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(tài)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(tài)之間轉(zhuǎn)換，這對許多細胞過程至關(guān)重要。肌動蛋白的動態(tài)性和功能受諸多內(nèi)部和外部信號的調(diào)節(jié)，這些信號由肌動蛋白結(jié)合蛋白（ABP），信號轉(zhuǎn)導(dǎo)物等調(diào)節(jié)。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(xué)，ABP間的相互作用等的影響^1,2。目前科研工作者們已經(jīng)研究了肌動蛋白N-末端乙?；?，賴氨酸乙?；?，精氨酸化，SUMO化和泛素化。本資訊主要總結(jié)了目前關(guān)于肌動蛋白上甲硫氨酸（Met）44和Met47位點氧化的相關(guān)研究。

圖1. 肌動蛋白結(jié)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(lǐng)域的研究一般集中在由天然的氧化劑（如H ₂ O ₂）誘導(dǎo)的病理氧化（氧化應(yīng)激），最初人們認(rèn)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(guān)。³ 蛋白質(zhì)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(nèi)的活性氧（ROS）氧化。

肌動蛋白的氧化便是如此，早期關(guān)于肌動蛋白氧化的研究多數(shù)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(dǎo)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(nèi)外活性氧成分氧化生成R型和S型兩種差向異構(gòu)體的甲硫氨酸亞砜（MetO），導(dǎo)致許多蛋白的活性和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，然而，Manta和Gladsyshev認(rèn)為相對于甲硫氨酸亞砜還原酶(如MsrA) ⁸介導(dǎo)的酶促氧化而言，體內(nèi)活性氧誘導(dǎo)的MetO形成非常低效。但當(dāng)時，肌動蛋白的甲硫氨酸殘基是否可以在體內(nèi)發(fā)生酶促氧化的問題還沒有答案，Terman小組的一項開創(chuàng)性研究闡明了MICAL（與CasL相互作用的分子）在體外介導(dǎo)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(yīng)。另外，肌動蛋白MetO的錯誤調(diào)節(jié)對形態(tài)學(xué)產(chǎn)生了顯著的影響，果蠅體內(nèi)MICAL的過表達導(dǎo)致刷毛發(fā)生變形，但是用M44L肌動蛋白突變體變形會恢復(fù)，因此確定其在體內(nèi)的作用^9,10 。最近的一項研究表明這種機制對于胞質(zhì)分裂的最后步驟中肌動蛋白解聚至關(guān)重要，確定了MICAL-1氧化F-actin的生理作用¹¹。

圖2.肌動蛋白Met44和Met47生理氧化還原系統(tǒng)

肌動蛋白氧化的調(diào)節(jié)機制：

MICAL是一種從昆蟲到哺乳動物均保守表達的細胞內(nèi)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(xué)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(jié)構(gòu)域2的D環(huán)中 ¹⁴。當(dāng)發(fā)生氧化時，Met44會帶上負(fù)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(fā)現(xiàn)，MICAL介導(dǎo)形成的肌動蛋白MetO會被甲硫氨酸亞砜還原酶（MSR）逆轉(zhuǎn)（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(gòu)體），研究結(jié)果顯示SelR（MsrB）酶具有抑制Met44和Met47位點氧化以及恢復(fù)正常肌動蛋白動力學(xué)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(gòu)體而MsrA特異性地還原了S-型MetO異構(gòu)體MetO，因此該小組得出結(jié)論：MICAL特異性氧化肌動蛋白與MetO R-異構(gòu)體。

總的來說，這些研究結(jié)果闡述了一種可逆的特異性氧化還原系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)肌動蛋白的特定的MetO來控制肌動蛋白動力學(xué)和細胞骨架網(wǎng)絡(luò)。

肌動蛋白氧化生理學(xué)：

由于MICALs在生物體內(nèi)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(diào)節(jié)機制可能對所有組織和細胞類型中的肌動蛋白功能調(diào)節(jié)起重要作用。一些研究強調(diào)MICAL蛋白在一系列組織和生物體中發(fā)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(diào)節(jié)得到促進尚未得到徹底調(diào)查¹⁷。

總結(jié)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(diào)節(jié)機制，為推進肌動蛋白PTM領(lǐng)域奠定了重要基礎(chǔ)。最近的研究表明，肌動蛋白的MICAL調(diào)節(jié)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(xué)中的普遍性。沿著同樣的思路，確定肌動蛋白的ABP調(diào)節(jié)如何與肌動蛋白MetO等關(guān)鍵PTM協(xié)同作用將非常有趣。最近的一項研究表明Actin氧化和Cofilin協(xié)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(jù)。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(xué)領(lǐng)域，以及MetO肌動蛋白是否在他們的研究模型中發(fā)揮作用。

在這里，艾美捷科技為您提供Cytoskeleton公司研發(fā)的各種MICAL氧化（MOX）肌動蛋白及相關(guān)工具，以幫助研究人員對這種新的肌動蛋白調(diào)節(jié)機制進行研究，方便他們更好地對肌動蛋白調(diào)節(jié)領(lǐng)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

參考文獻：

1. Varland S. et al. 2019. Actin post-translational modifications: The Cinderella of cytoskeletal control. Trends Biochem. Sci. DOI: 10.1016/j.tibs.2018.11.010.

2. Terman J.R. and Kashina A. 2013. Post-translational modification and regulation of actin. Curr. Opin. Cell Biol. 25, 30-38.

3. Wilson C. and Gonzalez-Billault C. 2015. Regulation of cytoskeletal dynamics by redox signaling and oxidative stress: implications for neuronal development and trafficking. Front. Cell Neurosci. 9, 381.

4. Hinshaw D.B. et al. 1986. Cytoskeletal and morphologic impact of cellular oxidant injury. Am. J. Pathol. 123, 454-464.

5. DalleDonne I. et al. 1995. H2O2-treated actin: assembly and polymer interactions with cross-linking proteins. Biophys. J. 69, 2710-2719.

6. Lassing I. et al. 2007. Molecular and structural basis for redox regulation of beta-actin. J. Mol. Biol. 370, 331-348.

7. Milzani A. et al. 2000. The oxidation produced by hydrogen peroxide on Ca-ATP-G-actin. Protein Sci. 9, 1774-1782.

8. Manta B. and Gladyshev V.N. 2017. Regulated methionine oxidation by monooxygenases. Free Rad. Biol. Med. 109, 141-155.

9. Hung R.J. et al. 2011. Direct redox regulation of F-actin assembly and disassembly by Mical. Science. 334, 1710-1713.

10. Hung R.J. et al. 2010. Mical links semaphorins to F-actin disassembly. Nature. 463, 823-827.

11. Fremont S. et al. 2017. Oxidation of F-actin controls the terminal steps of cytokinesis. Nat. Commun. 8, 14528.

12. Terman J.R. et al. 2002. MICALs, a family of conserved flavoprotein oxidoreductases, function in plexin-mediated axonal repulsion. Cell. 109, 887-900.

13. Wu H. et al. 2018. The MICALs are a family of F-actin dismantling oxidoreductases conserved from Drosophila to humans. Sci. Rep. 8, 937.

14. Grintsevich E.E. et al. 2017. Catastrophic disassembly of actin filaments via Mical-mediated oxidation. Nat. Commun. 8, 2183.

15. Lee B.C. et al. 2013. MsrB1 and MICALs regulate actin assembly and macrophage function via reversible stereoselective methionine oxidation. Mol Cell. 51, 397-404.

16. Hung R.J. et al. 2013. SelR reverses Mical-mediated oxidation of actin to regulate F-actin dynamics. Nat. Cell Biol. 15, 1445-1454.

17. Wilson C. et al. 2016. Actin filaments-A target for redox regulation. Cytoskeleton (Hoboken). 73, 577-595.

18. Lundquist M.R. et al. 2014. Redox modification of nuclear actin by MICAL-2 regulates SRF signaling. Cell. 156, 563-576.

19. Yoon J. et al. 2017. Amplification of F-Actin disassembly and cellular repulsion by growth factor signaling. Dev. Cell. 42, 117-129.

20. Van Battum E.Y. et al. 2014. The intracellular redox protein MICAL-1 regulates the development of hippocampal mossy fibre connections. Nat. Commun. 5, 4317.

21. Grintsevich E.E. et al. 2016. F-actin dismantling through a redox-driven synergy between Mical and cofilin. Nat. Cell Biol. 18, 876-885.

 Cytoskeleton公司成立于1993年，專注于生物化學(xué)和細胞過程研究中的純化蛋白和便捷試劑盒開發(fā)與生產(chǎn)。公司提供藥物篩選、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄后修飾（PTM）、細胞骨架研究相關(guān)的系列試劑盒和產(chǎn)品，尤其以細胞骨架相關(guān)研究見長，既能滿足于樣品較少的科學(xué)研究，也可以用于小規(guī)模篩選研究和高通量大規(guī)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(xiàn)有產(chǎn)品的藥物篩選服務(wù)。

作為Cytoskeleton在中國的區(qū)代理，艾美捷科技有限公司將為中國客戶提供最全面的Cytoskeleton產(chǎn)品與服務(wù)。