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

Binnen elke levende cel is constant een enorm en ingewikkeld bouwproject gaande. De materialen voor dit werk zijn lange, dunne eiwitdraden die actinefilamenten worden genoemd. Deze draden drijven niet zomaar doelloos rond; ze koppelen aan elkaar om netwerken te vormen die de cel zijn vorm geven, waardoor de cel kan bewegen en zich aan oppervlakken kan verankeren. Hoewel wetenschappers al lang weten dat cellen veel verschillende soorten van deze actinetenetten bevatten, elk ontworpen voor een specifieke taak, is het exacte mechanisme waarmee een cel één specifiek type netwerk bouwt te midden van een drukke, gedeelde omgeving een mysterie gebleven. Het is alsof een enkele fabriek zowel delicate glazen ramen als zware stalen balken produceert, terwijl de instructies voor welke machine welk materiaal maakt, verborgen waren. Begrijpen hoe cellen deze taken onderling verdelen, is cruciaal omdat het vermogen om deze structuren correct op te bouwen en af te breken bepaalt of een cel kan bewegen, een wond kan genezen of stand kan houden.

Onderzoekers richtten hun aandacht onlangs op een specifieke bouwplaats binnen de cel die de focale adhesie wordt genoemd. Dit zijn de punten waar de cel zichzelf verankert aan de buitenwereld, werkend als het fundament van een gebouw. Op deze locaties moet de cel verschillende lagen actinefilamenten assembleren, waarvan sommige worden versterkt door specifieke eiwitten genaamd alfa-actinine en tropomyosine. De studie richtte zich op twee specifieke versies van het tropomyosine-eiwit, bekend als Tpm1.6 en Tpm3.2, die fungeren als stabilisatoren voor de actinedraden. De centrale vraag was hoe de cel beslist welke bouwer naar de focale adhesie moet sturen om de door Tpm3.2 versterkte filamenten te assembleren en welke naar de door alfa-actinine versterkte bundels moet sturen.

Om dit puzzelstuk op te lossen, gebruikten de wetenschappers een slimme strategie om de interne machinerie van de cel te manipuleren. Ze veranderden de cel genetisch om bepaalde eiwitbouwers te verhinderen te werken, en ze gebruikten ook een techniek om deze bouwers naar een ander deel van de cel te verplaatsen, specifiek gericht op de mitochondriën, om te zien wat er gebeurde wanneer ze werden verwijderd van de bouwplaats. Door middel van deze experimenten ontdekten ze dat twee verschillende families van bouwer-eiwitten verantwoordelijk zijn voor het creëren van deze afzonderlijke actinelagen. Eén familie, de Ena/VASP-eiwitten genoemd, is verantwoordelijk voor het assembleren van bundels van actinefilamenten die door alfa-actinine worden gekruist. De andere bouwer, een eiwit genaamd DAAM1, is de specifieke architect die de filamenten assembleert die door Tpm3.2 worden versterkt.

De onderzoekers ontdekten dat wanneer ze de DAAM1-bouwer verwijderden, de niveaus van het Tpm3.2-eiwit aanzienlijk daalden en de cel moeite had om haar focale adhesies af te breken wanneer dat nodig was om te bewegen. Dit resultaat was bijna identiek aan wat er gebeurde wanneer het Tpm3.2-eiwit zelf ontbrak, wat bevestigde dat DAAM1 essentieel is voor het creëren van dit specifieke type filament. In contrast hiermee, wanneer de Ena/VASP-bouwers werden verwijderd, slaagden de focale adhesies er niet in om goed te rijpen en verdween het alfa-actinine-eiwit van deze locaties. Deze bevindingen suggereren dat de cel niet één algemene, multifunctionele machine gebruikt om al haar actinestructuren te bouwen. In plaats daarvan zet zij gespecialiseerde bouwers in, elk met een unieke rol, om biochemisch verschillende en functioneel onderscheidende arrays van filamenten vlak naast elkaar te construeren. Deze precieze taakverdeling zorgt ervoor dat de cel de complexe, meerlagige architectuur kan behouden die nodig is om correct te functioneren.