123] Encontrou-se uma nova forma de actina kappa, que parece substituir a actina β em processostumorais.[124]
Até ao momento puderam-se detetar três processos patológicos que se devem a uma alteração direta da sequência de um gene:
Ohemangiopericitoma com translocação t(7;12)(p22;q13) é um distúrbio raro, no qual se produz umafusão portranslocação do geneACTB com oGLI1 nocromossoma 12.[126]
Adistonia de início juvenil é umadoença degenerativa rara, com afetação sistémica dosistema nervoso central, e especialmente de áreasneocorticais etalâmicas, onde se podem apreciar um tipo de inclusõeseosinofílicas em forma de bastão. Os indivíduos afetados apresentam umfenótipo com malformações nalinha média,perda auditiva sensorial e distonia. Devem-se a uma mutação pontual que muda o aminoácidoarginina na posição 183 por umtriptófano. Isto altera a interação da actina com o sistema ADF/cofilina, que regula a dinâmica de formação do citoesqueletoneuronal.[127]
Encontrou-se uma mutação pontual com caráter dominante que produz disfunção dosneutrófilos einfeçãos recorrentes. Parece que a mutação modifica o domínio de união com aprofilina e outras proteínas reguladoras. A afinidade pela profilina neste alelo está muito reduzida.[128]
ACTG1 é o locus que codifica a proteína da γ actina citosólica responsável pela formação demicrofilamentos do citoesqueleto. Contém 6exãos, dando lugar a 22ARN mensageiros distintos, o que produz 4isoformas completas, possivelmente expressas de uma forma dependente detecido. Também tem doispromotores alternativos.[129] Encontrou-se que as sequências traduzidas deste locus e o da β actina são mais semelhantes do que o esperado, o que sugere que pode ter existido uma sequência ancestral comum que sofreu duplicação e conversão génica.[130]
Desde o ponto de vista patológico, associou-se a processos como aamiloidose, aretinite pigmentosa, mecanismos de infeção, doençasrenais e diversas perdas auditivas congénitas.[129]
Relacionadas com seis mutações pontuais autossómicas dominantes na sequência, encontramos diversas formas de perdas de audição, em especial a sensorineural tipo 20/26. Parece que afetam de forma específica osestereocílios dascélulas ciliadas doórgão de Corti. A β actina é a proteína mais abundante nos tecidos humanos, mas não assim nas células ciliadas, o que explicaria a localização da patologia. Por outro lado, parece que a maior parte destas mutações afetam zonas de união com outras proteínas, em especial a actomiosina.[16] Alguns experimentos sugerem que o mecanismo patogénico deste tipo de surdez se deve a que a actina F dos mutantes seria mais sensível do que o habitual àcofilina.[131]
Alguns agentes infecciosos utilizam a actina, especialmente a citoplasmática, no seuciclo de vida. Nasbactérias existem basicamente duas formas desta utilização:
Além do exemplo citado anteriormente, nas etapas iniciais da internalização de algunsvírus, notavelmente oVIH, estimula-se a polimerização da actina, por exemplo inativando a cofilina.[136]
Nos processos de invasão das células cancerosas, as protrusões baseadas em actina desempenham um papel ainda não determinado.[137]
O citoesqueleto eucariota tem alguns componentes que apresentam uma grande semelhança ao longo daescala filogenética, especialmente a actina e a tubulina. Por exemplo, a proteína codificada pelo geneACTG2 de humanos possui uma equivalência absoluta com osortólogos presentes em rata e rato, embora a nível denucleótidos a identidade diminua para 92 %.[138] Contudo, existem maiores diferenças com os equivalentes em procariotas (FtsZ eMreB), que, por sua vez, apresentam uma identidade de sequência de entre 40 a 50% entre as distintas espécies debactérias earqueias. Alguns autores sugerem que a proteína ancestral que deu origem ao modelo básico de actina eucariota se assemelha às do citoesqueleto bacteriano presentes na atualidade.[139]
Alguns autores salientam que a actina, a tubulina e ashistonas, um tipo de proteínas envolvidas na estabilização e regulação doADN, apresentam similaridades na sua capacidade de ligarnucleótidos e no seu funcionamento baseado no aproveitamento domovimento browniano, e sugerem que todas elas poderão derivar de um antepassado comum.[140] Portanto, os mecanismosevolutivos diversificaram a proteína ancestral nas variantes hoje presentes, conservando, entre outras, as actinas como moléculas eficazes para abordar processos biológicos antigos e essenciais, como aendocitose.[141]
As bactérias não têm umcitoesqueleto comparável em complexidade ao doseucariotas, mas foram descritas proteínas que têm uma grande semelhança com os monómeros e polímeros de actina. A proteínaMreB de bactérias polimeriza formando filamentos delgados, não helicoidais e, mais raramente, formando estruturas helicoidais semelhantes à actina F.[7] Além disso, a sua estrutura cristalina é muito similar à da actina G (em conformação tridimensional), e até existem equivalências entre os protofilamentos de MreB e a actina F. Ocitoesqueleto bacteriano também possui entre os seus componentes as proteínasFtsZ, semelhantes àtubulina.[142] Portanto, as bactérias possuem um citoesqueleto com elementoshomólogos à actina (por exemplo, MreB, ParM, e MamK), mas a sequência aminoacídica destas proteínas diverge da das presentes em células animais. Não obstante, MreB e ParM possuem uma alta similaridadeestrutural com a actina eucariota. Osmicrofilamentos, muito dinâmicos, gerados por agregação de MreB e ParM são essenciais para a viabilidade celular e participam na morfogénese da célula, segregação doxenóforo e polaridade celular. ParM, um homólogo da actina codificado numplásmido, intervém na regulação do ADN de plasmídeos.[143]
O aproveitamento da actina nos laboratórios de ciência e tecnologia deriva da sua participação como pista sobre a qual se movemmotores moleculares como a miosina (tanto no músculo como fora dele), e da sua presença necessária para o funcionamento celular. Também é usada como ferramenta de diagnóstico, já que algumas variantes anómalas da actina estão relacionadas com o aparecimento de patologias.
A actina foi observada experimentalmente pela primeira vez em1887 porW.D. Halliburton, que extraiu do músculo umaproteína que coagulava preparações demiosina, à qual denominou "fermento da miosina".[152] Contudo, Halliburton não foi capaz de efetuar a sua caracterização, pelo que a descoberta da actina é atribuída a Brúnó F. Straub, que naquela época era um jovem bioquímico a trabalhar no laboratório deAlbert Szent-Györgyi no Instituto de Química Médica daUniversidade de Szeged, naHungria.[153]
Em1942, Straub desenvolveu uma nova técnica para aextração de proteínas musculares que lhe permitia isolar quantidades substanciais de actina relativamente pura. Este é essencialmente o mesmo método que se utiliza noslaboratórios atualmente. Szent-Györgyi descrevera previamente uma forma maisviscosa de miosina, produzida por extrações lentas em músculo, como "miosina ativada", e, como a proteína de Straub produzia o efeito ativador, denominou-aactina. A viscosidade diminuía se fosse adicionadoATP à mistura de ambas as proteínas, conhecida comoactomiosina. O trabalho de ambos os investigadores não pôde ser publicado nos países ocidentais devido ao ambiente bélico daSegunda Guerra Mundial, mas veio a público em1945 ao ser publicado como suplemento naActa Physiologica Scandinavica.[154] Straub continuou a trabalhar na actina até1950, publicando que podia ligar-se ao ATP e que, durante a suapolimerização para formarmicrofilamentos, sehidrolisava aADP +Pi, que permanecia ligado ao microfilamento. Straub sugeriu que estareação desempenhava um papel na contração muscular, mas isto só é verdade no caso domúsculo liso e não foi verificado experimentalmente até2001.[155][156]
Asequência de aminoácidos foi completada por Elzinga e colaboradores em1973,[15] e aestrutura cristalográfica da actina G foi determinada em1990 por Kabsch e colaboradores, embora se tratasse de um cocristal no qual formava um complexo com adesoxirribonuclease I,[17] e nesse mesmo ano Holmes e colaboradores propuseram um modelo para a actina F.[157] Este procedimento de cocristalização com diferentes proteínas foi empregado repetidamente durante os anos seguintes, até que em2001 se conseguiu cristalizar a proteína isolada juntamente com ADP. Foi possível graças ao emprego de um conjugado derodamina que impedia a polimerização bloqueando o aminoácidocys-374.[12] Nesse mesmo ano ocorreu o falecimento de Christine Oriol-Audit, a investigadora que em1977 conseguiu cristalizar pela primeira vez a actina na ausência de proteínas ligadas à actina (ABP). Os cristais eram demasiado pequenos para a tecnologia da época.[158] Embora atualmente não exista um modelo de alta resolução da forma filamentosa, a equipa de Sawaya realizou em2008 uma aproximação mais exata baseada em múltiplos cristais dedímeros de actina que contactam em diferentes locais.[159] Este modelo foi refinado pelo próprio autor e por Lorenz. Outras abordagens, como o uso decriomicroscopia eletrónica ouradiaçãosincrotrão permitiram recentemente aumentar o nível de resolução e compreender com maior profundidade a natureza das interações e as mudanças conformacionais envolvidas na formação do filamento de actina.[7][160]
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.PMID 4517681.doi:10.1073/pnas.70.9.2687 |isbn= (ajuda) !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link).PMID 17332412.doi:10.1126/science.1138527 !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link).PMID 9600938.doi:10.1073/pnas.95.11.6181 |bibcode= length (ajuda).PMID 3672224.doi:10.1126/science.3672224 .PMID 23239625.doi:10.1126/science.1232251 .PMID 19459931.doi:10.1111/j.1742-4658.2009.06986.x !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)