MYOSIN: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, TYPY A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Myosin je molekulární motor, proteinový, který je schopen se pohybovat na aktin vláken v cytosolu. Energie, která řídí pohyb myosinu, pochází z hydrolýzy ATP. Z tohoto důvodu je myosin často definován jako mechanochemický enzym.

V eukaryotech je myosin velmi hojným proteinem. Existují různé třídy myosinu, které jsou kódovány rodinou genů. U kvasinek se rozlišuje 5 tříd, u savců byly popsány desítky.

Zdroj: David Richfield (Uživatel: Slashme) Při použití tohoto obrázku v externích dílech může být citován následovně: Richfield, David (2014). "Lékařská galerie Davida Richfielda". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10,15347 / wjm / 2014.009. ISSN 2002-4436.

Myosin má celou řadu funkcí. Myosin I se spolu s aktinem podílí na pohybu keratocytů.

Myosin II zajišťuje rigiditu plazmatické membrány, podílí se na cytokineze a svalové kontrakci. Oba myosiny I a II spolupracují s buněčnou migrací. Myosiny I a V provádějí transport vezikul podél aktinových vláken.

Struktura

V elektronových mikrografech má typická struktura izoforem myosinu tři domény: hlavu, krk a ocas. Hydrolýzou chymotrypsinem se získá segment sestávající z hlavy a krku, nazývaný těžký meromyosin (HMM), a ocasní segment, nazývaný lehký meromyosin (LMM).

Hlavní doména je N-terminální konec těžkého řetězce a koncová doména je C-terminální konec lehkého řetězce.

Třídy myosinu lze rozlišit podle počtu polypeptidových řetězců, které jej tvoří, a hojnosti a třídy lehkého řetězce připojeného k krku.

Myosin I má polypeptidový řetězec, který tvoří hlavu a na ocasu chybí alfa-helikální oblasti. Zatímco myosiny I a V mají dva polypeptidové řetězce, a proto tvoří dvě hlavy a ocas, ve kterém se alfa-helikální řetězce stočí, aby vytvořily tyčovitou strukturu.

Myosiny I a V mají vazebná místa pro kalmodulin, který reguluje a váže Ca ⁺² na lehkých řetězcích. Myosin I váže Ca ⁺² na lehké řetězce, ale dělá to jiným způsobem než kalmodulinem.

vlastnosti

Na mechanochemické úrovni mají myosiny tři vlastnosti, jmenovitě:

- Myosinová hlava je motorickou doménou, která postupuje v diskrétních krocích: Spojení myosinové hlavy s aktinovým vláknem, jeho sklon a následné oddělení způsobí pohyb myosinu. Tento proces je cyklický a závisí na ATP.

- Změny konformace: hydrolýza molekuly ATP je spojena s každým krokem molekuly myosinu prostřednictvím úrovní amplifikace a přenosu. To zahrnuje velké konformační změny v myosinu.

První úroveň amplifikace je způsobena ztrátou gama-fosfátové skupiny ATP, což umožňuje reorganizaci strukturních prvků v vazebném místě ATP. Toto přeskupení je koordinováno se strukturálními změnami v místě vázajícím aktin.

Druhá úroveň amplifikace zahrnuje komunikaci konformační změny v aktivním místě se strukturálními komponenty karboxylového terminálu.

- Směrnost: Bylo zjištěno, že myosiny mají polaritu nebo obrácenou směrnost směrem k (+) konci aktinového vlákna. Tento závěr vychází z experimentů s vláknovými vlákny s aktinovým vláknem pomocí fluorescenčního světelného mikroskopu.

Funkce

Myosin se spolu s aktinem podílí mimo jiné na svalových kontrakcích, buněčné adhezi, cytokineze, ztuhnutí kortikálních membrán a vytěsnění některých vesikul.

Vady myosinu mohou způsobit patologické stavy. Například defekty myosinů I a V souvisejí s myosinovými myopatiemi a poruchami pigmentace (Griscelliho syndrom). Zatímco poruchy v izoformách myosinu VI způsobují ztrátu sluchu.

Svalová kontrakce

Funkční a strukturální jednotka kosterního svalu je sarkomera. Během svalové kontrakce dosahuje délka sarkomery 30% své původní délky.

Sarcomery jsou tvořeny silnými myosinovými filamenty a tenkými aktinovými filamenty, které jsou uspořádány komplexním způsobem. Obecně jsou myosinové hlavy umístěny na distálních koncích vlákna a jejich ocasy směrem ke středu sarkomery a organizace je bipolární.

Aby došlo ke svalové kontrakci, musí se myosinové hlavy na opačných koncích pohybovat směrem k Z disku nebo (+) konci vlákna. Protože organizace tlustých vláken je bipolární, dochází k posuvu tenkých vláken na tlustých vláknech, poháněných ATP.

K posuvné síle dochází, protože stovky myosinových hlav, silného vlákna, interagují s tenkým vláknem.

Cytokineze

Během mitózy, kdy se mikrotubuly na pólech vřetena oddělují, tvoří aktin a myosin II kontraktivní prstenec na rovníku buňky. Tento prsten se smrští, zmenší svůj průměr a rozdělí buňku na dvě části.

Ztužení kortikálních membrán

V mutantních buňkách postrádajících myosin II se plazmatická membrána snadno deformuje, když působí vnější síla. K tomu dochází, protože myosin II poskytuje agregační sílu proteinům plazmatické membrány.

Přilnavost buněk

V epitelové tkáni jsou kontraktilní svazky aktinu a myosinu II umístěny v blízkosti plazmatické membrány a tvoří kruhový opasek, který obklopuje vnitřní buněčný povrch. Tento kruhový opasek určuje tvar buňky a udržuje spojení mezi buňkami.

Ke kontaktu mezi buňkami dochází spojením kruhového pásu s buněčnými adhezními molekulami pomocí sjednocených proteinů.

Posun některých vezikul

Experimentální důkazy ukazují, že myosin V provádí membránový transport z Golgiho aparátu na periferii buňky. Některé důkazy jsou:

- V buňkách nervové tkáně se pomocí imunofluorescence astrocytů zjistilo, že myosin V se nachází vedle Golgi.

- V kvasnicích mutace v genu myosinu V narušují sekreci proteinu a následně se hromadí proteiny v cytosolu.

- Izoformy myosinu I jsou zodpovědné za transport vakuol k buněčné membráně. Použitím specifických protilátek proti isoformám myosinu I bylo zjištěno, že tyto izoformy jsou umístěny v různých částech buňky.

Například, když je živý améba značena protilátkou proti myosinové IC, transport vakuoly na membránu je zastaven. Z tohoto důvodu se vakuola rozšiřuje a buněčné praskne.

Nemoci spojené s myosiny

Myosiny a ztráta sluchu

Existuje mnoho genů a mutací, které způsobují ztrátu sluchu. Toto onemocnění je často monogenetické.

Netradiční myosinové mutace s jednou nebo dvěma myosinovými hlavami ovlivňují funkci vnitřního ucha. Některé z mutovaných izoforem myosinu jsou myosin IIIA, myosin VIIA a myosin XVA. Nedávno byly v myosinu VI objeveny dvě mutace.

Mutace v myosinu VI jsou c.897G> T a p.926Q. První mutace ovlivňuje oblast, která interaguje s aktivním místem, zvaná Switch I. Homozygotní pro mutaci vykazuje fenotyp brzy, což má závažné účinky.

Druhá mutace ovlivňuje oblast nabitých zbytků, v alfa spirále na konci myosinu VI. Tato oblast je důležitá pro proximální motorickou dimerizaci a ovlivňuje stereociliární funkci myosinu VI.

Další mutací je p.Asn207Ser, který produkuje motor neschopný produkovat sílu. Je to proto, že Asn 207 je aminokyselinový zbytek aktivního místa, jehož funkcí je vazba a hydrolýza ATP.

Mutace p.Arg657Trp vede ke ztrátě funkce myosinu VI. Zbytek Arg se podílí na konformačních změnách, které spojují hydrolýzu s pohybem myosinu.

Myosin X a rakovina

Myosin X (Myo10) je nekonvenční myosin, který je exprimován v mozku, endotelu a mnoha epitelech. Myo10 a tři třídy aktinových projekcí (filopodie, invadopodie a filopodie podobné projekce) fungují během metastázy rakoviny.

Invazivní rakovinné buňky mají velké množství filopodií a exprimují vysokou hladinu fasciny. Tento protein způsobuje zesítění mezi aktinovými vlákny. Za účelem úniku z primárního nádoru se vytvářejí invadopodie bohaté na proteolytickou aktivitu, které tráví okolní extracelulární matrici.

Jakmile buňky dosáhnou extracelulární matrice, projekce podobné filopodii pomáhají rozptylovat a kolonizovat. Vysoké hladiny Myo10 naznačují vysokou agresivitu a metastázy u rakoviny prsu.

Mlčení MyoX způsobuje ztrátu metastatického charakteru buněk, které nejsou schopny vytvářet projekce založené na aktinu. Všechny tyto projekce mají adheze na bázi integrinu, které jsou přenášeny Myo10 uvnitř filopodia.

MyoX se podílí na tvorbě centrosomu. Nepřítomnost MyoX podporuje tvorbu multipolárních vřeten. MyoX se také podílí na signalizaci v rakovinných buňkách. Například, MyoX je aktivován 3,4,5-inositol trifosfátem (PIP3).

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., a kol. 2007. Molekulární biologie buňky. Garland Science, New York.
2. Brownstein, Z., Abu-Rayyan, A., Karfunkel-Doron, D., Sirigu, S., Davido, B., Shohat, M., Frydman, M., Houdusse, A., Kanaan, M., Avraham, K. 2014. Nové mutace myosinů pro dědičnou ztrátu sluchu odhalené cíleným genomickým zachycením a masivně paralelním sekvenováním. European Journal of Human Genetics, 22: 768-775.
3. Courson, DS a Cheney, RE 2015. Myosin-X a nemoc. Experimental Cell Research, 334: 10-15.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Buněčná a molekulární biologie. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogota, Caracas, Madrid, Mexiko, Sāo Paulo.
5. Schliwa, M. a Woehlke, G. 2003. Molekulární motory. Nature, 422: 759-765.
6. Vale, RD 2003. Molekulární motorová sada pro intracelulární transport. Cell, 112: 467-480.