Actins are filament-forming, highly-conserved proteins in eukaryotes. They are involved in essential processes in the cytoplasm and have also nuclear functions. Malaria parasites (Plasmodium spp.) have two actin isoforms that differ from each other and from canonical actins in structure and filament-forming properties. Actin I has an essential role in motility and is fairly well characterized. The structure and function of actin II are not as well understood, but mutational analyses have revealed two essential functions in male gametogenesis and in the zygote. Here, we present expression analysis, high-resolution filament structures, and biochemical characterization of Plasmodium actin II. We show that it is expressed in male gametocytes and zygotes and associated with the nucleus in both stages in filament-like structures. Unlike actin I, actin II readily forms long filaments in vitro, and near-atomic structures in the presence or absence of jasplakinolide reveal very similar structures. Small but significant differences compared to other actins in the openness and twist, the active site, the D-loop, and the plug region contribute to filament stability. Mutational analyses suggest that long and stable filaments are necessary for male gametogenesis, while the second function in the zygote stage also requires fine-tuned regulation by methylation of histidine 73. Actin II polymerizes via the classical nucleation-elongation mechanism and has a critical concentration of ~0.1 μM at the steady-state, like actin I and canonical actins. Similarly to actin I, dimers are a stable form of actin II at equilibrium.

中文翻译：

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疟原虫肌动蛋白 II 在寄生蚊子阶段的结构和功能

肌动蛋白是真核生物中形成细丝的高度保守的蛋白质。它们参与细胞质中的基本过程，并且还具有核功能。疟疾寄生虫（疟原虫属）有两种肌动蛋白亚型，它们在结构和丝状形成特性方面彼此不同，并且与典型肌动蛋白不同。肌动蛋白 I 在运动中起着重要作用，并且具有相当好的特征。肌动蛋白 II 的结构和功能尚不清楚，但突变分析揭示了雄性配子发生和受精卵中的两个基本功能。在这里，我们介绍了疟原虫肌动蛋白 II 的表达分析、高分辨率丝结构和生化特性。我们表明它在雄性配子体和受精卵中表达，并在丝状结构的两个阶段与细胞核相关。与肌动蛋白 I 不同，肌动蛋白 II 在体外很容易形成长丝，并且在存在或不存在茉莉花内酯的情况下，近原子结构显示出非常相似的结构。与开放和扭曲、活性位点、D 环和插头区域中的其他肌动蛋白相比，微小但显着的差异有助于细丝稳定性。突变分析表明，长而稳定的丝是雄性配子发生所必需的，而合子阶段的第二个功能也需要通过组氨酸 73 的甲基化进行微调。肌动蛋白 II 通过经典的成核-伸长机制聚合，并且具有临界浓度在稳态时约为 0.1 μM，如肌动蛋白 I 和典型肌动蛋白。与肌动蛋白 I 类似，二聚体是平衡状态下肌动蛋白 II 的稳定形式。和近原子结构在存在或不存在茉莉花内酯的情况下显示出非常相似的结构。与开放和扭曲、活性位点、D 环和插头区域中的其他肌动蛋白相比，微小但显着的差异有助于细丝稳定性。突变分析表明，长而稳定的丝是雄性配子发生所必需的，而合子阶段的第二个功能也需要通过组氨酸 73 的甲基化进行微调。肌动蛋白 II 通过经典的成核-伸长机制聚合，并且具有临界浓度在稳态时约为 0.1 μM，如肌动蛋白 I 和典型肌动蛋白。与肌动蛋白 I 类似，二聚体是平衡状态下肌动蛋白 II 的稳定形式。和近原子结构在存在或不存在茉莉花内酯的情况下显示出非常相似的结构。与开放和扭曲、活性位点、D 环和插头区域中的其他肌动蛋白相比，微小但显着的差异有助于细丝稳定性。突变分析表明，长而稳定的丝是雄性配子发生所必需的，而合子阶段的第二个功能也需要通过组氨酸 73 的甲基化进行微调。肌动蛋白 II 通过经典的成核-伸长机制聚合，并且具有临界浓度在稳态时约为 0.1 μM，如肌动蛋白 I 和典型肌动蛋白。与肌动蛋白 I 类似，二聚体是平衡状态下肌动蛋白 II 的稳定形式。与开放和扭曲、活性位点、D 环和插头区域中的其他肌动蛋白相比，微小但显着的差异有助于细丝稳定性。突变分析表明，长而稳定的丝是雄性配子发生所必需的，而合子阶段的第二个功能也需要通过组氨酸 73 的甲基化进行微调。肌动蛋白 II 通过经典的成核-伸长机制聚合，并且具有临界浓度在稳态时约为 0.1 μM，如肌动蛋白 I 和典型肌动蛋白。与肌动蛋白 I 类似，二聚体是平衡状态下肌动蛋白 II 的稳定形式。与开放和扭曲、活性位点、D 环和插头区域中的其他肌动蛋白相比，微小但显着的差异有助于细丝稳定性。突变分析表明，长而稳定的丝是雄性配子发生所必需的，而合子阶段的第二个功能也需要通过组氨酸 73 的甲基化进行微调。肌动蛋白 II 通过经典的成核-伸长机制聚合，并且具有临界浓度在稳态时约为 0.1 μM，如肌动蛋白 I 和典型肌动蛋白。与肌动蛋白 I 类似，二聚体是平衡状态下肌动蛋白 II 的稳定形式。而受精卵阶段的第二个功能也需要通过组氨酸 73 的甲基化进行微调。肌动蛋白 II 通过经典的成核-伸长机制聚合，并且在稳态下具有约 0.1 μM 的临界浓度，如肌动蛋白 I 和规范肌动蛋白。与肌动蛋白 I 类似，二聚体是平衡状态下肌动蛋白 II 的稳定形式。而受精卵阶段的第二个功能也需要通过组氨酸 73 的甲基化进行微调。肌动蛋白 II 通过经典的成核-伸长机制聚合，并且在稳态下具有约 0.1 μM 的临界浓度，如肌动蛋白 I 和规范肌动蛋白。与肌动蛋白 I 类似，二聚体是平衡状态下肌动蛋白 II 的稳定形式。