ARP2/3およびMENA/VASPは、リーディングエッジでのアクチンネットワークアセンブリにプロフィリン1を必要とします

細胞には多くの種類のアクチン構造があり、それは一般的なモノマープールから組み立てなければなりません。しかし、異なるフィラメントネットワーク間でモノマーがどのように分布し、共有されるかはあまり理解されていません。簡素化されたモデルシステムは、モノマーが限られており、異質であることを示唆しており、偏った重合とインターネットワーク競争を通じてアクチンネットワークアセンブリを変化させます。ただし、モノマーが複雑なアクチン構造にどのように影響するかについてはあまり知られていません。ここでは、モノマーを競うさまざまなネットワークが重複し、機能的に依存しています。1つの例は、複数のアセンブリ因子によって生成されたフィラメントネットワークを含む移動細胞の最先端です。リーディングエッジは、これらのアセンブリファクターの活動のバランスを変更することにより、ラメリポディアやフィロポディアなどのさまざまなアクチン構造の形成を動的に切り替えます。ここでは、モノマー結合タンパク質プロファイリン1（PFN1）が哺乳類細胞におけるアクチンのアセンブリと組織をどのように制御するかを決定しようとしました。PFN1ノックアウト細胞のアクチン重合は、特にARP2/3とMENA/VASPベースのフィラメントアセンブリの両方が阻害されたリーディングエッジで著しく破壊されました。さらなる研究では、PFN1が存在しない場合、ARP2/3はリーディングエッジに局在しなくなり、MENA/VASPが機能しないことが示されました。さらに、インターネットワーク競争の個別の段階とARP2/3とMENA/VASPネットワークのコラボレーションが異なるPFN1濃度で存在することを発見しました。PFN1のレベルが低いため、糸状仮足のみが先端にのみ形成され、より高い濃度は糸状仮足を阻害し、ラメリポディアとフィロポディア前の束を支持しました。これらの結果は、PFN1の可用性を変更するだけで、アクチンアーキテクチャの劇的な変化を単純に行うことができることを示しています。

Cells have many types of actin structures, which must assemble from a common monomer pool. Yet, it remains poorly understood how monomers are distributed to and shared between different filament networks. Simplified model systems suggest that monomers are limited and heterogeneous, which alters actin network assembly through biased polymerization and internetwork competition. However, less is known about how monomers influence complex actin structures, where different networks competing for monomers overlap and are functionally interdependent. One example is the leading edge of migrating cells, which contains filament networks generated by multiple assembly factors. The leading edge dynamically switches between the formation of different actin structures, such as lamellipodia or filopodia, by altering the balance of these assembly factors' activities. Here, we sought to determine how the monomer-binding protein profilin 1 (PFN1) controls the assembly and organization of actin in mammalian cells. Actin polymerization in PFN1 knockout cells was severely disrupted, particularly at the leading edge, where both Arp2/3 and Mena/VASP-based filament assembly was inhibited. Further studies showed that in the absence of PFN1, Arp2/3 no longer localizes to the leading edge and Mena/VASP is non-functional. Additionally, we discovered that discrete stages of internetwork competition and collaboration between Arp2/3 and Mena/VASP networks exist at different PFN1 concentrations. Low levels of PFN1 caused filopodia to form exclusively at the leading edge, while higher concentrations inhibited filopodia and favored lamellipodia and pre-filopodia bundles. These results demonstrate that dramatic changes to actin architecture can be made simply by modifying PFN1 availability.