Moteurs moléculaires
Liaison myosines/actine : différents moteurs

Citation

« La passion est un moteur dont personne ne mesure la puissance.  »

Pieter Aspe

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Sommaire

Les myosines diffèrent selon la vitesse de leur cycle ATPasique et la vélocité avec laquelle elles se déplacent le long du filament de myosine, mais aussi par :

  • le temps où la myosine reste attachée à l'actine (duty ratio),
  • l'efficacité avec laquelle l'actine peut déplacer l'ADP de la myosine (couplage thermodynamique et cinétique),
  • l'ampleur du mouvement de la myosine (sensibilité à la déformation).
Fibre musculaire squelettique
Fibre musculaire squelettique
(Figure : © veyopsy.fr d'après Brucehaus)

Voyons comme nous pouvons classer les moteurs en fonctions des différentes myosines (Shaking the myosin family tree: Biochemical kinetics defines four types of myosin motor 2011 et et The myosin family: unconventional roles of actin-dependent molecular motors in immune cells 2012).

Les classes de myosine peuvent contenir des moteurs de catégories différentes.

Moteurs rapides

Ces moteurs rapides sont essentiels dans la contraction musculaire squelettique (liaison actine-myosine II) qui est décrite ici de manière très simplifiée.

  • L'influx nerveux arrive dans la jonction neuromusculaire qui déclenche un potentiel d'action dans le sarcolemme (membrane plasmique) : ce message, transmis par les tubules transverses, ouvre les canaux calciques voltage-dépendants du réticulum endoplasmique qui libère donc des ions Ca++.
  • La troponine lie le calcium ce qui provoque un déplacement de la tropomyosine sur le filament mince d'actine, et expose son site de liaison à la tête de la myosine (cf fonction de la tropomyosine lors de la contraction musculaire).
Tropomyosine et actine
Tropomyosine (jaune et rouge) et actine
(Figure : © veyopsy.fr)

Ce type de régulation est dite régulation du filament mince ( cross-bridge dans la contraction musculaire).

Moteurs lents

Les moteurs lents fonctionnent de deux manières.

Cette autre forme de liaison est mise en oeuvre dans plusieurs structures :

  • les muscles lisses,
  • la migration cellulaire,
  • l'adhésion cellulaire
  • les faisceaux contractiles des ceintures adhérentes,
  • les fibres de stress,
  • Myosine II non-musculaire phosphorylation de la RLC
    Myosine II non-musculaire et phosphorylation de la RLC
    (Figure : © veyopsy.fr d'après Vicente-Manzanares)
    les anneaux contractiles (cytocinèse)…

Dans ces moteurs lents, la contraction est dépendante de la phosphorylation de la chaîne légère régulatrice de la myosine RLC (regulatory light chain) : lorsque la RLC n'est pas phosphorylée, la myosine est repliée et son activité ATPasique est nulle (Non-muscle myosin II takes centre stage in cell adhesion and migration 2010).

Une tête bloque l'autre par une interaction asymétrique. La queue se replie et interagit aussi avec les deux têtes pour compacter davantage la molécule et inhiber l'assemblage de filaments (Structures of Smooth Muscle Myosin and Heavy Meromyosin in the Folded, Shutdown State 2007).

Dans les muscles lisses, les ions Ca++ libérés (qui doivent diffuser sur de longues distances car il n'y a pas de tubules transverses) se lient à la calmoduline.

  • Le changement conformationnel de la calmoduline facilitera sa liaison avec la myosine LC kinase (MLCK ou aussi appelée MYLK).
  • L'activation de cet enzyme entraîne la phosphorylation de la RCL sur la Thr18 et la ser19, ce qui a pour but de déplier la myosine pour former des filaments polaires et une possible contraction.
  • Inversement, la myosine LC phosphatase (MLCP) éjecte les ions phosphate pour replier la myosine.

Ce type de régulation, diffusion lente du calcium et intervention de phosphorylation (une douzaine de facteurs comme MLCK, ROCK…), explique la lenteur du moteur et est dite régulation du filament épais.

Structure de quelques myosines
Structure de quelques myosines
(Figure : © vetopsy.fr d'après Krendel)

Contrairement aux muscles squelettiques, la libération d'ions Ca++ est régulée par de nombreux signaux externes.

La noradrénaline, l'angiotensine, l'histamine… provoquent des changements de forme ou d'adhérence des cellules non-musculaires.

Plusieurs sites de phosphorylation sont présents près du domaine C-terminal des chaînes lourdes et jouent un rôle dans la dissociation des microfilaments d'actine ou dans la prévention de leur polymérisation chez la levure : leurs rôles doivent être précisés chez les mammifères.

Moteurs processifs

Les moteurs processifs, comme les myosines V, ne se détachent jamais de l'actine lors de son déplacement (elles se lient également aux microtubules).

En biologie moléculaire et en biochimie, la processivité est la capacité d'une enzyme à catalyser des réactions successives sur une même molécule, sans la relâcher.

Les myosines V comportent deux chaînes lourdes, un long cou constitué de 12 chaînes légères et une queue dimérisée pour transporter différents cargos.

Le temps de travail de 70% de ces myosines est lié à la libération très lente de l'ADP, ce qui implique que l'une des deux têtes de myosine est en permanence lié à l'actine.

  • Animation du déplacement de la myosine V
    (animation avec l'aimable autorisation de physioweb.uvm.edu)
    Il semblerait que l'une des têtes étant attachée à l'actine, la deuxième se déplace de 72 nm, donc 36 nm devant l'autre, et ainsi de suite (modèle main à main comme montré sur l'animation ci-contre). Dans l'autre modèle (dit de la chenille), chaque tête se déplace de 36 nm pour rejoindre l'autre.
  • Ce grand pas de la myosine V correspond à la structure hélicoïdale du microfilament d'actine F (13 monomères se répètent tous les 6 tours le long). La myosine V reste donc toujours attachée du même côté du filament. Cette propriété est essentielle pour le transport des organites, processus dans lequel lâcher la cargaison serait dommageable.

Leur rôle est important chez les levures bourgeonnantes ou les algues… où elles servent à la répartition des organites dans les cellules : la myosine V est aussi appelé myosine XI chez les plantes.

Capteurs de déformation

Les capteurs de déformations (strain sensor), comme les myosines I, ne fonctionnent pas comme des moteurs, mais décèlent les tensions et les déformations liées à une membrane (Leveraging the membrane-cytoskeleton interface with myosin-1 2010 ).

Myosine I
Myosine I
(Figure : © vetopsy.fr)

LLes myosines I ont la particularité de se lier à l'actine comme les autres myosines par leur domaine moteur, mais aussi aux membranes.

La structure de la myosine est composée :

  • d'une seule tête,
  • d'un cou à 3 domaines IQ,
  • d'une queue courte, chez la plupart (Myo1A, 1B, 1C, 1D, 1G, et 1H) qui possède un domaine PH - Pleckstrin Homology - qui se lie à ses motifs lipidiques (TH1 : Tail Homology domain 1), plus longue chez d'autres ((Myo1E et 1F) par l'ajout d'un TH2, riche en proline (PRD), et d'un domaine SH3.

De nombreuses myosines I ont la particularité de maintenir la tension pendant de longues périodes sans l'hydrolyse de l'ATP.

Elles ont une affinité faible pour l'actine (duty ratio médiocre), et donc restent peu de temps attachées à l'actine et ne peuvent provoquer des contractions ou le transport de cargos sur de longues distances.

De ce fait, les myosines I régulent les interactions membrane-cytosquelette de manière dynamique pour pouvoir réagir aux variations des forces au cours de nombreux processus comme le maintien de la forme (tension) des membranes, l'endocytose, l'exocytose, les microvillosités, la mise en tension les canaux calciques comme dans les stéréocils de l'oreille interne, l'organisation des organites, …

Biologie cellulaire et moléculaireConstituants de la celluleMatrice extracellulaire
Reproduction cellulaireBiochimieTransport membranaire
Moteurs moléculairesMyosinesMyosine II (structure)Myosine II (liaison actine)
Moteurs basés sur les myosines

Bibliographie
  • Marieb E. N. - Anatomie et physiologie humaines - De Boeck Université, Saint-Laurent, 1054 p., 1993
  • Maillet M. - Biologie cellulaire - Abrégés de Masson, 512 p, 2002
  • Lodish et coll - Biologie moléculaire de la cellule - De Boeck Supérieur, Saint-Laurent, 1207 p., 2014