Комплекс Arp2/3

Многие родственные актину молекулы могут создавать свободные, доступные для полимеризации концы у существующих актиновых филаментов, декэпируя или разрезая их и используя в качестве коров для нуклеации актина. Однако комплекс Arp2/3 отличается от этих белков тем, что стимулирует полимеризацию актина, создавая новый кор нуклеации. В формировании актинового филамента самой первой стадией является нуклеация актина. Функционирование Arp2/3 в качестве кора для нуклеации активируется белками семейства синдрома Вискотта — Олдрича (WASP, N-WASP, WAVE и WASH). V-домен белка WASP взаимодействует с мономерами актина, а его СА-участок связывается с комплексом Arp2/3 и создаёт кор нуклеации. Однако нуклеация de novo с последующей полимеризации недостаточна для формирования сложных актиновых сетей, поскольку новосинтезированные филаменты не связаны с уже имеющимися филаментами. Поэтому комплекс Arp2/3 связывается с предсуществующими филаментами, так что новые актиновые филаменты могут расти из старых, формируя, таким образом, функциональный актиновый цитоскелет^[5]. Благодаря кэпирующим белкам полимеризация актина ограничена только областью, активированной Arp2/3, и на удлинённые актиновые филаменты тоже насаживается кэп, чтобы предотвратить их деполимеризацию и таким образом сохранить их^[6].

Таким образом, комплекс Arp2/3 контролирует и нуклеацию полимеризации актина, и ветвление филаментов. Более того, в ходе Arp2/3-опосредованной полимеризации актина наблюдается явление автокатализа: новосинтезированные актиновые филаменты активируют другие комплексы Arp2/3, облегчая формирование разветвлённых актиновых сетей.

Механизм инициации синтеза актиновых филаментов посредством Arp2/3 является предметом споров. Непонятно, в каком месте этот комплекс связывается с актиновым филаментом и начинает нуклеацию дочернего филамента. Были предложены две модели этого процесса. Большинство учёных сходятся на модели бокового ветвления, согласно которой комплекс Arp2/3 связывается с одной из сторон предсуществующего актинового филамента в точке, отличной от сайта нуклеации; эта модель подтверждается и недавними исследованиями. Хотя получить представление о кристаллической структуре с высоким разрешением по этому вопросу не удалось, данные электронной микроскопии^[7][8][9] и биохимические данные о нуклеации филаментов и механизмах кэпирования посредством комплекса Arp2/3^[10] поддерживают гипотезу бокового ветвления. Альтернативная модель ветвления с освобожденного конца утверждает, что Arp2/3 связывается только с открытыми концами растущих филаментов, разрешая дальнейшее удлинение исходного филамента и его разветвление^[11]. Эта модель была получена на основе кинетического анализа и оптической микроскопии, однако в научном сообществе она имеет значительно меньше сторонников.

Комплекс Arp2/3 важен для различных специализированных клеточных процессов, в которых принимает участие актиновый цитоскелет. Он локализуется в тех местах клетки, где наблюдается динамическая активность актиновых филаментов: в макропиноцитозных углублениях, на ведущем конце движущейся клетки (ламеллоподия), а также в подвижных актиновых бляшках у дрожжей^[12]. У млекопитающих и социальной амёбы Dictyostelium discoideum^[13][14] актин необходим для фагоцитоза. Комплекс Arp2/3 также участвует в установлении полярности клетки, а также в миграции слоёв фибробластов в модели «повреждение-исцеление» (англ. wound-healing model). В ооцитах млекопитающих комплекс Arp2/3 участвует в асимметричном делении ооцитов и отделении полярного тельца, которое происходит из-за нарушения миграции веретена деления (уникальная особенность деления ооцитов), а также цитокинезе. Более того, эндопатогенные организмы, такие как Listeria monocytogenes и Shigella используют комплекс Arp2/3 для резких движений, зависимых от полимеризации актина. Комплекс Arp2/3 также регулирует внутриклеточные передвижения эндосом, лизосом, пиноцитозных везикул и митохондрий^[15]. Недавние исследования показали, что комплекс Arp2/3 необходим для полярного роста клеток у растений. Мутации Arp2/3 у Arabidopsis thaliana приводят к ненормальной организации актиновых филаментов, что, в свою очередь, сказывается на удлинении трихом, клеток гипокотиля и корневых волосков^[16][17].