– How myosin walk

La motilité est une propriété fascinante du monde du vivant. Le mouvement dirigé des composants cellulaires est obtenu par la régulation de la dynamique du cytosquelette ou par la conversion de l'énergie chimique en énergie mécanique par des moteurs moléculaires. Les myosines sont des protéines moteur qui utilisent l'ATP de la cellule pour produire une force dirigée en interagissant avec des filaments d'actine. L'équipe de Motilité Structurale de l'Institut Curie détermine la structure atomique de ces moteurs pour mieux comprendre comment ils produisent leur force, sont régulés et recrutés dans les cellules. Les informations structurales sur les états qu'adopte la myosine durant son cycle moteur sont fondamentales pour comprendre comment l'énergie chimique est convertie en production de force dirigée. En collaborant avec une équipe d'experts, nous validons et complétons cette approche structurale avec des expériences fonctionnelles capables de tester les hypothèses émises après visualisation à l'échelle atomique des changements conformationnels de ces moteurs. Une telle intégration des études structurales et fonctionnelles nous permet d'être particulièrement compétitifs pour répondre aux questions critiques concernant la fonction, la régulation et le recrutement des myosines. - - Les myosines produisent leur force lors des réarrangements provoqués par l'actine qui conduisent au relâchement séquentiel des produits d'hydrolyse de l'ATP (Pi puis ADP). Ces réarrangements du moteur sont amplifiés par un « bras de levier », longue hélice ± composée de sites consensus (IQ motifs) de liaison de chaînes légères. Ce bras de levier est attaché au sous-domaine du moteur nommé convertisseur. Celui-ci entraîne la rotation du bras de levier parallèlement au filament d'actine, ceci correspond au « powerstroke » du moteur. Ce mouvement débute lorsque la myosine liée à l'ADP.Pi s'associe à l'actine (état pre-powerstroke avec position amorcée du convertisseur) et se termine lorsque la myosine est fortement associée à l'actine en absence de nucléotide (état rigueur). Cette théorie du « bras de levier rotatif » prédit donc que le powerstroke est proportionnel à la longueur du bras de levier. Ceci s'est avéré vrai pour les myosines II et V, mais pas pour la myosine VI. - - Les trois premiers objectifs de ce projet concernent l'étude de la myosine VI, la plus énigmatique des myosines. La myosine VI produit en effet sa force vers le bout moins des filaments d'actine, direction opposée à celle des autres myosines. De plus, ce moteur utilise des mécanismes uniques encore mal compris pour effectuer plusieurs pas le long des filaments d'actine sans s'en détacher. De façon surprenante, ces pas ont une taille similaire à ceux de la myosine V, alors que le bras de levier de la myosine VI ne contient qu'un site IQ contre six pour la myosine V. Notre équipe a récemment résolu la structure de la myosine VI dans l'état rigueur. Cette structure révèle qu'un insert spécifique contourne le convertisseur et lie une calmoduline qui interagit avec le convertisseur. Il en résulte une réorientation de ~120º du bras de levier, expliquant ainsi l'origine de la directionnalité inversée du moteur. Etant donné l'amplitude du powerstroke de cette myosine, cette étude prédit aussi que l'état pre-powerstroke de la myosine VI doit différer substantiellement de celui déjà observé pour les moteurs de bout plus. - - Notre premier objectif vise à obtenir d'autre états du cycle ATPase de la myosine VI. Ceci est critique pour comprendre comment ce moteur inversé produit sa force. Des données préliminaires sur l'état pre-powerstroke révèlent de façon inattendue qu'un changement interne de conformation du convertisseur s'effectue. Il est essentiel de confirmer ce nouveau repliement du convertisseur par des études fonctionnelles et structurales. - - Dans notre second objectif, nous utiliserons diverses approches innovatrices pour décrire la nature de l'état de la myosine qui per