Constituants cellulaires
Cytosquelette : microfilaments d'actine
Protéines motrices : myosines

Vue d'ensemble des myosines

1. Les myosines constituent une famille de protéines de liaison à l'actine (ABP ou Actin Binding Proteins) qui interagissent avec les microfilaments d'actine pour produire des forces et des mouvements.

Les fonctions des myosines associées aux microfilaments d'actine peuvent être regroupées en deux grandes modalités (systèmes actine-myosine) :

• la production et la transmission de forces au sein des réseaux d'actomyosine, qui participent notamment à la contraction, à l'organisation et au remodelage des réseaux d'actine ainsi qu'aux changements de forme et aux mouvements cellulaires,
• le transport de cargos le long des microfilaments d'actine, qui permet le déplacement intracellulaire de molécules, de complexes macromoléculaires, de vésicules et d'organites.

2. Les autres familles de protéines de liaison à l'actine comprennent :

• des protéines de séquestration qui séquestrent les monomères d'actine G et régulent leur disponibilité pour la polymérisation (thymosine β4, profiline, CAP1 et CAP2 (Cyclase-associated proteins), twinfiline, DNase I…),
• des protéines de nucléation qui initient la formation de nouveaux microfilaments (formines, complexe Arp2/3, protéines à domaines WH2 multiples ou tandem-monomer-binding nucleators…),
• des protéines d’élongation qui favorisent l’ajout de monomères d’actine G à l’extrémité (+) et accompagnent la croissance du microfilament (formines, Ena/VASP, …),
• des protéines de coiffage qui se fixent aux extrémités (+) ou (-) et contrôlent les échanges de monomères (CapZ, gelsoline, twinfiline, tropomoduline…),
• des protéines de sectionnement et de dépolymérisation qui fragmentent les microfilaments et favorisent leur renouvellement (cofiline, gelsoline…),
• des protéines de stabilisation qui limitent la dépolymérisation et stabilisent certains réseaux d'actine (tropomyosines, cortactine…),
• des protéines de réticulation qui relient plusieurs microfilaments afin de former des faisceaux ou des réseaux tridimensionnels (plastines (fimbrines), fascines, villine, espine, α-actinine, filamine…),
• des protéines assurant la liaison entre les microfilaments d'actine et la membrane plasmique, comme les protéines ERM (Ezrine, Radixine, Moésine), les spectrines et la dystrophine.

L'ankyrine participe également à ces complexes d'ancrage par son interaction avec les spectrines et diverses protéines membranaires, mais sans se lier directement aux microfilaments d'actine.

Remarque : certaines ABP sont dites multifonctionnelles car elles participent à plusieurs mécanismes.

Par exemple les formines, classées dans les protéines de nucléation, peuvent aussi participer au coiffage de l'extrémité barbée (+) et à l'élongation.

Fonctions des systèmes actine-myosine

Les fonctions des systèmes actine-myosine reposent sur l'interaction des domaines moteurs des myosines avec les microfilaments d'actine, couplée à l'hydrolyse de l'ATP.

Les interactions entre les myosines et les microfilaments d'actine assurent deux grands types de fonctions :

• la production et la transmission de forces au sein des réseaux d'actomyosine,
• le transport de cargos le long des microfilaments d'actine.

Réseaux d'actomyosine

Production de forces, de tensions et de mouvements

Les interactions entre les myosines et les microfilaments d'actine permettent de convertir l'énergie chimique fournie par l'hydrolyse de l'ATP en travail mécanique (Forcing cells into shape: the mechanics of actomyosin contractility 2020)

1. Selon la classe de myosines, l'organisation des microfilaments et le contexte cellulaire, ce travail mécanique peut produire :

a. le déplacement d'une myosine le long d'un microfilament, notamment par les myosines V lors de transport de vésicules, d'organites ou de complexes macromoléculaires,

b. le glissement relatif de microfilaments sous l'action principalement des myosines II, notamment lors de :

• la contraction musculaire,
• la cytokinèse,
• la rétraction de l'arrière de la cellule au cours de la migration.

c. la mise sous tension et la contraction d'un réseau d'actine, principalement sous l'action des myosines II non-musculaires, notamment dans le cortex cellulaire, les fibres de stress et au niveau des adhérences cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire.

2. L'activité des systèmes actine-myosine peut être modulée par des protéines associées aux microfilaments d'actine.

Dans les cellules musculaires, ces mécanismes diffèrent notamment entre les muscles striés squelettique et cardiaque et le muscle lisse et sont détaillés dans les chapitres consacrés à leur contraction.

Organisation et remodelage des réseaux d'actine

L'activité des myosines contribue à organiser et à remodeler les réseaux de microfilaments d'actine en exerçant des forces sur les filaments et en provoquant leur déplacement relatif.

Cette organisation et ce remodelage sont principalement assurés par :

• les myosines II, qui réorganisent et contractent les réseaux d'actine en rapprochant et en faisant glisser des microfilaments,
• les myosines I, qui participent au remodelage du cortex cellulaire en reliant les microfilaments d'actine aux membranes,
• les myosines X, qui participent à l'organisation des faisceaux d'actine et à la formation et à la dynamique des filopodes.

Les effets produits dépendent de la polarité, de l'orientation et du mode d'organisation des microfilaments constituant le réseau.

Désassemblage et fragmentation des réseaux d'actine

Les forces produites par les myosines, principalement les myosines II, peuvent contribuer au désassemblage et à la fragmentation des réseaux d'actine (Myosin motors fragment and compact membrane-bound actin filaments 2013).

1. Cette activité dépend notamment de l'architecture du réseau d'actine (Actin Network Architecture Can Determine Myosin Motor Activity 2012).

• Dans des systèmes reconstitués, les myosines contractent et désassemblent préférentiellement les structures formées de microfilaments antiparallèles.
• Les faisceaux parallèles sont beaucoup moins affectés (" sélection d'orientation ").

2. Les forces exercées par les filaments de myosine II peuvent également imposer des contraintes de compression aux microfilaments et provoquer (F-actin buckling coordinates contractility and severing in a biomimetic actomyosin cortex 2012) :

• leur flambage, c'est-à-dire leur courbure sous l'effet de forces de compression,
• leur fragmentation lorsque les contraintes mécaniques deviennent suffisantes,
• l'accélération du déplacement des fragments produits, plus courts et plus facilement entraînés par les myosines,
• leur compaction par rapprochement et accumulation des fragments d'actine sous l'action des myosines.

3. Ces mécanismes, associés à l'action des protéines de sectionnement, participent au renouvellement et à la réorganisation des réseaux d'actine :

• dans le cortex cellulaire,
• au cours de la migration cellulaire,
• au cours de la cytokinèse.

Transport le long des microfilaments d'actine

Certaines myosines utilisent les microfilaments d'actine comme rails pour assurer le transport intracellulaire de vésicules, d'organites et de complexes macromoléculaires.

Ce transport est assuré :

• par les myosines V, moteurs processifs adaptés au transport des cargos, impliqués dans le transport de nombreux cargos le long des microfilaments d'actine, notamment des vésicules, des endosomes et certains organites,
• par la myosine VI, qui se déplace vers l'extrémité pointue (-) des microfilaments et participe notamment au transport associé aux voies de l'endocytose,
• par certaines myosines I, qui participent à des transports locaux et aux mouvements de membranes et de vésicules, particulièrement dans le cortex cellulaire.

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