Moteurs moléculaires : dynéines
Structure (2) : chaînes lourdes

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  vers leur extrémité négative (-), i.e. on parle de transport rétrograde ou centripète,
• en utilisant l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP.

La dynéine 1 cytoplasmique est un complexe protéique qui comprend plusieurs sous-unités ( structure des dynéines).

1. Les chaînes lourdes (HC ou Heavy Chain, ≈ 520kD sont formées par :

• la queue, qui occupe le tiers N-terminal.
• les domaines moteurs, i.e. les deux tiers C-terminaux.

2. Les chaînes lourdes (HC) comprennent :

• 2 isoformes (DYNC1H1 et DYNC2H1) dans les dynéines cytoplasmiques,

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  17 isoformes (DNAH1 à DNAH17) dans les dynéines axonémiques.

Queue des
chaînes lourdes

1. La queue correspond au tiers N-terminal des deux chaînes lourdes formé par des faisceaux hélicoïdaux maintenus ensemble par le domaine de dimérisation N-terminal (DD ou NDD).

La queue des chaînes lourdes comprendrait 7 faisceaux hélicoïdaux (Cryo-EM shows how dynactin recruits two dyneins for faster movement 2018).

2. Les liaisons de la queue des HC correspondent à deux régions de la que de la dynéine.

a. La chaîne intermédiaire (IC) se lie à HC 4-5 par des contacts étendus via ses répétitions WD40.

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b. La chaîne intermédiaire légère (LIC), au moins dans les complexes D₂DA, se lie via son domaine globulaire par seulement 2 hélices de HC-6.

Sa liaison étroite au HC 3-4 est le résultat de ses extrémités N (HC-5) et C-terminales (HC-7) qui s'étendent du domaine globulaire.

3. La queue des chaînes lourdes diffère considérablement selon la sous-famille de dynéine.

• Ll'IFT et les dynéines cytoplasmiques sont des dimères.
• Les dynéines axonémiques peuvent être des monomères, des dimères ou des trimères.

Domaine moteur

Le domaine moteur, qui occupe les deux tiers C-terminaux de la chaîne lourde, possède trois éléments structuraux.

Domaine ATPase

1. Le domaine ATPase, grosse tête globulaire, est formé par un anneau asymétrique héxamérique d'ATPases AAA+, numérotées de 1 à 6, entourant une cavité centrale (Insights into dynein motor domain function from a 3.3 Å crystal structure 2012).

L'activité ATPasique des AAA+ est localisée au domaine AAA+ (250 résidus environ hautement conservés) qui comprennent :

• un grand domaine,
• un petit domaine,
• un site de liaison de l'ATP situé dans une fente entre le grand et le petit domaine d'une unité.

2. Dans la dynéine, les domaines AAA forment une même chaîne polypeptidique dont certaines résidus des AAA se sont différenciés. Les AAA ont développé différentes fonctions.

AAA1 à AAA4 contiennent des sites de liaison de nucléotides fonctionnels, mais il semble que seuls AAA1, 3 et 4 sont capables d'hydrolyser l'ATP.

• L'hydrolyse de l'ATP dans AAA1 est essentielle pour la motilité de la dynéine, i.e. une mutation dans ce domaine la supprime.
• L'hydrolyse de l'ATP dans AAA3 joue un rôle dans la régulation du cycle mécanochimique de la dynéine ( rôle supposé de AA3).
• Le rôle de la liaison/hydrolyse des nucléotides à AAA2 et AAA4 est inconnu.

AAA5 et AAA6 ont perdu leurs sites de liaison nucléotidiques et jouent un rôle structurel et fonctionnel dans le mouvement du domaine de liaison (linker).

Domaine de liaison (linker)

Le domaine de liaison (linker) hélicoïdal N-terminal s'arque sur une face latérale de l'anneau et est ancré sur AA1 (et AAA5).

Il transmet le mouvement à la région de la queue N-terminale de la chaîne lourde : sa position se déplace selon différents états nucléotidiques.

Tige (stalk) et contrefort (buttress)

1. La région de la tige, structure coiled-coil (superhélice) antiparallèle de 15 nm de long, s'étend du module AAA4 et contient le domaine de liaison aux microtubules (MTBD) à son extrémité.

Remarque : dans les kinésines et les myosines, les sites de liaison du polymère et des nucléotides sont très proches (4 nm).

2. Le contrefort (buttress) ou support (strut) est une autre structure coiled-coil (superhélice) qui s'étend du module AAA5 et forme une structure en forme de Y avec la tige (Crystal Structure of the Dynein Motor Domain 2011).

• Elle interagit avec la tige sur environ un tiers à la sortie de l'anneau.
• Le domaine de liaison contrôle également la conformation du contrefort.

3. Ces deux régions forment domaine coiled-coil (superhélice) appelé " registre " (registry), constitué de CC1 et CC2 lié au MTBD (cycle mécanochimique de la dynéine).

Ces projections se lient et " marchent " alternativement le long de la surface du microtubule via un cycle répété de détachement et de rattachement, et ce sur de très longues distances sans se détacher.

Mouvements et cycle mécanochimique des dynéines