La calmoduline (CaM ou Calcium-Modulated protein) est une messager intermédiaire multifonctionnelle de liaison aux ions Ca++ exprimée dans toutes les cellules eucaryotes.
Calmoduline
(Figure : vetopsy.fr)
La CaM est la cible du Ca++, considéré comme un second messager, dans les processus de transduction du signal intracellulaire dépendant du calcium, qui modifient les interactions avec de nombreuses protéines cibles.
Structure de la CaM
Structure générale
La structure de la CaM, longue de 148 acides aminés, comprend deux domaines globulaires approximativement symétriques, le domaine N-CaM (lobe N) et le domaine C-CaM (lobe C), contenant chacun :
une paire de mains EF (EF hand) liant les ions Ca++, situés donc aux extrémités N-terminales (CaM1 et 2) et C-terminales (CaM3 et 4), respectivement,
Chaque main EF (12 acides aminés) permet à la calmoduline de détecter les niveaux de calcium intracellulaire en liant un ion Ca++.
Les régions de liaison aux ions calcium sont situés dans les régions 21-32, 57-68, 94-105 et 130-141.
Ces régions sont situées entre deux hélices alpha dans les motifs EF-hand, les deux premières régions (21-32 et 57-68) sont d'un côté de la région du lien, les deux autres (94-105 et 130-141) sont de l'autre côté.
Changement conformationnel lié à la liaison du calcium
1. En l'absence de Ca++, le motif hélice-boucle-hélice des mains EF est dans une conformation globulaire dite " fermée " (apo-CaM).
Ses résidus hydrophobes sont regroupés dans le noyau central.
Les résidus hydrophiles chargés exposés au solvant.
Apo-calmoduline et holo-calmoduline
(Figure : vetopsy.fr d'après Iwig et coll)
2. Lors de la fixation du calcium, les hélices se réorganisent en une conformation dite " ouverte " (holo-CaM).
Ces mutants CaM sont incapables de lier Ca++ sur les deux mains EF du lobe N-terminal (CaM12 avec comme mutations D20A et D56A), les deux mains EF du lobe C-terminal (CaM34, D93A et D129A), ou les quatre mains EF.
Association et reconnaissance des peptides par la calmoduline
(Figure : vetopsy.fr d'après Wang et coll)
Le lobe C répond bien au Ca++ entrant par le canal sur lequel réside la CaM correspondante (" sélectivité locale au Ca++ ").
Le lobe N peut, dans certains canaux, nécessiter un signal Ca++ beaucoup plus faible provenant de sources distantes (" sélectivité globale au Ca++ ").
L'affinité de la CaM pour ses protéines cibles est augmentée lors de la liaison au Ca++ et son affinité pour le Ca++ est renforcée lors de la liaison de ses protéines cibles.