• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Domaines protéiques
Motifs de liaison à la calmoduline (calmodulin-binding motif)

Sommaire

Les motifs de liaisons à la calmoduline (calmodulin-binding motif) sont nombreux et variés bien qu'ils possèdent certaines caractéristiques communes.

La calmoduline (CaM) est un second messager dans les processus de transduction du signal intracellulaire dépendant du calcium, qui modifient les interactions avec de nombreuses protéines cibles.

Leur classification distingue (Structural diversity of calmodulin binding to its target sites 2013) :

  • Domaines IQ de la myosine V
    Domaines IQ de la myosine V
    Figure : vetopsy.fr d'après Houdusse)
    les domaines IQ qui se lient à la calmoduline de manière indépendante des ions Ca++,
  • d'autres motifs qui dépendants de la liaison de la CaM avec les ions Ca++.

Domaine IQ

Les domaines IQ sont des domaines protéiques qui se lient à la calmoduline de manière indépendante des ions Ca++.

Le nom IQ se réfère aux deux premiers acides aminés du domaine : isoleucine (I), le plus souvent, et glutamine (Q) invariablement.

Structure du domaine IQ

Le domaine IQ comprend 20 à 25 acides aminés et est largement retrouvé dans les organismes vivants (Sequence motifs for calmodulin recognition 1997 et Calmodulin signaling via the IQ motif 2002).

Plusieurs motifs IQ sont souvent présents dans les molécules, séparés par un nombre constant de résidus, i.e. les liens pourraient avoir d'autres fonctions que la simple connexion des différents motifs.

Protéines à domaine IQ

Motifs de liaisons à la calmoduline dans nav1.5
Motifs de liaisons à la calmoduline dans Nav1.5
Figure : vetopsy.fr d'après Mruc)

Les motifs IQ sont présents dans de nombreuses molécules qui se lient à la calmoduline, et permet aux ions Ca++ de produire et moduler un grand nombre des processus cellulaire.

On trouve ce motif dans (cf. tableau) :

  • les myosines,
  • les canaux voltage-dépendants,
  • les protéines de croissance neuronales,
  • les phosphatases,
  • les protéines de surface du sperme,
  • les protéines échangeuses Ras,
  • les protéines associées au fuseau,
  • une protéine RasGAP,
  • plusieurs protéines spécifiques aux plantes.

1. Dans les myosines, ils contribuent à la formation des chaînes légères calmoduline-like : chaîne légère essentielle (ELC la plus proche du domaine moteur) et chaîne légère régulatrice (Crystal structure of apo-calmodulin bound to the first two IQ motifs of myosin V reveals essential recognition features 2006).

  • Le cou des protéines de myosine possèdent entre un à sept domaines IQ, la plupart trouvés dans plusieurs répétitions en tandem, séparées par 9-16 résidus d'acides aminés.
  • Le cou de la myosine IIa, par exemple, est formé de deux domaines IQ, ([I,L,V]QxxxRGxxx[R,K]), d'autres myosines II jusqu'à 6 et la myosine V en contient 5.

2. Dans les canaux voltage-dépendants, ils sont présents dans :

Autres domaines de liaison à la calmoduline

La liaison des ions Ca++ à la CaM provoque un changement conformationnel qui favorise la liaison à d'autres protéines cibles, qui ne contiennent pas de motifs facilement identifiables (cf. tableau dans Calmodulation meta-analysis: Predicting calmodulin binding via canonical motif clustering 2016).

Un modèle structurel particulier (CMBD) est décrit dans les canaux potassiques sensibles au calcium (KCa), comme IK (KCa3) ou SK (KCa2).

Motifs de liaisons à la calmoduline
Motifs de liaisons à la calmoduline
Figure : vetopsy.fr d'après Kumar)

1. La présence de résidus hydrophobes volumineux (F, I, L, V et W), à la première et dernière position de ces motifs, appelés aussi " ancres ", est indispensable pour ancrer la protéine aux deux lobes de la CaM. (Calcium-induced exposure of a hydrophobic surface on calmodulin 1980). Les positions de ces résidus donne un nom à ces motifs :

  • 1-10 : [FILVW]xxxxxxxx[FILVW] ;
  • 1-5-10 : [FILVW]xxx[FAILVW]xxxx[FILVW]…

Les résidus intermédiaires restants entre ces résidus hydrophobes sont très variables par leur séquence et leur espacement car l'hélice centrale de la CaM est très flexible, ce qui lui permet de se lier à des cibles protéiques extrêmement variées (Backbone Dynamics of Calmodulin Studied by 15N Relaxation Using Inverse Detected Two-Dimensional NMR Spectroscopy: The Central Helix Is Flexible 1992).

2. En outre, la CaM peut aussi se lier à d'autres motifs qui contiennent des résidus hydrophobes plus éloignés (16 et 17 résidus) ou plus proches (6 résidus) que les motifs classiques de liaison dépendant de Ca++ comme :

3. Enfin, la CaM se lie aussi bien aux protéines désordonnées comme la neuromoduline ou la neurogranine qu'aux peptides hélicaux (Structural Basis for the Interaction of Unstructured Neuron Specific Substrates Neuromodulin and Neurogranin with Calmodulin 2013).

Bibliographie
  • Lodish et coll - Biologie moléculaire de la cellule - De Boeck Supérieur, Saint-Laurent, 1207 p., 2014
  • Maillet M. - Biologie cellulaire - Abrégés de Masson, 512 p, 2002