['.', 's', 'Jovan.', 'oF', 'Browocica:', 'Curmisrar', '.', '*', 'va', 'wa', 'he', '28,', 'Imus', 'of', 'September', '25,', 'pp.', '9653-9687,', '1961', 'Printed', 'un', 'U.S.A.', 'Ca**', 'Control!', 'of', 'Actin', 'Filament', 'Length', 'EFFECTS', 'OF', 'MACROPHAGE', 'GELSOLIN', 'ON', 'ACTIN', 'POLYMERIZATION®', ' ', ' ', '{Received', 'for', 'publication,', 'March', '30,', '1961)', 'Helen', 'L.', 'Yin,', 'John', 'H.', 'Hartwig,', 'Koscak', 'Maruyamat,', 'and', 'Thomas', 'P.', 'Stossel', 'Frorn', 'the', 'Hematotogy-Oncology', 'Unit,', 'Massachusetts', 'General', 'Hospital,', 'Department', 'of', 'Medicine,', 'Harvard', 'Medical', 'School,', 'Boston,', 'Massachusetts', '02114', 'Gelsolin', 'complexed', 'with', 'calcium', '(gelsolin-Ca**)', 'binds', 'to', 'the', 'ends', 'of', 'actin', 'filaments', 'to', 'which', 'monomers', 'add', 'preferentially', 'during', 'clongation.', 'It', 'forme', 'a', 'stable', 'complex', 'with', 'actin', 'in', 'a', 'low', 'ionic', 'strength', 'solution', 'which', 'does', 'not', 'normally', 'favor', 'the', 'polymerization', 'of', 'actin.', 'Gelsolin-Ca"*', 'increases', 'the', 'rate', 'of', 'nucleation', 'of', 'actin', 'which', 'precedes', 'polymerization,', 'but', 'decreases', 'the', 'rate', 'of', 'elongation', 'of', 'the', 'filaments.', 'The', 'final', 'average', 'len:', 'of', 'filaments', 'formed', 'in', 'the', 'presence', 'of', 'gelnolin-', 'Ca**', 'is', 'shorter', 'and', 'the', 'equilibrium', 'monomer', 'concen-', 'tration', 'increases', 'relative', 'to', 'actin', 'polymerized', 'in', 'the', 'absence', 'of', 'gelsolin-Ca**.', 'Gelsolin-Ca**', 'also', 'increases', 'the', 'number', 'of', 'actin', 'flaments', 'because', 'the', 'magnitude', 'of', 'the', 'increase', 'in', 'monomer', 'concentration', 'is', 'dispropor-', 'Constelyenell', 'compared', 'with', 'the', 'reduction', 'in', 'polymer', 'length.', 'these', 'respects,', 'the', 'population', 'of', 'actin', 'fila-', 'ments', 'formed', 'during', 'polymerization', 'in', 'the', 'presence', 'of', 'geleclin-Ca®**', 'is', 'similar', 'to', 'that', 'reaulting', 'from', 'the', 'action', 'of', 'gelsolin', 'on', 'previously', 'assembled', 'actin', 'filaments', '(Yin,', 'H.', 'L.,', 'Zanoer,', 'K.', '8.,', 'and', 'Stossel,', 'T.', 'P.', '(1980)', 'J.', 'Biol.', 'Chem.', '255,', '0494-9500).', 'The', 'calclum-dependent', 'shorten-', 'ing', 'of', 'actin', 'filaments', '{se', 'the', 'primary', 'mechanism', 'for', 'the', 'dissolution', 'of', 'an', 'actin', 'gel', 'by', 'gelsolin.', 'Therefore,', 'the', 'ability', 'of', 'gelsolin', 'to', 'produce', 'short', 'filaments', 'irrespec-', 'tive', 'of', 'the', 'initial', 'state', 'of', 'assembly', 'of', 'the', 'actin', 'offers', 'flexibility', 'for', 'controlling', 'the', 'network', 'structure', 'of', 'the', 'cytoplasm', 'in', 'which', 'either', 'the', 'monomeric', 'or', 'polymeric', 'form', 'of', 'actin', 'molecules', 'might', 'predominate', 'at', 'different', 'times.', ' ', ' ', 'Gelsolin', 'is', 'a', 'calcium-binding', 'protein', 'of', 'rabbit', 'lung', 'macro-', 'phages', 'which', 'confers', 'calcium', 'sensitivity', 'to', 'the', 'regulation', 'on', 'the', 'network', 'structure', 'of', 'actin', 'Mlamenta', '(Yin', 'and', 'Stossel,', '1979', 'and', '1980;', 'Yin', 'ef', 'ai.,', '1880).', 'In', 'the', 'presence', 'of', 'micromolar', 'calcium', 'concentrations,', 'gelsolin', 'shortens', 'actin', 'filaments', '(F-', 'actin)', 'without', 'decreasing', 'appreciably', 'the', 'total', 'mass', 'of', 'fila-', 'ments,', 'leading', 'to', 'a', 'decrease', 'in', 'the', 'gel', 'structure', 'of', 'actin', 'filaments.', 'Since', 'gelsolin', 'ls', 'bound', 'to', 'the', 'shortened', 'filaments,', 'it', 'is', 'likely', 'that', 'gelsolin', 'resides', 'at', 'one', 'or', 'both', 'ends', 'of', 'the', 'filamenta', 'to', 'prevent', 'them', 'from', 'annealing.', 'This', 'paper', 'identifies', 'by', 'electron', 'microscopy', 'the', 'end', 'of', 'the', 'actin', 'filament', 'to', 'which', 'gelsolin', 'bints,', 'and', 'showa', 'that', 'gelsolin', 'promotes', 'the', 'nucleation', 'of', 'actin', 'to', 'produce', 'a', 'population', 'of', '*', 'This', 'work', 'was', 'supported', 'by', 'United', 'States', 'Public', 'Health', 'Service', 'Grants', 'HL', '19429,', 'HL', '12883,', 'CA', '08002,', 'and', 'HL', '4949.', 'and', 'by', 'Grant', '1116', 'from', 'the', 'Council', 'of', 'Tobacco', 'Research.', '‘The', 'coata', 'of', 'publication', 'of', 'this', 'article', 'were', 'defraved', 'in', 'part', 'by', 'the', 'payment', 'of', 'page', 'charges.', 'This', 'article', 'must', 'therefore', 'be', 'hereby', 'mashed', '“advertisement”', 'in', 'accordance', 'with', '18', 'U.8.C.', 'Section', '17.34', 'solely', 'to', 'indicate', 'this', 'fact.', '£', 'On', 'leave', 'from', 'the', 'Department', 'of', 'Biology,', 'Faculty', 'of', 'Science.', 'Chiba', 'University,', 'Chiba', '280,', 'Jepan', 'to', 'Huston', 'Biomedical', 'Research', 'Institute,', 'Boaton,', 'MA.', 'short', 'filaments', 'similar', 'to', 'that', 'obtained', 'when', 'gelsolin', 'is', 'added', 'directly', 'to', 'F-actin.', 'In', 'these', 'respects,', 'gelsolin', 'closely', 'resembles', '2', 'number', 'of', 'other', 'compounda', 'such', 'as', 'the', 'cytochalasins', '(Low', 'and', 'Dancker,', '1976;', 'Brenner', 'and', 'Korn,', '1980;', 'Brown', 'and', 'Spudich,', '1979;', 'Hartwig', 'and', 'Stossel,', '1979;', 'Flanagan', 'and', 'Lin,', '1980,', 'MaclLean-Fletcher', 'and', 'Pollard,', '1980;', 'Maruyama', 'et', 'al,', '1980),', '8-actinin', '(Maruyama', 'eft', 'al,', '1977),', 'fragmin,', 'a', 'protein', 'of', 'Physarum', 'polycephaium', '(Hasegawa', 'et', 'al,', '1980;,', 'Hinssen,', '1981),', 'villin,', 'a', 'protein', 'of', 'intestinal', 'epithelial', 'cells', '(Bretacher', 'and', 'Weber,', '1980;', 'Craig', 'and', 'Powell,', '1980;', 'Mooseker', 'et', 'al.,', '1980),', 'a', 'platelet', 'inhibitor', 'protein', '(Grumet', 'and', 'Lin,', '1980),', 'and', 'an', 'actin', 'capping', 'protein', 'from', 'Acanthamoeba', 'casteilani', '(Is-', 'anberg', 'ef', 'af.,', '1980).', 'These', 'agents', 'have', 'been', 'shown', 'to', 'enhance', 'the', 'nucleation', 'of', 'actin', 'and', 'in', 'some', 'cases', 'to', 'shorten', 'actin', 'filaments,', 'to', 'bind', 'to', 'one', 'end', 'of', 'the', 'filaments', 'and', 'to', 'reduce', 'the', 'actin', 'network', 'structure.', 'The', 'identification', 'of', 'such', 'a', 'class', 'of', 'functionally', 'analagous', 'actin-modifying', 'agents', 'suggests', 'that', 'the', 'contro]', 'of', 'actin', 'filament', 'length', 'is', 'of', 'considerable', 'impor-', 'tance', 'for', 'the', 'regulation', 'of', 'cell', 'structure', 'and', 'movement.', 'EXPERIMENTAL', 'PROCEDURES', 'Proteins—Actin', 'was', 'purified', 'from', 'rabbit', 'skeletal', 'muscle', 'by', 'the', 'method', 'of', 'Spudich', 'and', 'Watt', '(1971).', 'For', 'some', 'experiments,', 'G-actin', 'was', 'further', 'by', 'gel', 'filtration', 'on', 'Sephadex', 'G-150', 'columns', 'equilibrated', 'with', 'Buffer', 'A', 'of', 'Spudich', 'and', 'Watt', '(1971)', 'which', 'con-', 'tained', '0.5', 'maa', 'ATP,', '0.6', 'mm', '2-mercaptoethanol,', '0.2', 'me', 'CaCls,', 'and', '2', 'mm', 'Tris-HCl,', 'pH', '8.', '.', 'Gelsolin', 'was', 'purified', 'from', 'rabbit', 'lung', 'macrophages', 'as', 'described', 'in', 'Yin', 'and', 'Stossel', '(1979).', 'Protein', 'concentrations', 'were', 'determined', 'by', 'the', 'method', 'of', 'Lowry', 'ef', 'ai.', '(1951),', 'using', 'bovine', 'serum', 'albumin', 'as', 'a', 'standard.', 'Electron', 'Microscopy—Heavy', 'meromyosin', '(1', 'mg/ml},', 'prepared', 'as', 'deacribed', 'by', 'Lowey', 'et', 'al.', '(1969),', 'was', 'dialyzed', 'against', 'the', 'heavy', 'meromyosin', 'buffer', 'of', 'Craig', 'et', 'af', '(1980)', 'which', 'contained', '20', 'mn', 'NaCi,', '1', 'ms', 'MgC,', '0.1', 'mot', "EGTA,'5", 'mas', 'sodium', 'phosphate.', 'pH', '7.0.', 'Gel-filtered', 'actin', 'was', 'dialyzed', 'against', 'Buffer', 'A', 'without', 'ATP,', 'and', 'at', 'a', 'pH', 'of', '7.4.', 'The', 'dialyzed', 'actin', '(5.67', 'a)', 'was', 'polymerized', 'with', 'gelsolin', '(0.22', 'pw)', 'in', 'modified', 'Buffer', 'A', 'by', 'the', 'addition', 'of', 'KC!', 'to', 'a', 'final', 'concentration', 'of', '0.07', '»', 'at', '25°C', 'for', '3', 'h.', 'The', 'filaments', 'formed', 'were', 'incubated', 'with', 'heavy', 'meromyosin', 'at', 'an', 'actin', 'to', 'heavy', 'meromyosin', 'weight', 'ratio', 'of', '1.7', 'to', '12', 'for', '15', 'min', 'at', '20°C,', 'at', 'which', 'point', 'the', 'filaments', 'were', 'decorated', 'end', 'to', 'end', 'with', 'arrowheads', 'when', '¢xamined', 'in', 'the', 'electron', 'microscope.', 'To', 'determine', 'the', 'polerity', 'of', 'actin', 'elon-', 'gation.', 'one', 'part', 'of', 'the', 'decorated', 'seeds', 'was', 'added', 'to', '5', 'parts', 'of', 'dialyzed', 'G-actin', '(6', 'uM),', 'and', 'further', 'polymerization', 'initiated', 'by', 'addition', 'of', 'KCi', 'to', '0.1', 'a', 'with', 'or', 'without', '1', 'mas', 'EGTA.', 'After', '5', 'min', 'at', '20', '°C,', 'the', 'samplea', 'were', 'placed', 'on', 'Formvar', 'and', 'carbon-coated', 'copper', 'grids', 'rendered', 'hydrophobic', 'by', 'coating', 'with', 'a', 'thin', 'layer', 'of', 'wax', '(Craig', 'et', 'al,', '1960),', 'washed', '5', 'times', 'with', 'the', 'heavy', 'meromyoain', 'buffer', 'containing', '0.1', 'a', 'KCl', 'with', 'or', 'without', '0.2', 'mw', 'CaCh.', 'The', 'proteins', 'were', 'negatively', 'stained', 'with', '1%', 'uranyl', 'acetate.', 'examined.', 'and', 'pho-', 'tographed', 'in', '=', 'Philips', '301', 'electron', 'microscope', 'at', 'an', 'accelerating', 'voltage', 'of', '60', 'kV.', 'Analytical', 'Procedures—The', 'flow', 'birefringence', 'of', 'actin', 'was', 'deter-', '‘The', 'abbreviation', 'used', 'is:', 'EGTA,', 'ethylene', 'glyco!', 'bis(@-amino-', 'ethyl', "ether)-N,NN'N'-tetraacetic", 'acid.', ' ', '9693', 'PUBLICATIONS', '037272']