Constituants cellulaires
Cytosquelette : microfilaments d'actine
Protéines associées à l'actine (Actin-Binding Proteins, ou ABP)

Les microfilaments d'actine assurent de nombreuses fonctions cellulaires grâce à leur capacité à s'assembler, se désassembler et se réorganiser rapidement.

Ces propriétés reposent sur les caractéristiques intrinsèques de l'actine.

Les protéines associées à l'actine (ABP) contrôlent ces processus grâce à des domaines spécialisés qui leur permettent d'interagir avec l'actine et avec d'autres constituants cellulaires.

Sites et domaines de liaison à l'actine

Les ABP (Actin Binding Protein) possèdent un ou plusieurs domaines de liaison à l'actine qui leur permettent de se fixer :

• aux monomères d'actine G,
• aux microfilaments d'actine,
• ou aux deux.

Remarque importante : le terme ABD (Actin-Binding Domain) peut être utilisé dans la littérature au sens général pour désigner différents domaines capables de se lier à l'actine.

• Dans vetopsy.fr, afin d'éviter toute ambiguïté, l'abréviation ABD est réservée au domaine constitué de deux domaines CH disposés en tandem, CH1–CH2.
• Les autres structures assurant la liaison à l'actine sont désignées par leur nom propre (WH2, FH2, ADF-H…) ou plus généralement comme domaines ou sites de liaison à l'actine.

1. Les domaines de liaison à l'actine présentent une grande diversité structurale.

a. Les domaines ABD (Actin-Binding Domain), constitués de deux domaines CH (Calponin Homology), sont présents dans de nombreuses protéines associées au cytosquelette d'actine.

b. D'autres domaines de liaison à l'actine comprennent notamment :

• les domaines WH2 (Wasp-Homology-2), présents notamment dans les protéines WASP, WAVE et les protéines à domaines WH2 multiples (Tandem-monomer-binding nucleators),
• les domaines FH2 (Formin-Homology-2), caractéristiques des formines,
• les domaines ADF-H (Actin Depolymerizing Factor Homology), présents notamment dans la cofiline, l'ADF, la twinfiline…
• les domaines de type gelsoline, présents dans la gelsoline et dans les membres de sa famille, la villine, l'advilline et CapG,
• les domaines moteurs des myosines, qui assurent la liaison à l'actine et la production de force mécanique.  

c. Certaines protéines possèdent des modules ou des sites spécialisés de liaison à l'actine qui ne correspondent pas à des domaines structuraux individualisés :

• Les sites de liaison à l'actine (ABS, Actin-Binding Sites) des fascines, répartis à la surface de la molécule,
• le module de regroupement de l'actine (ABM, Actin-Bundling Module) de l'espine, impliqué dans la formation des faisceaux parallèles de microfilaments d'actine,
• les sites GAB (G-actin-Binding Site) et FAB (F-actin-Binding Site) du domaine EVH2 des protéines Ena/VASP, qui assurent respectivement la liaison à l'actine G et à l'actine F.

2. Bien que ces domaines présentent des structures très différentes, ils interagissent avec des régions spécifiques de l'actine et assurent des fonctions complémentaires.

• De nombreuses ABP reconnaissent le sillon hydrophobe situé entre les sous-domaines 1 et 3 de l'actine, souvent par l'intermédiaire d'une hélice α amphiphile qui établit des interactions largement conservées (Actin Structure and Function 2011).
• Cependant, les interfaces de liaison sont très diverses, notamment pour les protéines reconnaissant les microfilaments d'actine, et peuvent s'étendre sur plusieurs sous-domaines ou plusieurs sous-unités du filament.

Une liste alphabétique de nombreuses protéines associées à l'actine est également disponible dans l'article Actin Binding Proteins de Wikipedia.

Diversité des ABP

Plusieurs centaines d'ABP ont été identifiées chez les eucaryotes.

• Leur expression varie selon les tissus, le type cellulaire et l'état physiologique de la cellule.
• De nombreuses ABP exercent plusieurs fonctions simultanément et appartiennent ainsi à plusieurs catégories, tout en participant à l'organisation dynamique du cytosquelette.

1. Les ABP peuvent être classées en plusieurs grandes familles fonctionnelles :

• des protéines de séquestration qui séquestrent les monomères d'actine G et régulent leur disponibilité pour la polymérisation (thymosine β4, profiline, CAP1 et CAP2 (Cyclase-associated proteins), twinfiline, DNase I…),
• des protéines de nucléation qui initient la formation de nouveaux microfilaments (formines, complexe Arp2/3, protéines à domaines WH2 multiples ou tandem-monomer-binding nucleators…),
• des protéines d’élongation qui favorisent l’ajout de monomères d’actine G à l’extrémité (+) et accompagnent la croissance du microfilament (formines, Ena/VASP, …),
• des protéines de coiffage qui se fixent aux extrémités (+) ou (-) et contrôlent les échanges de monomères (CapZ, gelsoline, twinfiline, tropomoduline…),
• des protéines de sectionnement et de dépolymérisation qui fragmentent les microfilaments et favorisent leur renouvellement (cofiline, gelsoline…),
• des protéines de stabilisation qui limitent la dépolymérisation et stabilisent certains réseaux d'actine (tropomyosines, cortactine…),
• des protéines de réticulation qui relient plusieurs microfilaments afin de former des faisceaux ou des réseaux tridimensionnels (plastines (fimbrines), fascines, villine, espine, α-actinine, filamine…),
• des protéines motrices, les myosines, qui utilisent les microfilaments d'actine comme rails moléculaires pour produire des forces et des mouvements cellulaires,
• des protéines assurant la liaison entre les microfilaments d'actine et la membrane plasmique, comme les protéines ERM (Ezrine, Radixine, Moésine), les spectrines et la dystrophine.

L'ankyrine participe également à ces complexes d'ancrage par son interaction avec les spectrines et diverses protéines membranaires, mais sans se lier directement aux microfilaments d'actine.

Remarque : certaines ABP sont dites multifonctionnelles car elles participent à plusieurs mécanismes.

Par exemple les formines, classées dans les protéines de nucléation, peuvent aussi participer au coiffage de l'extrémité barbée (+) et à l'élongation.

2. Les protéines associées à l'actine ne contrôlent pas uniquement la dynamique des microfilaments.

Elles assurent également les interactions entre le cytosquelette d'actine et de nombreuses structures cellulaires, contribuant ainsi à l'organisation et au fonctionnement de la cellule.

Elles participent notamment aux interactions avec :

• la membrane plasmique et le cortex cellulaire, participant aux adhérences cellulaires, à l'endocytose et à l'exocytose au maintien de la forme cellulaire,
• le système endomembranaire, i.e. réticulum endoplasmique (RE), l'appareil de Golgi, les endosomes et les lysosomes, pour participer au transport intracellulaire, au trafic vésiculaire et au positionnement des organites,
• le noyau, pour intervenir dans l'organisation de l'enveloppe nucléaire et de la chromatine ainsi que dans la régulation de l'expression génique,
• les autres réseaux du cytosquelette, pour coordonner l'organisation et la dynamique des microtubules et des filaments intermédiaires, grâce à diverses protéines de liaison, parmi lesquelles figurent certaines MAP (Microtubule-Associated Proteins) et IFAP (Intermediate Filament Associated Protein),
• les principaux organites cellulaires, notamment les mitochondries, les peroxysomes et les gouttelettes lipidiques (LD), pour contrôler leur positionnement, leur transport et leurs interactions avec le cytosquelette,
• les jonctions d'adhérence (cellule/cellule) et les adhérences focales (cellule/MEC), pour transmettre les forces mécaniques et participer à l'adhérence, à la migration et à la mécanotransduction.

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