Cos’è la miosina?
Un’introduzione alla superfamiglia delle proteine miosiniche
Le proteine motorie più comunemente descritte appartengono alla superfamiglia delle miosine.
Diverse funzioni delle proteine motorie della famiglia delle miosine. A. La miosina I può legarsi ai lipidi di membrana. B. Fasci di miosina II scorrono lungo la rete del citoscheletro di actina per guidare la contrattilità dell’actomiosina. C. La miosina V trasporta il carico “camminando” lungo i filamenti di actina.
La miosina I ha un dominio di coda unico rispetto agli altri membri della miosina che permette alla miosina I di legarsi ai lipidi di membrana o a più di un filamento di actina alla volta (vedi pannello “A” nella figura sottostante). La miosina I è principalmente coinvolta nell’organizzazione intracellulare, ma forma anche un componente critico delle piccole proiezioni della superficie cellulare nelle cellule intestinali.
La miosina II può formare assemblaggi di ordine superiore attraverso i domini estesi a spirale nelle catene pesanti. Per esempio, i lunghi domini a spirale della miosina II interagiscono con i domini a spirale delle molecole adiacenti di miosina II, seguiti da ulteriori interazioni coda-coda con altri gruppi di miosina II. Il fascio di miosina II risultante (detto “filamento spesso”) ha diverse centinaia di teste di miosina orientate in direzioni opposte alle due estremità del filamento. L’idrolisi dell’ATP e il movimento delle teste di miosina lungo i filamenti di actina adiacenti generano un movimento di scorrimento che porta all’accorciamento o alla contrazione dei filamenti di actina interconnessi (vedi le frecce nel pannello ‘B’ della figura qui sotto). L’azione del sistema actina-miosina genera forze contro la rete interconnessa del citoscheletro per influenzare processi come la segnalazione cellulare, l’adesione, il movimento, la polarità e il destino cellulare (vedi “fascio contrattile” nel glossario principale) (rivisto in ). La miosina II è anche un componente critico delle fibre di stress e dell’anello contrattile che separa due cellule durante la divisione cellulare. Per gli studi che indagano la contrazione e la motilità cellulare, la forza contrattile generata dalla miosina II può essere inibita utilizzando piccole molecole come la blebbistatina e la 2,3-butanedione monoxima (BDM).
Miosina V e Miosina VI Nelle cellule non muscolari, i filamenti di actina formano un sistema di binari interni per il trasporto del carico che è alimentato da proteine motrici come la miosina V e la miosina VI (vedi pannello ‘C’ nella figura qui sotto); queste miosine usano l’energia dall’idrolisi dell’ATP per trasportare il carico (come vescicole e organelli attaccati) a tassi molto più veloci della diffusione. La miosina V contiene più catene leggere e un “braccio di leva” più lungo rispetto alla miosina II, il che permette alla miosina V di muoversi in passi più grandi lungo i filamenti di actina (rivisto in ).
La miosina V può anche colocalizzarsi con i fasci di F-actina. La distribuzione della miosina V nei coni di crescita è coerente con il ruolo di questa miosina nella produzione di tensione da parte dei coni di crescita. La miosina V può influenzare il tasso di estensione dei filopodi spingendo la membrana plasmatica e creando spazio per l’assemblaggio delle subunità di G-actina sulle estremità spinate dei filamenti di actina. Si ritiene che la miosina VII influenzi l’assemblaggio/disassemblaggio delle proteine di adesione sulla punta del filopodio e che abbia un ruolo negli eventi di estensione del filopodio. L’attività della miosina X influenza anche il numero di filopodi e la lunghezza complessiva con la proteina calmodulina-like (CLP) che modula questa attività stabilizzando la miosina X. La miosina X influenza il trasporto di materiali lungo gli alberi filopodiali usando un meccanismo di “camminata” ATP-dipendente. La miosina X lega i recettori della superficie cellulare, il citoscheletro, le proteine Ena/VASP e i fosfolipidi di membrana. La miosina X ha anche una distribuzione sorprendente sulle punte dei filopodi e l’interruzione della sua funzione interrompe la formazione del filopodio.
Sono state trovate diverse isoforme di miosina negli eucarioti, ciascuna diversa dal tipo di catene pesanti e leggere di cui sono composte. Tutte le miosine sono composte da un diverso dominio “coda” al loro terminale carbossilico e da un dominio “testa” globulare evolutivamente conservato al loro terminale amminico.
Tutte le miosine condividono un dominio motore sulle loro catene pesanti all’amino-terminale (il dominio “testa”), ma differiscono notevolmente al loro carbossi-terminale (il dominio “coda”). Alcuni tipi di miosina hanno anche un’estensione amino-terminale. Il numero di catene leggere varia considerevolmente tra i tipi di miosina e alcune miosine esistono come dimeri. Le miosine che formano dimeri hanno due domini motori, e il numero di catene leggere può influenzare la lunghezza del “braccio di leva” tra le teste della miosina – questo regola la lunghezza del “powerstroke” della miosina e la distanza che la miosina può percorrere lungo il filamento di actina in un singolo giro di idrolisi dell’ATP (vedi anche “powerstroke della miosina”).
Le diverse “code” delle diverse isoforme di miosina legano substrati o carichi specifici, mentre le loro “teste” conservate contengono siti per il legame con l’ATP, il legame con la F-actina e la generazione di forza (cioè i domini motori) (rivisto in ).
Tutte le miosine si legano ai filamenti di actina attraverso un dominio globulare “testa” situato alla fine delle catene pesanti. Il legame dell’actina a questa regione aumenta l’attività ATPasi delle miosine (rivista in . Alcune miosine hanno una singola catena pesante e contattano i filamenti di actina in un solo sito, mentre altre isoforme di miosina hanno due catene pesanti e contattano i filamenti di actina in due siti. La miosina II è l’unico membro della famiglia che può formare assemblaggi polimerici) (Vedi “filamenti spessi” qui sotto).
Il numero di catene leggere influenza la lunghezza del “braccio di leva” o “regione del collo” e quindi la “dimensione del passo” dei diversi tipi di miosina. La miosina V contiene più catene leggere rispetto alla miosina II e quindi la miosina V si muove in passi più grandi lungo i filamenti di actina dopo un ciclo equivalente di idrolisi dell’ATP (rivisto in ).
I motori della miosina si muovono lungo i filamenti di actina in direzioni definite. Con l’eccezione della miosina VI, che si muove verso l’estremità appuntita, tutte le miosine si muovono verso l’estremità spinata. La maggior parte dei filamenti di actina hanno l’estremità spinata diretta verso la membrana plasmatica e l’estremità appuntita verso l’interno. Questa disposizione permette ad alcune miosine (per esempio la miosina V) di funzionare principalmente per l’esportazione del carico, mentre la miosina VI agisce come la principale proteina motrice per l’importazione. La miosina II è comunemente associata alle fibre di retrazione e al flusso retrogrado di actina all’estremità appuntita dei filamenti di actina. Tutte le cellule non muscolari usano fasci contrattili contenenti miosina II per generare forze che promuovono l’assemblaggio dei filamenti di actina.
Anche se la maggior parte delle miosine funzionano come proteine motore nel citoplasma, alcune specie di miosina sono localizzate e funzionano nel nucleo. La miosina nucleare I (NMI), la miosina II, la miosina V, la miosina VI, la miosina XVIB e la miosina XVIIIB sono state tutte trovate nel nucleo, e la NMI è la più studiata.