Moteurs moléculaires : dynéines
Adaptateurs

Sommaire

Les dynéines, qui font partie des moteurs moléculaires linéaires, doivent se lier à d'autres molécules pour pouvoir déplacer les cargos le long des microtubules.

Ces complexes DDA ou D₂DA, i.e. Dynéine, Dynactine, Adaptateur, comprennent :

une ou deux dynéines,
une dynactine,
un adaptateur.

Complexe dynéine/dynactine/adaptateur cargo
(Figure : vetopsy.fr d'après Xian et Qiu)

Vue d'ensemble des adaptateurs

1. Une bonne douzaine d'adaptateurs, tous dimériques, sont recensés à l'heure actuelle ( tableau).

Vous pouvez lire : The Cytoplasmic Dynein Transport Machinery and its Many Cargoes (2019) , article dans lequel de nombreux adaptateurs sont détaillés, et Cargo-Mediated Activation of Cytoplasmic Dynein in vivo (2020) et The human cytoplasmic dynein interactome reveals novel activators of motility (2017).

Cargos de la dynéine et leurs adaptateurs
(Figure : vetopsy.fr d'après Reck-Peterson et coll)

2. Les plus connus sont (Activation of cytoplasmic dynein motility by dynactin-cargo adapter complexes 2014 et Dynein activators and adaptors at a glance 2019) :

Bicaudal-D (BicD2, BicDL1 et BicDL2) sur l'appareil de Golgi,
Hook (1 à 3) sur les endosomes précoces et les peroxysomes (Hook Adaptors Induce Unidirectional Processive Motility by Enhancing the Dynein-Dynactin Interaction 2016).
Rab11-FIP3 sur les endosomes de recyclage Rab11 (Rab11-FIP3 links the Rab11 GTPase and cytoplasmic dynein to mediate transport to the endosomal- recycling compartment 2010),
Spindly (hSpindly) sur les kinétochores,
NIN (NINéine) et NINL ou NINéine-Like (The human cytoplasmic dynein interactome reveals novel activators of motility 2017),
CRACR2A (CRACR2a is a calcium-activated dynein adaptor protein that regulates endocytic traffic 2019),
…

Structure des adaptateurs

1. Les adaptateurs, constitués des séquences différentes, présentent des caractéristiques communes.

un long domaine coiled-coil (superhélice), qui repose sur le filament de dynactine,
un site de liaison pour l'extrémité C-terminale des chaînes légères intermédiaires (LIC) de la dynéine.
un site de liaison pour les protéines qui relient les adaptateurs aux cargos, i.e. petites GTPases Rab comme Rab6, Rab11, complexe RZZ, FTS…

2. On peut prendre comme exemple Bicaudal-D (BicD), une protéine de 820 résidus, i.e. petite molécule comparée à la dynactine ou à la dynéine, protéine enroulée associée au transport de vésicules, d'ARNm et de noyaux.

Elle a d'abord été découverte chez la Drosophile (Bicaudal D induces selective dynein-mediated microtubule minus end-directed transport 2003).
Puis, on a mis en évidence que BicD lie la dynéine et la dynactine ensemble (BICD2, dynactin, and LIS1 cooperate in regulating dynein recruitment to cellular structures 2012).
BicD fait partie d'une grande famille (Bicaudal D Family of Motor Adaptors: Linking Dynein Motility to Cargo Binding 2016 et Structural studies of the cytoplasmic dyneins and the BicD2 cargo adaptor 2022).

Les structures des autres adaptateurs sont mentionnées plus bas.

La structure de BicD comprend :

un domaines coiled-coil (superhélice) N-terminal (CC1), qui s'attache à l'interface dynéine/dynactine,
un domaine coiled-coil N médian (CC2), qui s'attache à la kinésine,
un domaine coiled-coil C-terminal (CC3), qui se lie au récepteur du cargo (Rab6, RanBP2).

Le domaine CC1 pourrait entrer en interaction avec CC3 pour inhiber la liaison au cargo (Bicaudal-D uses a parallel, homodimeric coiled coil with heterotypic registry to coordinate recruitment of cargos to dynein 2013).

3. Certains, comme BICDR1, sont présents en double dans le complexe (Structure of dynein-dynactin on microtubules shows tandem recruitment of cargo adaptors 2021).

Complexes D2DA — Complexes D₂DA
(Figure : vetopsy.fr d'après Chaaban et Carter)

Liaisons du complexe dynéine/dynactine avec les adaptateurs

Interactions par le domaine coiled-coil (superhélice)

Vue d'ensemble

Le long domaine coiled-coil (superhélice) des effecteurs s'intercale à l'interface entre la dynéine et la dynactine.

1. Le domaine coiled-coil (superhélice) d'environ 270 résidus de BicD se positionne dans une rainure du filament de la dynactine en contact avec la dynéine : la dynéine, la dynactine et BicD forme un complexe appelé DDB (Bicaudal-D uses a parallel, homodimeric coiled coil with heterotypic registry to coordinate recruitment of cargos to dynein 2013).

Son extrémité N-terminale est situé à proximité de l'extrémité barbée (+) de la dynactine comme le domaine moteur de la dynéine.
Son extrémité C-terminale émerge de l'extrémité pointue (-) de la dynactine, impliquée dans la liaison du cargo par le biais de la petite GTPase Rab6 (Bicaudal-D uses a parallel, homodimeric coiled coil with heterotypic registry to coordinate recruitment of cargos to dynein 2013).

2. En outre, le domaine coiled-coil (superhélice) semble jouer un rôle sur le nombre de molécules de dynéine qui sont recrutées sur l'échafaudage de la dynactine, i.e. formation de complexes DDA ou D₂DA.

BICD2 recrute en général un dimère de dynéine.
Hook3 et BICDL1 peuvent recruter deux dimères de dynéine le long du filament de dynactine (Cryo-EM shows how dynactin recruits two dyneins for faster movement 2018 et Cryo-electron tomography reveals that dynactin recruits a team of dyneins for processive motility 2018).

Cela pourrait expliquer l'augmentation de la capacité de la dynéine à se déplacer sur de longues distances.

Recrutement de la dynéine
(Figure : vetopsy.fr d'après Reck-Peterson et coll)

3. Certains adaptateurs, comme BICDR1, sont présents en double dans les complexes D₂DA, i.e. contenant deux dimères de dynéines, ce qui permet de préciser les interactions entre les dynéines (complexes D₂DA).

Interactions à l'extrémité pointue de la dynactine

Les interactions des adaptateurs à l'extrémité pointue de la dynactine, qui semblent moduler l'affinité entre la dynéine et la dynactine, diffèrent selon les adaptateurs à l'extrémité pointue, i.e. ils possèdent des motifs différents d'activation.

Une étude récente a un peu précisé ces interactions : Cryo‐EM reveals the complex architecture of dynactin's shoulder region and pointed end (2021).

Les adaptateurs de la dynéine BICDR1, BICD2 et Hook3 utilisent des sites qui se chevauchent, mais diffèrent le long du filament de dynactine.

1. La majorité des interactions à l'extrémité pointue (-) se regroupent autour de quatre sites.

Le site 1 implique la boucle désordonnée suivant la longue hélice dans p62.

Il est partagé par les trois adaptateurs, la boucle semblant adopter différentes conformations pour lier chaque adaptateur.
Sites de liaison des adaptateurs à l'extrémité pointue (-)
(Figure : vetopsy.fr d'après Lee et coll)

Les autres sites sont contactés par différents sous-ensembles d'adaptateurs.

Le site 2 est dans la région de la selle de p62 près de p25.

Le site 3 se trouve dans une boucle qui s'étend à partir de p25.

Le site 4 se trouve sur la face d'extrémité du pli β-hélicoïdal de p25.

2. Les domaines CC1A/B du bras de p150, i.e. son extrémité N terminale, interagissent avec un ensemble distinct de résidus, qui chevauchent les sites utilisés par les adaptateurs, i.e. lorsque le bras de p150 est lié à l'extrémité pointue, les trois adaptateurs (BICD2, BICDR1 et Hook3) sont stériquement empêchés de se lier à la dynactine.

CC1A interagit avec le site 3 et le site 4.
CC1B couvre le site 2.

Interactions avec la chaîne légère intermédiaire (LIC) de la dynéine

1. Les adaptateurs interagissent avec une hélice amphipathique conservée (H1) dans le domaine C-terminal non structuré et mal conservé des chaînes légères intermédiaires (LIC), i.e. résidus LIC 433–458 de la LIC de la dynéine humaine (A conserved interaction of the dynein light intermediate chain with dynein-dynactin effectors necessary for processivity 2018).

H1 interagit avec des effecteurs structurellement et fonctionnellement indépendants, et lors de liaison à l'adaptateur, cette hélice subit un changement conformationnel qui crée une fente hydrophobe et sert de liaison pour plusieurs motisfs (A tunable LIC1-adaptor interaction modulates dynein activity in a cargo-specific manner 2020).

Boîte CC1 des adaptateurs et H1 de la LIC de la dynéine
(Figure : vetopsy.fr d'après Lee et coll)

a. La boîte CC1 constitue un module de reconnaissance directe de H1, dans lequel le motif AAxxG s’insère dans la fente hydrophobe induite de la LIC, assurant un recrutement stable de la dynéine par des adaptateurs comme BICD2, BICDL1 et Spindly. (Molecular mechanism of dynein recruitment to kinetochores by the Rod–Zw10–Zwilch complex and Spindly 2017).

Domaine Hook des adaptateurs et H1 de la LIC de la dynéine
(Figure : vetopsy.fr d'après Lee et coll)

b. Le domaine Hook forme une interface structurale distincte capable de se lier à la fente hydrophobe de H1, permettant l’ancrage de la dynéine par HOOK1 et HOOK3 et favorisant l’assemblage du complexe dynéine–dynactine activé (Assembly and activation of dynein–dynactin by the cargo adaptor protein Hook3 2016),

Mains EF des adaptateurs et H1 de la LIC de la dynéine
(Figure : vetopsy.fr d'après Lee et coll)

2. La ninéine contient plusieurs mains EF (EF hand) structurés, qui participent à la liaison à la chaïne légère intermédiaire (LIC1) de la dynéine.

a. Ces EF-hands, bien que structurés, ne lient pas le Ca²⁺de manière canonique et agissent principalement comme des modules d’interaction protéine–protéine, contribuant au recrutement de la dynéine–dynactine aux sites péricentrosomaux et aux extrémités (-) des microtubules (A tunable LIC1-adaptor interaction modulates dynein activity in a cargo-specific manner 2020).

b. À titre de comparaison, RAB11/FIP3 contient une paire de mains EF fonctionnelles dans sa région N-terminale (résidus 2-435), mais elles assurent une régulation conformationnelle Ca²⁺-dépendante de l’adaptateur et modulent son couplage avec le complexe dynéine–dynactine, sans constituer un motif canonique universel de reconnaissance de l’hélice H1 de la LIC (Rab11-FIP3 links the Rab11 GTPase and cytoplasmic dynein to mediate transport to the endosomal- recycling compartment 2010),

Autres adaptateurs de la dynéine
(Figure : vetopsy.fr d'après Lee et coll)

Remarque : les membres de la famille RILP (Rab7-interacting lysosomal protein) et JIP (JNK-interacting proteins) partagent certaines caractéristiques avec les adaptateurs dynéine-dynactine, notamment la capacité à se lier à LIC, mais il est peu probable qu'ils activent la motilité processive.

Interactions avec l'extrémité
pointue (-) de la dynactine

1. Les adaptateurs possèdent un motif Spindly qui interagit avec les sous-unités p25/p27 de l'extrémité pointue (-) de la dynactine (Molecular mechanism of dynein recruitment to kinetochores by the Rod–Zw10–Zwilch complex and Spindly 2017).

Cette interaction au motif Spindly est celle qui diffère le plus selon les adaptateurs car elle est directement ou indirectement responsable du recrutement de cargos spécifiques.

Remarque : Spindly a un rôle majeur dans les interactions entre microtubules et kinétchore dans la corona fibreuse.

2. Une boîte CC2 avec le motif Qxx[HY], proche de la boîte CC1, a été récemment trouvée dans plusieurs adaptateurs dont Spindly, BICDR, BICD et TRAK (Dynamic Kinetochore Size Regulation Promotes Microtubule Capture and Chromosome Biorientation in Mitosis 2018).

Le recrutement de la sous-unité p150 de la dynactine aux kinétochores a été compromis dans les cellules exprimant GFP-Spindly muté dans l'un des trois motifs [A24V (SpindlyΔCC1), Y60A (SpindlyΔCC2), F258A (SpindlyΔSB)]et a été presque aboli lorsque les trois motifs ont été mutés (SpindlyΔCCS).

La boîte CC2 serait importante pour le recrutement d'un deuxième adaptateur sur les complexes D₂DA (Structure of dynein-dynactin on microtubules shows tandem recruitment of cargo adaptors 2021).