Vários modelos têm sido propostos para explicar como os oligômeros de dinamina medeiam a remodelação de membranas, acoplando com a hidrólise de GTP.
Reconstruções por microscopia eletrônica indicam que a ligação ao nucleotídeo induz a constrição do oligômero de dinamina, quando esse estiver ancorado em uma membrana deformável (HINSHAW; SCHMID, 1995; CHEN et al., 2004). Deste modo, 15 dímeros foram encontrados por volta na hélice de dinamina no seu estado livre de nucleotídeo.
Enquanto que, apenas 13 dímeros foram encontrados na presença de um análogo não hidrolisável de GTP (MEARS et al., 2007). Esses resultados sugerem que, na ausência de nucleotídeo, a dinamina se monta ou oligomeriza em uma conformação relaxada em
volta do pescoço formado na membrana alvo. Então, mudanças conformacionais dependentes de nucleotídeo induzem a constrição do oligômero, seguido pela cisão da membrana (modelo de constrição, torniquete ou constrictase).
FIGURA 10 - MODELO DE ATUAÇÃO DA DINAMINA NA FORMAÇÃO DE VESÍCULAS ± ³7251,48(7(´.
FONTE: modificado do site http://www.endocytosis.org/
Foi observado por Stowell e colaboradores (1999) que, na presença de túbulos rígidos de membrana, a hélice de dinamina está intimamente empacotada ao longo do eixo da hélice quando se está ligada ao GTP e está na forma mais aberta quando na presença de GDP. Deste modo, um outro modelo é sugerido onde a hélice formada por oligômeros de dinamina atuaria como uma mola que se expande na hidrólise de GTP, catalisando, então, a cisão da membrana (modelo mola ou poppase).
FIGURA 11 - MODELO DE ATUAÇÃO DA DINAMINA NA FORMAÇÃO DE VESÍCULAS ± ³02/$´.
FONTE: modificado do site http://www.endocytosis.org/
Ensaios de monitoramento in vivo da remodelação de membranas mediada por dinamina mostraram que a hidrólise de GTP leva a uma torção dos túbulos (pescoço ou gargalo) de membrana, indicando que essa torção mediada por dinamina levaria à cisão da vesícula (modelo de torção ou twistase) (ROUX et al., 2006).
Faelber e colaboradores (2011) sugerem um modelo estrutural para as mudanças conformacionais na hélice de dinamina durante a cisão de membranas. Esse modelo unifica todos os três modelos citados anteriormente. Na presença de GTP, em concentrações celulares maiores que 100 mM e considerando a baixa afinidade da dinamina por esse nucleotídeo, é previsto que a dinamina esteja na forma ligada ao GTP, quando, então, é recrutada para o pescoço da vesícula em formação. As interações inibitórias entre a região de haste com o domínio PH (interface quatro) e com o BSE (interface cinco) são desfeitas pela ligação a membranas e/ou pela oligomerização e, em seguida, subunidades de dinaminas são recrutadas. Quando o oligômero de dinamina completa uma única volta em torno do pescoço da vesícula, os domínios G das extremidades dos filamentos opostos se dimerizam e fecham a primeira volta da hélice.
Assume-se que a dimerização do domínio G na presença de GTP abre a interface seis, que é fruto da interação do domínio G com o BSE. Ainda não se sabe quantas moléculas de dinamina ainda podem ser recrutadas antes que a hidrólise de GTP seja acionada, porém, sabe-se que o intervalo de tempo para essa montagem é limitado, visto que o Kmax da atividade GTPásica da dinamina é de 4s-1 (FAELBER et al., 2011).
A dimerização do domínio G induz a hidrólise de GTP, seguido por movimentos conformacionais do BSE contra o domínio G. Esse movimento deve agir como uma retroalimentação, arrastando os filamentos vizinhos ao longo um dos outros (CHAPPIE et al., 2011; FORD et al., 2011). De uma maneira alternativa, a dimerização do domínio G induz a compactação da hélice de dinamina. Consegue-se, por esse meio, compensar parcial ou totalmente a energia necessária para promover uma maior curvatura na membrana na qual está inserida. Isto pode levar a um deslizamento passivo dos filamentos vizinhos para adaptar a hélice ao diâmetro da membrana molde (FAELBER et al., 2011). Ambos os cenários levam a uma constrição do pescoço da vesícula em brotamento, onde os oligômeros de dinamina atuam de maneira similar a um torniquete.
Durante a constrição, a hélice de dinamina deve sofrer uma torção de seus
filamentos. Essa torção foi de fato observada por microscopia de luz (ROUX et al., 2006).
Múltiplos ciclos de ligação e hidrólise de GTP devem levar a sucessiva compactação ou aperto da hélice de dinamina e do pescoço da vesícula. Como resultado, tem-se um aumento da curvatura na membrana que irá desestabilizar a membrana do pescoço. O próprio revestimento de dinamina atua como uma armação ou esqueleto que impede a clivagem da membrana pela constrição por si só (BOUCROT et al., 2012). Então, Faelber e colaboradores (2011) sugerem que a hidrólise de GTP, seguido pela dissociação dos domínios G, GHDFRUGRFRPRPRGHOR³PROD´GHYHVHSDUDURVILODPHQWRVGHGLQDPLQDGD hélice, permitindo que a membrana altamente curvada do pescoço da vesícula se arrebente.
FIGURA 12 ± MODELO DE CISÃO DE MEMBRANAS PELA DINAMINA BASEADO EM DADOS CRISTALOGRÁFICOS. (A) Em solução, a dinamina é predominantemente tetramérica. As interações da LQWHUIDFHV HVWmR UHSUHVHQWDGDV SHODV ³PRODV´ HP FLQ]D DV LQWHUDo}HV LQWUDPROHFXODU H HP UR[R DV interações intermolecular). (B) Durante a ligação a membranas, as interfaces 1 e 3 podem se adaptar ao diâmetro do túbulo ou pescoço lipídico. Essa interação com a membrana desfaz a interação autoinibitória entre o domínio PH e a região de haste (ocorre a abertura da interface qutro). (C) Quando os domínios G dos filamentos vizinhos se dimerizam, o BSE é afastado da região de haste (abertura da interface cinco) e
do domínio G (interface seis). (D) Modelo do mecanismo de ação da dinamina na cisão de membranas. 1
± 4XDQGRRILODPHQWRGHGLQDPLQDHPFUHVFLPHQWR³DEUDoDU´DPHPEUDQDalvo, os domínios G (no estado ligado a GTP) dos filamentos vizinhos se opõem. 2 ± Esses domínios G, então, se dimerizam, levando à compactação da hélice de dinamina. 3 ± A hidrólise de GTP leva a alterações conformacionais do BSE que se choca contra o domínio G. Esse movimento age como uma retroalimentação arrastando os filamentos vizinhos ao longo um dos outros ou induz uma grande curvatura na membrana subjacente, levando a um deslizamento passivo dos filamentos. (D) Os domínios G, agora ligados ao GDP, separam-se e levam à dissociação dos filamentos vizinhos. Isso deve permitir que o pescoço de membrana, formado altamente tensionado se rompa.
FONTE: modificado de Faelber et al. (2012)