Was ist Myosin?
Eine Einführung in die Myosin-Superfamilie von Proteinen
Die am häufigsten beschriebenen Motorproteine gehören zur Myosin-Superfamilie.
Unterschiedliche Motorproteinfunktionen der Myosin-Familie. A. Myosin I kann an Membranlipide binden. B. Bündel von Myosin II gleiten entlang des Aktin-Zytoskelett-Netzwerks, um die Aktomyosin-Kontraktion anzutreiben. C. Myosin V transportiert Ladung, indem es entlang der Aktinfilamente ‚läuft‘.
Myosin I hat im Vergleich zu anderen Myosin-Mitgliedern einzigartige Schwanzdomäne(n), die es Myosin I ermöglicht, an Membranlipide oder an mehr als ein Aktinfilament gleichzeitig zu binden (siehe Tafel ‚A‘ in der Abbildung unten). Myosin I ist in erster Linie an der intrazellulären Organisation beteiligt, bildet aber auch eine kritische Komponente der kleinen Zelloberflächenprojektionen in Darmzellen.
Myosin II kann über die verlängerten Coiled-Coil-Domänen in den schweren Ketten Assemblies höherer Ordnung bilden. Zum Beispiel interagieren die langen Coiled-Coil-Domänen von Myosin II mit den Coiled-Coil-Domänen benachbarter Myosin-II-Moleküle, gefolgt von zusätzlichen Tail-Tail-Interaktionen mit anderen Myosin-II-Baugruppen. Das resultierende Myosin-II-Bündel (auch „dickes Filament“ genannt) hat mehrere hundert Myosinköpfe, die an den beiden Enden des Filaments in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind. Die konzertierte ATP-Hydrolyse und die Bewegung der Myosinköpfe entlang benachbarter Aktinfilamente erzeugt eine Gleitbewegung, die zu einer Verkürzung oder Kontraktion der miteinander verknüpften Aktinfilamente führt (siehe Pfeile in Feld „B“ in der Abbildung unten). Die Wirkung des Aktin-Myosin-Systems erzeugt Kräfte gegen das vernetzte Zytoskelett-Netzwerk, um Prozesse wie Zellsignalisierung, Adhäsion, Bewegung, Polarität und Zellschicksal zu beeinflussen (siehe „kontraktiles Bündel“ im Hauptglossar) (reviewed in ). Myosin II ist auch eine entscheidende Komponente von Stressfasern und des kontraktilen Rings, der zwei Zellen während der Zellteilung trennt. Für Studien, die die Zellkontraktion und -motilität untersuchen, kann die von Myosin II erzeugte kontraktile Kraft mit kleinen Molekülen wie Blebbistatin und 2,3-Butandionmonoxim (BDM) gehemmt werden.
Myosin V und Myosin VI In Nicht-Muskelzellen bilden Aktinfilamente ein internes Schienensystem für den Ladungstransport, das von Motorproteinen wie Myosin V und Myosin VI angetrieben wird (siehe Tafel „C“ in der Abbildung unten); diese Myosine nutzen die Energie aus der ATP-Hydrolyse, um Ladung (wie z. B. angeheftete Vesikel und Organellen) mit einer Geschwindigkeit zu transportieren, die viel schneller ist als die Diffusion. Myosin V enthält mehr leichte Ketten und einen längeren ‚Hebelarm‘ im Vergleich zu Myosin II, was es Myosin V ermöglicht, sich in größeren Schritten entlang der Aktinfilamente zu bewegen (reviewed in ).
Myosin V kann auch mit F-Actin-Bündeln kolokalisieren. Die Verteilung von Myosin V in Wachstumszapfen ist konsistent mit der Rolle dieses Myosins bei der Spannungserzeugung durch Wachstumszapfen. Myosin V kann die filopodiale Ausdehnungsrate beeinflussen, indem es die Plasmamembran vorschiebt und Platz für die Montage von G-Aktin-Untereinheiten an den Widerhakenenden der Aktinfilamente schafft.
Myosin VII und Myosin X sind wichtig für die filopodiale Montage und Dynamik. Es wird angenommen, dass Myosin VII die Assemblierung/Disassemblierung von Adhäsionsproteinen an der Filopodienspitze beeinflusst und eine Rolle bei filopodialen Extensionsereignissen spielt. Die Myosin X-Aktivität beeinflusst auch die Anzahl und Gesamtlänge der Filopodien, wobei das Calmodulin-ähnliche Protein (CLP) diese Aktivität durch Stabilisierung von Myosin X moduliert. Myosin X beeinflusst den Materialtransport entlang der Filopodienschäfte durch einen ATP-abhängigen „Walking“-Mechanismus. Myosin X bindet an Zelloberflächenrezeptoren, das Zytoskelett, Ena/VASP-Proteine und Membranphospholipide . Myosin X hat auch eine auffällige Verteilung an den Spitzen der Filopodien und eine Störung seiner Funktion stört die Filopodienbildung.
In Eukaryoten wurden mehrere Myosin-Isoformen gefunden, die sich jeweils in der Art der schweren und leichten Ketten unterscheiden, aus denen sie bestehen. Alle Myosine bestehen aus einer vielfältigen „Schwanz“-Domäne an ihrem Carboxy-Terminus und einer evolutionär konservierten globulären „Kopf“-Domäne an ihrem Amino-Terminus.
Alle Myosine teilen sich eine motorische Domäne auf ihren schweren Ketten am Aminoterminus (die ‚Kopf‘-Domäne), aber sie unterscheiden sich erheblich an ihrem Carboxyterminus (der ‚Schwanz‘-Domäne). Einige wenige Myosin-Typen haben auch eine aminoterminale Verlängerung. Die Anzahl der leichten Ketten variiert beträchtlich zwischen den Myosin-Typen und bestimmte Myosine existieren als Dimere. Myosine, die Dimere bilden, haben zwei Motordomänen, und die Anzahl der Leichtketten kann die „Hebelarmlänge“ zwischen den Myosinköpfen beeinflussen – dies reguliert die Länge des Myosin-„Kraftschlags“ und die Strecke, die das Myosin in einer einzigen Runde der ATP-Hydrolyse entlang des Aktinfilaments zurücklegen kann (siehe auch „Myosin-Kraftschlag“).
Die verschiedenen „Schwänze“ der unterschiedlichen Myosin-Isoformen binden spezifische Substrate oder Ladung, während ihre konservierten „Köpfe“ Stellen für die ATP-Bindung, die F-Aktin-Bindung und die Krafterzeugung (d.h. Motor-Domänen) enthalten (Übersicht in ).
Alle Myosine binden an Aktinfilamente über eine globuläre „Kopf“-Domäne, die sich am Ende der schweren Ketten befindet. Die Bindung von Aktin an diese Region erhöht die ATPase-Aktivität der Myosine (besprochen in . Einige Myosine haben eine einzelne schwere Kette und kontaktieren Aktinfilamente an nur einer Stelle, während andere Myosin-Isoformen zwei schwere Ketten haben und Aktinfilamente an zwei Stellen kontaktieren. Myosin II ist das einzige Familienmitglied, das polymere Assemblies bilden kann ) (Siehe „dicke Filamente“ unten).
Die Anzahl der leichten Ketten beeinflusst die Länge des „Hebelarms“ oder „Halsbereichs“ und damit die „Schrittweite“ der verschiedenen Myosin-Typen . Myosin V enthält mehr leichte Ketten als Myosin II und bewegt sich daher in größeren Schritten entlang der Aktinfilamente nach einer äquivalenten Runde der ATP-Hydrolyse (nachzulesen in ).
Myosin-Motoren bewegen sich entlang der Aktinfilamente in definierten Richtungen. Mit Ausnahme von Myosin VI, das sich in Richtung des spitzen Endes bewegt, bewegen sich alle Myosine in Richtung des widerhakenförmigen Endes. Bei den meisten Aktinfilamenten ist das mit Widerhaken versehene Ende zur Plasmamembran und das spitze Ende zum Inneren hin gerichtet. Diese Anordnung ermöglicht es bestimmten Myosinen (z. B. Myosin V), primär für den Cargo-Export zu fungieren, während Myosin VI als Hauptmotorprotein für den Import fungiert. Myosin II ist häufig mit Retraktionsfasern und retrogradem Aktinfluss am spitzen Ende der Aktinfilamente assoziiert. Alle Nicht-Muskelzellen verwenden kontraktile Bündel, die Myosin II enthalten, um Kräfte zu erzeugen, die den Zusammenbau von Aktinfilamenten fördern.
Obwohl die meisten Myosine als Motorproteine im Zytoplasma funktionieren, sind einige Myosin-Arten im Zellkern lokalisiert und funktionieren dort. Nuklearmyosin I (NMI), Myosin II, Myosin V, Myosin VI, Myosin XVIB und Myosin XVIIIB wurden alle im Zellkern gefunden, wobei NMI das am besten untersuchte ist.