DAAM1 formin and Ena/VASP proteins assemble functionally distinct actin filaments for focal adhesions

Dentro ogni cellula vivente, un progetto di costruzione vasto e intricato è costantemente in corso. I materiali per questo lavoro sono lunghi e sottili filamenti proteici chiamati filamenti di actina. Questi filamenti non fluttuano semplicemente senza meta; si collegano tra loro per formare reti che conferiscono alla cellula la sua forma, le permettono di muoversi e la aiutano ad aggrapparsi alle superfici. Sebbene gli scienziati sappiano da tempo che le cellule contengono molti tipi diversi di queste reti di actina, ciascuna progettata per un compito specifico, l'esatto meccanismo attraverso il quale una cellula costruisce un tipo specifico di rete in mezzo a un ambiente affollato e condiviso è rimasto un mistero. È come se una singola fabbrica producesse sia delicate finestre di vetro che pesanti travi d'acciaio, eppure le istruzioni su quale macchina produce quale materiale fossero nascoste. Comprendere come le cellule riescano a suddividere questi compiti è cruciale perché la capacità di costruire e smantellare correttamente queste strutture determina se una cellula possa muoversi, guarire una ferita o mantenere la propria posizione.

I ricercatori hanno recentemente rivolto la loro attenzione a un particolare cantiere all'interno della cellula noto come adesione focale. Questi sono i punti in cui la cellula si ancora al mondo esterno, agendo come le fondamenta di un edificio. In questi siti, la cellula deve assemblare strati distinti di filamenti di actina, alcuni dei quali sono rinforzati da proteine specifiche chiamate alfa-actinina e tropomiosina. Lo studio si è concentrato su due versioni particolari della proteina tropomiosina, note come Tpm1.6 e Tpm3.2, che agiscono come stabilizzatori per i filamenti di actina. La domanda centrale era come la cellula decidesse quale costruttore inviare all'adesione focale per assemblare i filamenti rinforzati da Tpm3.2 e quale inviare per i fasci rinforzati dall'alfa-actinina.

Per risolvere questo enigma, gli scienziati hanno utilizzato una strategia intelligente per manipolare il macchinario interno della cellula. Hanno alterato geneticamente la cellula per impedire ad alcune proteine costruttrici di lavorare, e hanno anche utilizzato una tecnica per spostare questi costruttori in una parte diversa della cellula, specificamente mirando ai mitocondri, per vedere cosa accadeva quando venivano rimossi dal sito di costruzione. Attraverso questi esperimenti, hanno scoperto che due diverse famiglie di proteine costruttrici sono responsabili della creazione di questi distinti strati di actina. Una famiglia, chiamata proteine Ena/VASP, è responsabile dell'assemblaggio di fasci di filamenti di actina che sono reticolati dall'alfa-actinina. L'altro costruttore, una proteina chiamata DAAM1, è l'architetto specifico che assembla i filamenti rinforzati da Tpm3.2.

I ricercatori hanno scoperto che quando rimuovevano il costruttore DAAM1, i livelli della proteina Tpm3.2 diminuivano significativamente e la cellula faticava a smantellare le proprie adesioni focali quando doveva muoversi. Questo risultato era quasi identico a ciò che accadeva quando la proteina Tpm3.2 stessa era assente, confermando che DAAM1 è essenziale per creare questo specifico tipo di filamento. Al contrario, quando i costruttori Ena/VASP venivano rimossi, le adesioni focali non riuscivano a maturare correttamente e la proteina alfa-actinina scompariva da questi siti. Questi risultati suggeriscono che la cellula non utilizza una singola macchina generica per costruire tutte le sue strutture di actina. Inveve, impiega costruttori specializzati, ognuno con un ruolo unico, per costruire array di filamenti biochimicamente differenti e funzionalmente distinti proprio l'uno accanto all'altro. Questa precisa divisione del lavoro assicura che la cellula possa mantenere la complessa architettura multistrato necessaria affinché essa funzioni correttamente.