Moteurs moléculaires
Structure de la myosine II
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La myosine II se retrouve :
- dans les cellules musculaires (striées ou lisses), et jouent alors un rôle essentiel dans la contraction des muscles (squelettiques, cardiaque et lisses),
- dans les cellules non-musculaires, i.e. NM (Nonmuscle Myosin) pour contribuer à la motilité celulaire, la migration, l'adhésion, la division cellulaire… (Distinct roles of nonmuscle myosin II isoforms for establishing tension and elasticity during cell morphodynamics 2021).
Cette classe comprend un grand nombre de membres (15 gènes pour ne coder que la chaîne lourde chez les mammifères) pour que leur contraction soit individualisée selon leurs rôles (Myosin II Isoform Co-assembly and Differential Regulation in Mammalian Systems 2015).
Structure de la myosine II
C'est au niveau de la tête de myosine (tête S1) que se situe l'activité ATPasique et le site de liaison à l'actine qui augmente fortement cette activité.
Domaine moteur de la tête
Structure générale
Le domaine moteur est inséré dans la partie globulaire (d'environ 780 acides aminés) de la tête de la myosine, région N-terminale de la chaîne lourde, qui contient aussi le site de liaison à l'actine.
Ce moteur contient des hélices-α disposées autour d'un coeur, domaine constitué d'un feuillet β (β sheet) à 7 brins, appelé transducteur.
Si ce moteur est bien conservé par l'évolution, sa régulation par des liaisons ioniques ou des modifications post-traductionnelles est très largement différenciée suivant les différentes isoformes (Principles of Unconventional Myosin Function and Targeting 2011).
Sous-domaines du domaine moteur
Le domaine moteur peut être subdivisé en 4 sous-domaines.
1. Le sous-domaine N-terminal.
2 et 3. Les sous-domaines de 50 kDa, haut (U50 : U pour " Upper ") et bas (L50 : L pour " Lower ") peuvent être considérés comme les pinces d'une tenaille : le déplacement de U50 provoque la fermeture de la tenaille pour " enserrer " l'actine.
Une large fissure (poche nucléotidique) entre U50 et L50 contient 3 structures de liaison nucléotidique :
- une P-loop (Phosphate binding loop : séquence riche en glycine suivie d’une lysine conservée puis d’une sérine ou une thréonine, présente dans la majorité des ATPases et des GTPases) qui se lie à l'ATP,
- deux commutateurs (Switch 1 et 2 : SW1 et SW2) qui entourent la P-loop et qui, suivant la présence ou l'absence du nucléotide, changent de conformation (rotation de 5° pour SW2) comme dans les protéines G pour s'ouvrir ou se fermer (Catalytic mechanism of ATP hydrolysis in the myosin molecular motor 2006).
4. le convertisseur est une forme de douille dans laquelle vient se fixer le bras de levier du cou.
- Ce convertisseur peut subir une rotation de 60°.
- Sa connexion asymétrique avec L50 (par l'hélice SH1 et l'hélice relais) amplifie les faibles modifications de changement conformationnel du domaine moteur lors de la liaison au nucléotide ou à l'actine (The Principal Motions Involved in the Coupling Mechanism of the Recovery Stroke of the Myosin Motor 2007).
On retrouve quelquefois un domaine SH3 qui n'existe pas dans certaines myosines (myosine I) et qui n'est pas impliqué dans l'activité motrice.
Cou de la myosine II
Le cou est composé de deux domaines (ou motifs) IQ (calmodulin-binding motif), motifs de 25 acides aminés ([I,L,V]QxxxRGxxx[R,K]), formant une hélice-α amphiphylique.
1. Les domaines IQ se lient à la calmoduline et aux chaînes légères calmoduline-like.
- La chaîne légère essentielle (ELC la plus proche du domaine moteur) de la myosine II du muscle lisse liée au premier motif IQ est en contact avec une boucle du domaine moteur qui module la libération d'ADP.
- : chaîne légère essentielle (ELC la plus proche du domaine moteur) et la chaîne légère régulatrice.
- La la chaîne légère régulatrice (RLC), lié au second motif IQ, est régulée par phosphorylation d'un site de de son extrémité N-terminale.
2. Le cou, formés par les motifs IQ et les chaînes légères, agit comme un bras de levier qui amplifie le mouvement généré par le domaine de moteur (Fifty Ways to Love Your Lever: Myosin Motors 1996).
- Le nombre de motifs IQ détermine la longueur du bras de levier et par conséquent la taille de pas du moteur de myosine.
- Cependant, les motifs IQ et les chaînes légères associées ne sont pas simplement des dispositifs mécaniques passifs, mais influencent également les propriétés chimio-mécaniques.
Queue de la myosine II
La queue (environ 1100 acides aminés) est formée par un domaine coiled-coil (superhélice)formée par les deux hélices-α parallèles qui maintient l'axe de la molécule (Skip Residues and Charge Interactions in Myosin II Coiled-coils: Implications for Molecular Packing 2005).
- Cette superhélice est chargée négativement sur une grande partie de sa structure. Toutefois, elle est formée de séquence de 28 acides aminés alternativement chargés négativement et positivement qui maintiennent un alignement parfait entre les molécules de myosine.
- Son extrémité C-terminale de 196 acides aminés ets elle chargée positivement (MHC-IIB Filament Assembly and Cellular Localization Are Governed by the Rod Net Charge 2008),
La courte extrémité C-terminale non-hélicoïdale de 47 acides aminés a un rôle est essentiel pour la bonne taille des filaments et pour éviter les inconvénients inhérents à une queue spiralée.
En outre, ce fragment terminal détermine la structure spécifique du filament pour les isoformes non-musculaires de la myosine II et lui donne ses fonctions cellulaires uniques (Myosin II Tailpiece Determines Its Paracrystal Structure, Filament Assembly Properties, and Cellular Localization 2009).
Liaison des myosines II entre elles
Les myosines II se lient et forment :
- les filaments épais dans les cellules musculaires striées en relation avec les filaments fins pour former les myofibrilles et provoquer, par leur interaction, la contraction (mécanisme de la liaison mysoine II-actine),
- les faisceaux antiparallèles dans les cellules non-musculaires.