Dynéine - Dynein

Dynéine cytoplasmique sur microtubule

La dynéine est une famille de protéines motrices du cytosquelette qui se déplacent le long des microtubules dans les cellules . Ils convertissent l'énergie chimique stockée dans l' ATP en travail mécanique . La dynéine transporte diverses cargaisons cellulaires , fournit des forces et des déplacements importants dans la mitose et entraîne le battement des cils et flagelles eucaryotes . Toutes ces fonctions reposent sur la capacité de la dynéine à se déplacer vers l'extrémité négative des microtubules, connue sous le nom de transport rétrograde , elles sont donc appelées "moteurs dirigés par l'extrémité négative". En revanche, la plupart des protéines motrices de la kinésine se déplacent vers l'extrémité plus des microtubules.

Classification

Chaîne lourde de dynéine, région N-terminale 1
Identifiants
symbole DHC_N1
Pfam PF08385
InterPro IPR013594
Chaîne lourde de dynéine, région N-terminale 2
Identifiants
symbole DHC_N2
Pfam PF08393
InterPro IPR013602
Chaîne lourde en dynéine et région D6 du moteur en dynéine
Identifiants
symbole Dynein_heavy
Pfam PF03028
InterPro IPR004273
Chaîne intermédiaire légère de dynéine (DLIC)
Identifiants
symbole DLIC
Pfam PF05783
Clan Pfam CL0023
Dynéine chaîne légère de type 1
PDB 1cmi EBI.jpg
structure du dimère pin/lc8 humain avec un peptide lié
Identifiants
symbole Dynein_light
Pfam PF01221
InterPro IPR001372
PROSITE PDOC00953
SCOP2 1bkq / SCOPe / SUPFAM
Barrage routier
Protéine Roadblock RCSB PDB 1y4o screenshot.png
Structure de la protéine Roadblock/LC7 - RCSB PDB 1y4o
Identifiants
symbole Robl1, Robl2
Pfam PF03259
InterPro IPR016561
SCOP2 1y4o / SCOPe / SUPFAM

Les dynéines peuvent être divisées en deux groupes : les dynéines cytoplasmiques et les dynéines axonémiques, également appelées dynéines ciliaires ou flagellaires.

Fonction

La dynéine axonémale provoque le glissement des microtubules dans les axonèmes des cils et des flagelles et se trouve uniquement dans les cellules qui ont ces structures.

La dynéine cytoplasmique, présente dans toutes les cellules animales et éventuellement dans les cellules végétales, remplit des fonctions nécessaires à la survie des cellules telles que le transport des organites et l' assemblage des centrosomes . La dynéine cytoplasmique se déplace de manière processive le long du microtubule ; c'est-à-dire que l'une ou l'autre de ses tiges est toujours attachée au microtubule de sorte que la dynéine peut "marcher" une distance considérable le long d'un microtubule sans se détacher.

La dynéine cytoplasmique aide à positionner le complexe de Golgi et d'autres organites dans la cellule. Il aide également à transporter les cargaisons nécessaires au fonctionnement des cellules telles que les vésicules fabriquées par le réticulum endoplasmique , les endosomes et les lysosomes (Karp, 2005). La dynéine est impliquée dans le mouvement des chromosomes et dans le positionnement des fuseaux mitotiques pour la division cellulaire. La dynéine transporte des organites, des vésicules et éventuellement des fragments de microtubules le long des axones des neurones vers le corps cellulaire dans un processus appelé transport axoplasmique rétrograde .

Positionnement du fuseau mitotique

La dynéine cytoplasmique positionne le fuseau au site de la cytokinèse en s'ancrant au cortex cellulaire et en tirant sur les microtubules astraux émanant du centrosome . Alors qu'il était étudiant postdoctoral au MIT, Tomomi Kiyomitsu a découvert comment la dynéine joue un rôle en tant que protéine motrice dans l'alignement des chromosomes au milieu de la cellule pendant la métaphase de la mitose. La dynéine attire les microtubules et les chromosomes à une extrémité de la cellule. Lorsque l'extrémité des microtubules se rapproche de la membrane cellulaire, ils libèrent un signal chimique qui projette la dynéine de l'autre côté de la cellule. Il le fait à plusieurs reprises pour que les chromosomes se retrouvent au centre de la cellule, ce qui est nécessaire à la mitose. La levure en herbe a été un organisme modèle puissant pour étudier ce processus et a montré que la dynéine est ciblée sur les extrémités plus des microtubules astraux et délivrée au cortex cellulaire via un mécanisme de décharge.

Réplication virale

La dynéine et la kinésine peuvent toutes deux être exploitées par des virus pour médier le processus de réplication virale. De nombreux virus utilisent le système de transport des microtubules pour transporter les noyaux d'acide nucléique/protéine vers les sites de réplication intracellulaire après l'invasion au-delà de la membrane cellulaire. On ne sait pas grand-chose sur les sites de liaison spécifiques au moteur du virus, mais on sait que certains virus contiennent des séquences riches en proline (qui divergent entre les virus) qui, lorsqu'elles sont supprimées, réduisent la liaison de la dynactine , le transport axonal (en culture) et la neuroinvasion dans vive. Cela suggère que les séquences riches en proline peuvent être un site de liaison majeur qui coopte la dynéine.

Structure

Chaque molécule du moteur de la dynéine est un assemblage protéique complexe composé de nombreuses sous-unités polypeptidiques plus petites . Les dynéines cytoplasmiques et axonémiques contiennent certains des mêmes composants, mais elles contiennent également des sous-unités uniques.

Domaines de la dynéine 2 cytoplasmique humaine. L'ordre des régions d'intérêt pour les domaines moteurs de la dynéine 2 cytoplasmique humaine est montré tel qu'ils se produisent du lieur au C-terminal. Ceci est orienté pour démontrer la position liée générale de la dynéine sur un microtubule. L'effet miroir permet à la vue d'observer la dynéine des deux côtés du complexe.

Dynéine cytoplasmique

La dynéine cytoplasmique, qui a une masse moléculaire d'environ 1,5  mégadaltons (MDa), est un dimère de dimères, contenant environ douze sous-unités polypeptidiques : deux "chaînes lourdes" identiques, de masse 520 kDa, qui contiennent l' activité ATPase et sont ainsi responsables de générer un mouvement le long du microtubule ; deux chaînes intermédiaires de 74 kDa censées ancrer la dynéine à sa cargaison ; deux chaînes intermédiaires légères de 53 à 59 kDa ; et plusieurs chaînes légères.

L'activité ATPase génératrice de force de chaque chaîne lourde de dynéine est située dans sa grande "tête" en forme de beignet, qui est liée à d'autres protéines AAA , tandis que deux projections de la tête la relient à d'autres structures cytoplasmiques. Une projection, la tige de la bobine enroulée, se lie à la surface du microtubule et « marche » le long de celle-ci via un cycle répété de détachement et de rattachement. L'autre saillie, la queue allongée, se lie aux sous-unités légères intermédiaires, intermédiaires et de la chaîne légère qui attachent la dynéine à sa cargaison. L'activité alternée des chaînes lourdes appariées dans le moteur cytoplasmique complet de la dynéine permet à une seule molécule de dynéine de transporter sa cargaison en "parcourant" une distance considérable le long d'un microtubule sans se détacher complètement.

Dans l'état apo de la dynéine, le moteur est dépourvu de nucléotides, l'anneau de domaine AAA existe dans une conformation ouverte et le MTBD existe dans un état de haute affinité. Une grande partie des domaines AAA reste inconnue, mais AAA1 est bien établi comme le site principal de l'hydrolyse de l'ATP dans la dynéine. Lorsque l'ATP se lie à AAA1, il initie un changement de conformation de l'anneau de domaine AAA dans la configuration «fermée», le mouvement du contrefort et un changement de conformation du lieur. Le lieur se courbe et passe de AAA5 à AAA2 tout en restant lié à AAA1. Une hélice alpha attachée de la tige est tirée par le contrefort, faisant glisser l'hélice d'une demi-heptade de répétition par rapport à son partenaire enroulé et pliant la tige. En conséquence, le MTBD de la dynéine entre dans un état de faible affinité, permettant au moteur de se déplacer vers de nouveaux sites de liaison. Après l'hydrolyse de l'ATP, la tige tourne, déplaçant la dynéine plus loin le long de la MT. Lors de la libération du phosphate, le MTBD revient à un état d'affinité élevée et se lie à nouveau au MT, déclenchant le coup de puissance. Le linker revient à une conformation droite et revient à AAA5 à partir de AAA2 et crée une action de levier, produisant le plus grand déplacement de dynéine obtenu par le coup de puissance Le cycle se termine par la libération d'ADP, qui ramène l'anneau du domaine AAA vers le configuration "ouverte".

La dynéine de levure peut marcher le long des microtubules sans se détacher, mais chez les métazoaires, la dynéine cytoplasmique doit être activée par la liaison de la dynactine , une autre protéine multi-sous-unité essentielle à la mitose , et un adaptateur de cargaison. Le tri-complexe, qui comprend de la dynéine, de la dynactine et un adaptateur de cargaison, est ultra-processif et peut parcourir de longues distances sans se détacher afin d'atteindre la destination intracellulaire de la cargaison. Les adaptateurs de fret identifiés jusqu'à présent incluent BicD2 , Hook3 , FIP3 et Spindly . La chaîne intermédiaire légère, qui fait partie de la superfamille Ras , sert de médiateur pour la fixation de plusieurs adaptateurs de fret au moteur dynein. Les autres sous-unités de queue peuvent également aider à faciliter cette interaction, comme en témoigne une structure à faible résolution de dynéine-dynactine-BicD2.

Une forme majeure de régulation motrice dans les cellules pour la dynéine est la dynactine. Il peut être nécessaire pour presque toutes les fonctions de la dynéine cytoplasmique. Actuellement, c'est le partenaire dynéine le mieux étudié. La dynamique est une protéine qui facilite le transport intracellulaire dans toute la cellule en se liant à la dynéine cytoplasmique. La dynamique peut fonctionner comme un échafaudage pour que d'autres protéines se lient. Il fonctionne également comme un facteur de recrutement qui localise la dynéine là où elle devrait être. Il existe également des preuves suggérant qu'il peut réguler la kinésine-2. Le complexe de dynactine est composé de plus de 20 sous-unités, dont p150(Glued) est la plus grande. Il n'y a aucune preuve définitive que la dynactine en elle-même affecte la vitesse du moteur. Cependant, cela affecte la processivité du moteur. La régulation de liaison est probablement allostérique : des expériences ont montré que les améliorations apportées à la processivité du moteur de la dynéine ne dépendent pas du domaine de liaison de la sous-unité p150 aux microtubules.

Dynéine axonémale

Une coupe transversale d'un axonème, avec des bras de dynéine axonémale

Les dynéines axonémales se présentent sous plusieurs formes qui contiennent une, deux ou trois chaînes lourdes non identiques (selon l'organisme et l'emplacement dans le cil ). Chaque chaîne lourde a un domaine moteur globulaire avec une structure en forme de beignet qui ressemble à celle d'autres protéines AAA , une "tige" enroulée qui se lie au microtubule et une queue allongée (ou "tige") qui se fixe à un voisin microtubule du même axonème . Chaque molécule de dynéine forme ainsi un pont croisé entre deux microtubules adjacents de l'axonème ciliaire. Pendant le "coup de puissance", qui provoque le mouvement, le domaine moteur de l'AAA ATPase subit un changement de conformation qui fait pivoter la tige de liaison des microtubules par rapport à la queue de liaison de la cargaison, ce qui fait qu'un microtubule glisse par rapport à l'autre (Karp, 2005). Ce glissement produit le mouvement de flexion nécessaire aux cils pour battre et propulser la cellule ou d'autres particules. Des groupes de molécules de dynéine responsables du mouvement dans des directions opposées sont probablement activés et inactivés de manière coordonnée afin que les cils ou flagelles puissent se déplacer d'avant en arrière. Le rayon radial a été proposé comme la (ou l'une des) structures qui synchronise ce mouvement.

La régulation de l'activité de la dynéine axonémale est essentielle pour la fréquence des battements flagellaires et la forme d'onde des cils. Les modes de régulation de la dynéine axonémale comprennent la phosphorylation, l'oxydoréduction et le calcium. Les forces mécaniques sur l'axonème affectent également la fonction de la dynéine axonémale. Les chaînes lourdes des bras interne et externe de la dynéine axonémale sont phosphorylées/déphosphorylées pour contrôler la vitesse de glissement des microtubules. Les thiorédoxines associées aux autres bras de la dynéine axonémale sont oxydées/réduites pour réguler l'endroit où la dynéine se lie dans l'axonème. La centerine et les composants des bras externes de la dynéine axonémale détectent les fluctuations de la concentration en calcium. Les fluctuations du calcium jouent un rôle important dans la modification de la forme d'onde des cils et de la fréquence des battements flagellaires (King, 2012).

Histoire

La protéine responsable du mouvement des cils et des flagelles a été découverte pour la première fois et nommée dynéine en 1963 (Karp, 2005). 20 ans plus tard, la dynéine cytoplasmique, dont l'existence était suspectée depuis la découverte de la dynéine flagellaire, a été isolée et identifiée (Karp, 2005).

Ségrégation chromosomique pendant la méiose

La ségrégation des chromosomes homologues aux pôles opposés de la cellule se produit pendant la première division de la méiose . Une ségrégation appropriée est essentielle pour produire des produits méiotiques haploïdes avec un complément normal de chromosomes. La formation de chiasmata (événements de recombinaison croisée) semble généralement faciliter une bonne ségrégation. Cependant, chez la levure de fission Schizosaccharomyces pombe , lorsque les chiasmes sont absents, la dynéine favorise la ségrégation. Dhc1, la sous-unité motrice de la dynéine, est nécessaire pour la ségrégation chromosomique à la fois en présence et en l'absence de chiasmata. La protéine Dlc1 de la chaîne légère de la dynéine est également requise pour la ségrégation, en particulier lorsque les chiasmas sont absents.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes