A sejtmagi aktin

Az aktin fehérjék az aktinszerű és a hősokk fehérjékkel (pl. Hsp70), valamint egyes enzimekkel (pl. hexokináz), továbbá ATP kötésére képes prokarióta fehérjékkel (pl. FtsA, MreB, ParM) együtt alkotják az aktin szupercsaládot (1. ábra) (Kabsch és Holmes, 1995). A család első képviselőjének megjelenése a baktériumok, archeák és eukarióták közös ősében, tehát még jóval a sejtmag megjelenése előtt valószínűsíthető (Erickson, 2007; Bajusz és mtsai, 2018). Az aktin szupercsalád tagjainak legfontosabb feladata a polimerizációs képességük révén a citoszkeletális mikrofilamentum rendszer kialakítása, így ennek megfelelően részt vesznek a sejtalak fenntartásában és a sejtosztódásban (Erickson, 2007).

1. ábra Az aktin és az eukarióta, valamint prokarióta aktinszerű fehérjék közötti térszerkezeti hasonlóságok (Bajusz és mtsai, 2018).

Az aktin az eukarióta sejtek egyik legnagyobb mennyiségben és legáltalánosabban előforduló fehérjéje. Az evolúció során a gerincesekben az aktinnak három fő izoformája alakult ki (alfa, béta, gamma izotípusok), melyeket expressziós helyük alapján további alcsoportokra oszthatunk (Pollard, 2001). Az alfa izoformák az izomrostok kialakításában vesznek részt, míg a béta és gamma típusú aktinok minden sejtben termelődnek és főként a citoszkeletális vázrendszer kialakításában vesznek részt. Az egyes izoformák aminosav szekvenciáiban nagyfokú hasonlóság figyelhető meg. A szekvenciában megjelenő különbségek főként a fehérjék N-terminális részét érintik (2. ábra) (Perrin és Ervasti, 2010).

2. ábra Az aktin izoformák szekvenciái közötti különbségek.

Az izom- és a citoszkeleton-specifikus aktin típusok közötti különbségek pirossal, míg a két citoszkeletális izoforma közötti eltérések sárgával vannak jelölve

(Perrin és Ervasti, 2010).

Az aktin sejtmagi jelenlétét elsőként Ohnishi és munkatársai mutatták ki biokémiai módszerekkel szarvasmarha timociták izolált sejtmagjaiban 1963-ban (Ohnishi és mtsai, 1963). A kor tudományos közvéleménye az eredményeket műterméknek gondolta, mivel a citoplazmában nagy mennyiségben jelenlévő aktin szennyezhette a sejtmagi izolátumot. Az aktin sejtmagi jelenlétének vizsgálatát nehezítette az a tény is, hogy sokáig nem álltak rendelkezésre sem megfelelő mikroszkópos módszerek, sem az aktint jelölő érzékeny festési eljárások, melyek lehetővé tették volna a nukleáris aktin tanulmányozását. Később, a 90-es, de főleg a 2000-es években a fejlettebb vizsgálati módszerek megjelenésével, a fluoreszcens mikroszkópos és biokémiai megközelítésekkel bizonyossá vált a sejtmagi aktin léte.

Specifikus ellenanyagok és ún. nanobody-k alkalmazásával később már nem csak G-aktint, hanem filamentáris aktin struktúrákat is sikerült láthatóvá tenni a sejtmagban (Schoenenberger és mtsai, 2005). McDonald és munkatársai „fluorescence recovery after photobleaching” (FRAP) vizsgálatokkal azt is bizonyították, hogy az aktin a sejtmagban két frakcióra osztható: egy mobilis és egy kevésbé diffúz, immobilis frakcióra (McDonald és mtsai, 2006).

Ma már a sejtmagi és a citoplazmatikus aktin készletek közötti kapcsolat jól jellemzett. Maga az aktin fehérje ugyan nem tartalmaz sejtmagi lokalizációs szignálszekvenciát (Hofmann, 2009), ám monomer formában a kofilin és az Importin9 fehérjékkel kapcsolódva hatékonyan képes a sejtmagba szállítódni (Dopie és mtsai, 2012).

A sejtmagból a citoplazmába irányuló transzportja pedig az aktin két, leucinban gazdag exportszignálja révén valósul meg. Emlősök esetében a sejtmagi export az Exportin1 segítségével, illetve a profilin és Exportin6 fehérjékkel alkotott komplex formájában történik (Falahzadeh és mtsai, 2015).

Az elmúlt másfél évtizedben az aktin sejtmagi funkcióira irányuló vizsgálatok feltárták, hogy a fehérje szinte minden alapvető sejtmagi folyamatnak fontos szereplője. Így például számos tanulmány bizonyítja, hogy az aktin a kromatint módosító és átrendező komplexek része (Blessing és mtsai, 2004), és hogy jelen van a NuA4 (hiszton aciltranszferáz) kromatin módosító, illetve az INO80, SWI/SNF, SWR1 kromatin átrendező komplexekben (Knoll és mtsai, 2018), ezáltal közvetlenül részt vesz a kromatin módosításának és szerkezetének a szabályozásában (Kapoor és Shen, 2014).

A sejtmagi aktin DNS-hibajavításban betöltött szerepére utal, hogy sejtmagi mennyiségének csökkenésével a DNS károsodások gyakorisága megemelkedik (Belin és mtsai, 2015). DNS károsodás hatására aktin pálcák kialakulását figyelték meg a sejtmagban, ugyanakkor filamentáris aktin képződést más körülményekkel is (hőstressz, Latrunculin

vagy DMSO kezelés, illetve vírusfertőzés) sikerült indukálni a sejtmagban (Kalendová és mtsai, 2014). Az is bizonyítást nyert, hogy az F-aktin nukleációban szerepet játszó Formin2 és Spire1/2 fehérjék magi jelenléte is nélkülözhetetlen a DNS károsodás során létrejövő nukleáris aktin struktúrák kialakulásához (Belin és mtsai, 2015).

Az aktin és a transzkripció közötti kapcsolatról egy 1979-es tanulmány számolt be elsőként. Smith és munkatársainak sikerült az RNS polimeráz II-vel együtt izolálni monomer aktint nyálkagombából (Physarum polycephalum) (Smith és mtsai, 1979). A későbbiekben mások kimutatták, hogy az aktin a többi RNS polimerázzal is koimmunprecipitálható (Percipalle és Visa, 2006), továbbá, hogy aktin hiányában a preiniciációs komplex nem szerelődik össze (Hofmann és mtsai, 2004), és aktin szükséges a génátírás iniciációs és elongációs lépései közötti átmenethez is (Percipalle, 2013). Ugyanakkor fontos megemlíteni, hogy az aktin nem csak a transzkripciós komplex részeként vesz rész a génátírás szabályozásában. Az SRF (Serum Response Factor) útvonal által szabályozott gének aktivációja a monomer és polimerizált aktin arányán, valamint a sejtmagi és citoplazmatikus aktin készletek közötti dinamikus kapcsolaton alapul. A szérum stimulus által indukált aktin polimerizáció következtében a MAL fehérje (Myocardin-related transcription factor A) és a G-aktin közötti kapcsolat a lecsökkent monomer aktin szint miatt nem képes kialakulni. A MAL az így szabaddá váló nukleáris lokalizációs szignálja (NLS) révén bejut a sejtmagba, ahol az SRF transzkripciós faktorral együttműködve aktiválja a célgéneket. Emelkedett G-aktin szint esetén a MAL és a G-G-aktin alkotta dimerek kialakulása miatt a MAL fehérje felszínén levő NLS szekvencia hozzáférése megszűnik, így az nem képes a citoplazmából a sejtmagba szállítódni (Guettler és mtsai, 2008). A legutóbbi időkben kiderült, hogy az aktinnak a MAL fehérje esetében leírt szabályozó mechanizmusa nem egyedi, a YAP/TAZ transzkripciós faktorok aktivitását is ugyanez a mechanizmus szabályozza (Wesolowska és Lenart, 2015).