Arp 2/3-Komplex

Der Arp 2/3-Komplex ist ein Proteinkomplex, der eine wichtige Rolle bei der Bildung von Aktinfilamenten aus G-Aktin (Aktinnukleation) spielt. Er besteht aus sieben Untereinheiten.[2]

Die sieben Untereinheiten des Arp 2/3-Komplexes[1]

Struktur und Funktion

Die sieben Untereinheiten des Komplexes sind Arp2, Arp3, p16, p20, p21, p34 und p40 (ARPC1A bzw. ARPC1B). Zusammen bilden sie einen etwa 220 Kilodalton schweres Protein, das Zellen die schnelle Polymerisation von G- zu F-Aktin erlaubt. Man geht davon aus, dass die Untereinheiten Arp2 und Arp3 wegen ihrer homologen Struktur zu Aktin dafür ein Aktin-Dimer nachahmen, welches jedoch stabiler als ein echtes Aktin-Dimer ist und die Grundlage für die weitere Polymerisation bildet. Für eine nennenswerte Aktivität des Komplexes sind sogenannte "Nucleation Promoting Factor (NPFs)"-Proteine, wie beispielsweise Proteine der WASP/WAVE-Familie, zur Aktivierung nötig. Die NPFs binden dabei mit einer C-terminalen CA-Region an die anderen vier Untereinheiten (nicht Arp2/Arp3) und gleichzeitig über eine Verprolin-ähnliche Region an Aktin. Dadurch kommt es vermutlich zu einer Änderung in der Konformation des Arp 2/3-Komplexes, die zur Bildung eines Nukleationszentrums zusammen mit dem beteiligten Aktin führt. Der gesamte Komplex ähnelt dann einem $+$ -Ende eines Aktinfilaments.[3]

Daneben kann der Arp 2/3-Komplex Aktinfilamente Y-förmig in einem Winkel von 70° vernetzen. Zum genauen Ablauf bei dieser Vernetzung gibt es zwei Hypothesen:[4]

Dendritische Nukleation

Modell der dendritischen Nukleation: Der Arp 2/3-Komplex bindet nach Aktivierung durch NPFs und Interaktion mit bestehenden Aktinfilamenten an die Seite von F-Aktin. Von diesem "Mutterfilament" ausgehend wird nun ein "Tochterfilament" nukleiert, das in einem Winkel von 70° vom Mutterfilament absteht.[5]

"barbed end branching"

Modell des "barbed end branching" (Verzweigung der $+$ -Enden: Der Komplex bindet an ein $+$ -Ende eines Aktinfilaments und induziert eine Y-Verzweigung in zwei gleich lange "Tochterfilamente").[6]

Einzelnachweise

R. C. Robinson, K. Turbedsky, D. A. Kaiser, J. B. Marchand, H. N. Higgs: Crystal structure of Arp2/3 complex. In: Science (New York, N.Y.). Band 294, Nr. 5547, 23. November 2001, ISSN 0036-8075, S. 1679–1684, doi:10.1126/science.1066333, PMID 11721045 (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).
Erin D. Goley, Matthew D. Welch: The ARP2/3 complex: an actin nucleator comes of age. In: Nature Reviews. Molecular Cell Biology. Band 7, Nr. 10, Oktober 2006, ISSN 1471-0072, S. 713–726, doi:10.1038/nrm2026, PMID 16990851 (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).
Adeleke H. Aguda, Leslie D. Burtnick, Robert C. Robinson: The state of the filament. In: EMBO reports. Band 6, Nr. 3, März 2005, ISSN 1469-221X, S. 220–226, doi:10.1038/sj.embor.7400363, PMID 15741975, PMC 1299273 (freier Volltext) – (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).
Thomas D. Pollard: Regulation of actin filament assembly by Arp2/3 complex and formins. In: Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. Band 36, 2007, ISSN 1056-8700, S. 451–477, doi:10.1146/annurev.biophys.35.040405.101936, PMID 17477841 (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).
Isabelle Rouiller, Xiao-Ping Xu, Kurt J. Amann, Coumaran Egile, Stephan Nickell: The structural basis of actin filament branching by the Arp2/3 complex. In: The Journal of Cell Biology. Band 180, Nr. 5, 10. März 2008, ISSN 1540-8140, S. 887–895, doi:10.1083/jcb.200709092, PMID 18316411, PMC 2265399 (freier Volltext) – (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).
D. Pantaloni, R. Boujemaa, D. Didry, P. Gounon, M. F. Carlier: The Arp2/3 complex branches filament barbed ends: functional antagonism with capping proteins. In: Nature Cell Biology. Band 2, Nr. 7, Juli 2000, ISSN 1465-7392, S. 385–391, doi:10.1038/35017011, PMID 10878802 (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).

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[1] R. C. Robinson, K. Turbedsky, D. A. Kaiser, J. B. Marchand, H. N. Higgs: Crystal structure of Arp2/3 complex. In: Science (New York, N.Y.). Band 294, Nr. 5547, 23. November 2001, ISSN 0036-8075, S. 1679–1684, doi:10.1126/science.1066333, PMID 11721045 (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).

[2] Erin D. Goley, Matthew D. Welch: The ARP2/3 complex: an actin nucleator comes of age. In: Nature Reviews. Molecular Cell Biology. Band 7, Nr. 10, Oktober 2006, ISSN 1471-0072, S. 713–726, doi:10.1038/nrm2026, PMID 16990851 (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).

[3] Adeleke H. Aguda, Leslie D. Burtnick, Robert C. Robinson: The state of the filament. In: EMBO reports. Band 6, Nr. 3, März 2005, ISSN 1469-221X, S. 220–226, doi:10.1038/sj.embor.7400363, PMID 15741975, PMC 1299273 (freier Volltext) – (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).

[4] Thomas D. Pollard: Regulation of actin filament assembly by Arp2/3 complex and formins. In: Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. Band 36, 2007, ISSN 1056-8700, S. 451–477, doi:10.1146/annurev.biophys.35.040405.101936, PMID 17477841 (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).

[5] Isabelle Rouiller, Xiao-Ping Xu, Kurt J. Amann, Coumaran Egile, Stephan Nickell: The structural basis of actin filament branching by the Arp2/3 complex. In: The Journal of Cell Biology. Band 180, Nr. 5, 10. März 2008, ISSN 1540-8140, S. 887–895, doi:10.1083/jcb.200709092, PMID 18316411, PMC 2265399 (freier Volltext) – (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).

[6] D. Pantaloni, R. Boujemaa, D. Didry, P. Gounon, M. F. Carlier: The Arp2/3 complex branches filament barbed ends: functional antagonism with capping proteins. In: Nature Cell Biology. Band 2, Nr. 7, Juli 2000, ISSN 1465-7392, S. 385–391, doi:10.1038/35017011, PMID 10878802 (nih.gov [abgerufen am 26. April 2021]).