Wat is Myosine?
Een inleiding tot de Myosine-superfamilie van eiwitten
De meest beschreven motoreiwitten behoren tot de Myosine-superfamilie.
Verschillende motoreiwitfuncties van de myosine-familie. A. Myosine I kan zich binden aan membraanlipiden. B. Bundels Myosine II glijden langs het actine-cytoskelet en drijven zo de actomyosine-contractiliteit aan. C. Myosine V vervoert lading door langs actinefilamenten te ‘lopen’.
Myosine I heeft unieke staartdomein(en) ten opzichte van andere myosineleden, waardoor myosine I zich kan binden aan membraanlipiden of aan meer dan één actinefilament tegelijk (zie paneel ‘A’ in onderstaande figuur). Myosine I is vooral betrokken bij intracellulaire organisatie, maar het vormt ook een kritische component van kleine celoppervlakprojecties in darmcellen.
Myosine II kan assemblages van hogere orde vormen via de verlengde spiraalvormige domeinen in de zware ketens. De lange spoeldomeinen van myosine II interageren bijvoorbeeld met de spoeldomeinen van aangrenzende myosine II-moleculen, gevolgd door extra staart-staartinteracties met andere myosine II-assemblages. De resulterende myosine II-bundel (ook wel “dikke vezeldraad” genoemd) heeft honderden myosinekoppen die aan de twee uiteinden van de vezeldraad in tegengestelde richtingen zijn georiënteerd. Gecoördineerde ATP-hydrolyse en beweging van de myosinekoppen langs aangrenzende actinefilamenten genereert een glijdende beweging die resulteert in verkorting of samentrekking van de met elkaar verbonden actinefilamenten (zie pijlen in paneel ‘B’ in onderstaande figuur). De actie van het actine-myosine systeem genereert krachten tegen het onderling verbonden cytoskelet netwerk om processen zoals celsignalering, adhesie, beweging, polariteit, en cel lot te beïnvloeden (zie “contractiele bundel” in de belangrijkste verklarende woordenlijst) (herzien in ). Myosine II is ook een kritische component van stressvezels en de contractiele ring die twee cellen scheidt tijdens de celdeling. Bij onderzoek naar celcontractie en motiliteit kan de door myosine II opgewekte contractiekracht worden geremd met kleine moleculen zoals blebbistatine en 2,3-butaandion-monoxime (BDM).
Myosine V en Myosine VI In niet-spiercellen vormen actinefilamenten een intern spoorsysteem voor ladingstransport dat wordt aangedreven door motoreiwitten zoals myosine V en myosine VI (zie paneel ‘C’ in onderstaande figuur); deze myosines gebruiken de energie van ATP-hydrolyse om lading (zoals aangehechte vesicles en organellen) te transporteren met een snelheid die veel hoger is dan de diffusiesnelheid. Myosine V bevat meer lichte ketens en een langere ‘hefboomarm’ ten opzichte van myosine II, waardoor myosine V in grotere stappen langs de actinefilamenten kan bewegen (besproken in ).
Myosine V kan ook colokaliseren met F-actine bundels. De verdeling van myosine V in groeikegels is consistent met de rol van dit myosine in de spanningsproductie door groeikegels. Myosine V kan de snelheid van filopodiale extensie beïnvloeden door het plasmamembraan te verschuiven en ruimte te creëren voor G-actine subunit assemblage op de weerhaakuiteinden van actine filamenten.
Myosine VII en Myosine X zijn belangrijk voor filopodiale assemblage en dynamiek. Myosine VII zou invloed hebben op de assemblage/ontmanteling van adhesie-eiwitten aan de filopodiale top en een rol spelen bij de uitbreiding van filopodiën. De activiteit van myosine X beïnvloedt ook het aantal filopodiën en de totale lengte, waarbij calmoduline-achtig eiwit (CLP) deze activiteit moduleert door myosine X te stabiliseren. Myosine X beïnvloedt het transport van materialen langs filopodiale schachten met behulp van een ATP-afhankelijk ‘wandelmechanisme’. Myosine X bindt aan receptoren op het celoppervlak, aan het cytoskelet, aan Ena/VASP-eiwitten en aan membraanfosfolipiden. Myosine X heeft ook een opvallende distributie aan de uiteinden van filopodia en verstoring van zijn functie verstoort filopodium formatie .
Er zijn verschillende myosine isovormen gevonden in eukaryoten, elk verschillend in het type zware en lichte ketens waaruit ze zijn opgebouwd. Alle myosines bestaan uit een gevarieerd ‘staart’-domein aan hun carboxy-terminus en een evolutionair geconserveerd bolvormig ‘kop’-domein aan hun amino-terminus.
Alle myosines delen een motordomein op hun zware ketens aan het amino-terminus (het ‘kop’-domein), maar ze verschillen aanzienlijk aan hun carboxy-terminus (het ‘staart’-domein). Enkele myosinetypes hebben ook een amino-terminale extensie. Het aantal lichte ketens varieert aanzienlijk tussen de myosinetypen en bepaalde myosines bestaan als dimeren. Myosines die dimeren hebben twee motordomeinen, en het aantal lichte ketens kan de lengte van de “hefboomarm” tussen de myosinekoppen beïnvloeden – dit regelt de lengte van de myosine-“krachtslag” en de afstand die de myosine kan afleggen langs het actinefilament in een enkele ronde van ATP-hydrolyse (zie ook ‘myosine-“krachtslag”).
De diverse ‘staarten’ van de verschillende myosine-isovormen binden specifieke substraten of lading, terwijl hun geconserveerde ‘koppen’ plaatsen bevatten voor ATP-binding, F-actinebinding en krachtopwekking (d.w.z. motordomeinen) (besproken in ).
Alle myosines binden zich aan actinefilamenten via een globulair ‘kop’-domein dat zich aan het uiteinde van de zware ketens bevindt. Actinebinding aan dit gebied verhoogt de ATPase-activiteit van myosines (besproken in . Sommige myosines hebben een enkele zware keten en maken slechts op één plaats contact met actinefilamenten, terwijl andere myosine-isovormen twee zware ketens hebben en op twee plaatsen contact maken met actinefilamenten. Myosine II is het enige familielid dat polymere samenstellingen kan vormen.) (Zie “dikke filamenten” hieronder).
Het aantal lichte ketens beïnvloedt de lengte van de “hefboomarm” of “nekregio” en daarmee de “stapgrootte” van de verschillende myosinetypen . Myosine V bevat meer lichte ketens in vergelijking met myosine II en dus beweegt myosine V in grotere stappen langs actinefilamenten na een equivalente ronde van ATP-hydrolyse (besproken in ).
Myosinemotoren bewegen langs actinefilamenten in gedefinieerde richtingen. Met uitzondering van myosine VI, dat naar het spitse uiteinde beweegt, bewegen alle myosines naar het uiteinde met de weerhaakjes. Bij de meeste actinefilamenten is het uiteinde met weerhaakjes naar het plasmamembraan gericht en het spitse uiteinde naar het inwendige. Door deze ordening kunnen bepaalde myosines (b.v. myosine V) hoofdzakelijk voor de export van lading fungeren, terwijl myosine VI als het belangrijkste motoreiwit voor de import fungeert. Myosine II wordt gewoonlijk geassocieerd met retractievezels en retrograde actinestroom aan het spitse uiteinde van actinefilamenten. Alle niet-spiercellen gebruiken contractiele bundels die myosine II bevatten om krachten op te wekken die de assemblage van actinefilamenten bevorderen.
Hoewel de meeste myosines als motoreiwitten in het cytoplasma functioneren, zijn sommige myosinesoorten gelokaliseerd in, en functioneren ze in, de celkern. Nucleair myosine I (NMI), myosine II, myosine V, myosine VI, myosine XVIB en myosine XVIIIB zijn allemaal in de kern aangetroffen, waarbij NMI het meest uitgebreid is bestudeerd.