Actin甲硫氨酸氧化：動力學調節的下一個層次

肌動蛋白PTM背景：

肌動蛋白是一種充分表征，表達豐富且必需的細胞骨架蛋白。其動態特性使其能夠在單體（G-肌動蛋白）和聚合物（F-肌動蛋白）狀態之間轉換，這對許多細胞過程至關重要。肌動蛋白的動態性和功能受諸多內部和外部信號的調節，這些信號由肌動蛋白結合蛋白（ABP），信號轉導物等調節。除此之外，越來越多的研究顯示，肌動蛋白也受到高度的翻譯后修飾（PTM），對肌動蛋白特定PTM的深入研究，詳細闡明了它們對肌動蛋白動力學，ABP間的相互作用等的影響^1,2。目前科研工作者們已經研究了肌動蛋白N-末端乙?；?，賴氨酸乙酰化，精氨酸化，SUMO化和泛素化。本資訊主要總結了目前關于肌動蛋白上甲硫氨酸（Met）44和Met47位點氧化的相關研究。

圖1. 肌動蛋白結合蛋白（ABP）種類及其功能

Actin氧化：聚焦甲硫氨酸亞砜（MetO）

氧化領域的研究一般集中在由天然的氧化劑（如H ₂ O ₂）誘導的病理氧化（氧化應激），最初人們認為氧化是“有毒的”，而目前諸多研究表明氧化是很多病理和生理事件間的信號通路開關。³ 蛋白質中許多氨基酸殘基特別是含硫氨基酸如半胱氨酸（Cys）和甲硫氨酸（Met）極易被生物體內的活性氧（ROS）氧化。

肌動蛋白的氧化便是如此，早期關于肌動蛋白氧化的研究多數都是利用H ₂ O ₂進行處理， 以F-actin含量和聚合活性（如滯后時間縮短和延長，聚合速率快慢和聚合程度高低）的變化來定義 ^4-6。進一步的研究表明，體外H ₂ O ₂誘導的肌動蛋白氧化最初位點是Cys374，同時還有幾個甲硫氨酸，包括Met44，Met47，Met176，Met190，Met269和Met355  ⁷。

甲硫氨酸易被細胞內外活性氧成分氧化生成R型和S型兩種差向異構體的甲硫氨酸亞砜（MetO），導致許多蛋白的活性和結構發生改變，然而，Manta和Gladsyshev認為相對于甲硫氨酸亞砜還原酶(如MsrA) ⁸介導的酶促氧化而言，體內活性氧誘導的MetO形成非常低效。但當時，肌動蛋白的甲硫氨酸殘基是否可以在體內發生酶促氧化的問題還沒有答案，Terman小組的一項開創性研究闡明了MICAL（與CasL相互作用的分子）在體外介導肌動蛋白Met44和Met47氧化中的作用⁹。這些體外研究表明，Met44處的MetO顯著促進長肌絲的切割以及抑制Actin聚合反應。另外，肌動蛋白MetO的錯誤調節對形態學產生了顯著的影響，果蠅體內MICAL的過表達導致刷毛發生變形，但是用M44L肌動蛋白突變體變形會恢復，因此確定其在體內的作用^9,10 。最近的一項研究表明這種機制對于胞質分裂的最后步驟中肌動蛋白解聚至關重要，確定了MICAL-1氧化F-actin的生理作用¹¹。

肌動蛋白氧化的調節機制：     

MICAL是一種從昆蟲到哺乳動物均保守表達的細胞內黃素蛋白單加氧酶 ¹²，哺乳動物中有三個MICAL家族成員，它們都可以氧化Actin，但具有不同的動力學和空間定位¹³。Terman的研究小組表明，MICAL與肌動蛋白相互作用，并利用NADPH作為輔助因子在Met44和Met47處氧化肌動蛋白⁹。Met44殘基位于肌動蛋白亞結構域2的D環中 ¹⁴。當發生氧化時，Met44會帶上負電荷，干擾Actin單體間的相互作用，通過這種方式，促進F-肌動蛋白切割和解聚。     

最近的研究發現，MICAL介導形成的肌動蛋白MetO會被甲硫氨酸亞砜還原酶（MSR）逆轉（MSR主要有兩種類型，MSRA和MSRB，分別特異性作用于S-和R-型MetO異構體），研究結果顯示SelR（MsrB）酶具有抑制Met44和Met47位點氧化以及恢復正常肌動蛋白動力學的作用^15,16，SelR / MsrB會選擇性地減少了MICAL-氧化的肌動蛋白，而MsrA卻不會，由于SelR / MsrB特異性地還原了R-型MetO異構體而MsrA特異性地還原了S-型MetO異構體MetO，因此該小組得出結論：MICAL特異性氧化肌動蛋白與MetO R-異構體。     

總的來說，這些研究結果闡述了一種可逆的特異性氧化還原系統，通過調節肌動蛋白的特定的MetO來控制肌動蛋白動力學和細胞骨架網絡。     

肌動蛋白氧化生理學：     

由于MICALs在生物體內普遍表達并且肌動蛋白的Met44和Met47殘基高度保守，因此這種氧化還原調節機制可能對所有組織和細胞類型中的肌動蛋白功能調節起重要作用。一些研究強調MICAL蛋白在一系列組織和生物體中發揮生理和病理作用; 然而，這些影響是否通過肌動蛋白依賴性調節得到促進尚未得到徹底調查¹⁷。     

總結和未來方向：     

毫無疑問，這些研究通過鑒定這種新型可逆氧化還原調節機制，為推進肌動蛋白PTM領域奠定了重要基礎。最近的研究表明，肌動蛋白的MICAL調節可能對許多肌動蛋白依賴性細胞過程非常重要，人們急需闡明這種氧化還原機制在肌動蛋白生物學中的普遍性。沿著同樣的思路，確定肌動蛋白的ABP調節如何與肌動蛋白MetO等關鍵PTM協同作用將非常有趣。最近的一項研究表明Actin氧化和Cofilin協同分解肌動蛋白²¹，為證實ABP和肌動蛋白PTM相互作用的存在提供了明確的證據。由于研究者破譯了MICAL氧化肌動蛋白在疾病中的作用，因此進一步確定ROS與酶肌動蛋白MetO的相互作用將是一個很有趣的研究方向。使用有用的MetO肌動蛋白工具來解決這些類型的問題無疑將有助于研究人員更好地了解肌動蛋白生物學領域，以及MetO肌動蛋白是否在他們的研究模型中發揮作用。     

在這里，艾美捷科技為您提供Cytoskeleton公司研發的各種MICAL氧化（MOX）肌動蛋白及相關工具，以幫助研究人員對這種新的肌動蛋白調節機制進行研究，方便他們更好地對肌動蛋白調節領域進行深入研究。     

Actin蛋白（包含正常形式和MICAL-氧化形式）：    

Actin生化試劑盒

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 Cytoskeleton公司成立于1993年，專注于生物化學和細胞過程研究中的純化蛋白和便捷試劑盒開發與生產。公司提供藥物篩選、信號轉導、蛋白質轉錄后修飾（PTM）、細胞骨架研究相關的系列試劑盒和產品，尤其以細胞骨架相關研究見長，既能滿足于樣品較少的科學研究，也可以用于小規模篩選研究和高通量大規模篩選研究。此外，公司還提供微管蛋白，肌動蛋白，小G蛋白，GAPs，GEFs等現有產品的藥物篩選服務。

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