Protéines associées à l'actine : Actin Binding Proteins (ABP)

revue dos Remedios et al., 2003)

Un grand nombre d'ABP ont été identifiées (au moins 160) et la liste s'agrandit encore de jours en jours. Actuellement, ces protéines se déclinent en 6 grands groupes dont les fonctions sont les suivantes : 1) séquestration de monomères d'actines, 2) dépolymérisation, 3) coiffe et nucléation, 4) coupure, 5) inter-connection, 6) stabilisation des filaments d'actine. Les fonctions assurées par les ABP semblent être redondantes en raison de leur diversité limitée par rapport au nombre d'ABP identifiées. En plus de leur capacité à influencer la dynamique d'assemblage des filaments d'actine, un grand nombre d'ABP possède des fonctions spécifiques telles que la liaison de l'actine à la matrice extracellulaire (vinculine), l'ancrage à la membrane (annexine) ou l'utilisation de l'actine comme support mécanique pour induire un mouvement (protéines motrices comme la myosine). Un exemple est celui des ABP dont la fonction prépondérante est liée à la rétraction des fibres d'acto-myosine lors de la contraction musculaire ou dans la mise en place de l'anneau contractile nécessaire à la cytocinèse.

Fig. 9 : Modulations de la motilité des IF impliquant une association étroite avec les microfilaments et les microtubules.

a) La myosine (voir pour revue Pollard et Earnshaw, 2004; De la

Cruz et Ostap, 2004)

(1) Présentation générale

La famille des myosines regroupe au moins 18 membres possédant des propriétés biochimiques diverses et des fonctions cellulaires spécifiques. Les 18 isoformes de myosines sont conservées au cours de l'évolution en raison de leur présence dans une grande variété d'organismes eucaryotes uni- et pluricellulaires, exception faite des formes VIII, XI et XIII spécifiques des végétaux, XIV spécifique de Toxoplasma et Plasmodium et XII spécifique de

C. elegans. Ces protéines sont formées de deux domaines essentiels : 1) la tête de myosine,

interagissant avec l'actine et l'ATP, est la partie la mieux conservée 2) la queue, extrêmement variable, ancre la myosine à diverses structures cellulaires comme la membrane. Les têtes de myosine sont constituées d'au moins deux polypeptides : une chaîne lourde de 850 résidus dans lequel se trouve le domaine catalytique de liaison à l'actine et à l'ATP (710 premiers acides aminés) et une ou plusieurs chaînes légères de moins de 200 résidus qui stabilisent et s'enroulent autour de l'hélice α de la chaîne lourde. Les myosines sont des protéines motrices utilisant les filaments d'actine comme support afin de produire un mouvement de traction. Ce mécanisme joue un rôle primordial dans des cellules à activité contractile comme le myocyte.

(2) Contractilité des fibres d'acto-myosine

La myosine utilise de manière cyclique l'énergie issue de l'hydrolyse de l'ATP pour se déplacer sur les filaments d'actines. Dans un premier temps, lors de l'interaction avec l'ATP, la myosine se détache de l'actine. L'ATP est ensuite hydrolysé en ADP + Pi entraînant un changement conformationnel de la myosine en position "armée", prête à produire un mouvement. La myosine se fixe ensuite à l'actine, avec une faible affinité dans un premier temps. Cette affinité augmente lors de la libération du Pi, entraînant un nouveau changement conformationnel et déplaçant ainsi la molécule de myosine. L'ADP est ensuite libéré terminant le cycle (Fig. 12).

b) La tropomyosine (voir pour revue Gunning et al., 2005)

(1) Présentation générale

Les gènes de tropomyosine ont été caractérisés dans un grand nombre d'organismes eucaryotes. Une grande variété d'isoformes de tropomyosines est créée à partir de plusieurs gènes (quatre chez l'homme et le rat nommés α, β, γ, et δ) grâce à une alternance de l'usage 21

Fig. 10 : Les microfilaments d'actine.

Mise en évidence du réseau d'actine dans un chondrocyte à l'aide d'un marquage à la phalloïdine (A). Représentations schématiques d'un filament d'actine (B) et de sa dynamique lors de l'hydrolyse d'ATP (C).

D'après http://www.bms.ed.ac.uk/services/impact/pages/Image3.htm ;

http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/actin.html ; Pollard et Earnshaw, 2004.

Fig. 11 : L’actine est un carrefour cellulaire incontournable.

Elle participe à de nombreux processus biologiques vitaux tels que la motilité cellulaire, la contraction musculaire et la mise en place du cytosquelette.

des promoteurs et des introns. Un même gène, comme α, peut aller jusqu'à coder pour 10 isoformes différentes. Deux grandes classes de tropomyosines, longues (284 acides aminés) et courtes (245 à 251 acides aminés), ont été caractérisées dans une grande variété de tissus. Chaque isoforme joue un rôle spécifique et essentiel dans l'organisation et la fonction des filaments d'actine : par exemple, l'isoforme Tm5NM1 peut stabiliser les filaments d'actine et favoriser l'accrochage de la myosine alors que la forme TmBr3 favorise plutôt le désassemblage et la formation de filaments d'actine de petite taille. La possibilité d'assemblage de ces isoformes en homo- ou hétérodimères est responsable d'un degré supplémentaire de diversité des molécules de tropomyosine. Ces molécules sont assemblées en "tête à queue" avec une conformation en "coiled-coil" pour former des chaînes polypeptidiques enroulées dans les sillons de l'hélice d'actine F, de sorte que chaque molécule de tropomyosine soit en contact soit avec sept (pour les isoformes longues), soit avec six (pour les isoformes courtes) monomères consécutifs d'actine bloquant ainsi le site d'interaction avec la myosine et donc la contraction des fibres d'acto-myosine. Dans des cellules non musculaires de vertébrés le rôle de la tropomyosine se restreint à favoriser la stabilité des filaments d'actine en ralentissant leur dépolymérisation. Cependant, le rôle principal de la tropomyosine est lié à la contraction des fibres d'acto-myosine.

(2) Liaison à la troponine et rôle dans la contraction des fibres d'acto-myosine

La tropomyosine constitue, avec la troponine, un complexe de régulation Ca²⁺-dépendant localisé sur les filaments d'actine de muscle strié et régulant la contraction musculaire. La troponine est constituée des trois sous-unités : TnC qui fixe le Ca²⁺ et fait partie d'une famille de protéines contenant des domaines EF-hand, dans laquelle on retrouve la calmoduline ; TnI qui se fixe sur l'actine ; TnT qui se fixe sur la tropomyosine, à sa jonction entre sa tête et sa queue. L'interaction de TnC avec le Ca²⁺, libéré in vivo par le reticulum sarcoplasmique après stimulation du muscle, induit des changements conformationnels de cette sous-unité et un déplacement du complexe troponine/tropomyosine exposant ainsi le site d'interaction de la myosine avec l'actine et induisant donc la contraction musculaire (Fig. 13).