La géométrie d'ancrage est un facteur important pour déterminer la direction de la kinésine

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15417 (2022) Citer cet article

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Les moteurs basés sur les microtubules Kinésine-14 ont une queue N-terminale attachant le noyau catalytique à sa charge et se déplacent généralement vers les extrémités négatives des microtubules, tandis que la plupart des autres kinésines ont une queue C-terminale et se déplacent vers les extrémités positives. La perte de séquences conservées externes au domaine moteur provoque le passage de la kinésine-14 à la motilité positive, montrant qu'un attachement N-terminal est compatible avec la motilité positive. Cependant, il n'y a pas eu d'étude systématique sur le rôle de la position d'attache dans la motilité des extrémités négatives. Nous avons donc examiné la motilité des kinésines monomères 14 ne différant que par leur point d'attache. Nous constatons qu'un point d'attache C-terminal amène les kinésines-14 à devenir dirigées vers l'extrémité positive, avec une direction de rotation en tire-bouchon des microtubules et un pas dans les tests de motilité similaires à ceux de la kinésine-1, ce qui suggère que les kinésines C-14 et N -kinésine kinésine-1 partage une fonction centrale catalytique hautement conservée avec un biais intrinsèque plus-end. Ainsi, un attachement N-terminal est l’une des exigences de la motilité de l’extrémité négative de la kinésine-14.

Le mouvement unidirectionnel des protéines motrices kinésines le long des microtubules est important dans de nombreux processus cellulaires chez les eucaryotes, notamment le transport des organites et la division cellulaire. En général, la plupart des N-kinésines telles que les kinésines-1 à -10 et -12, dans lesquelles le domaine moteur est situé dans la partie N-terminale, se déplacent vers les extrémités plus des microtubules, tandis que certaines C-kinésines telles que la kinésine-14, dans lequel les domaines moteurs sont situés au niveau de la partie C-terminale, se déplacent vers les extrémités négatives des microtubules1,2. Cependant, toutes les kinésines n'ont pas une motilité aussi purement unidirectionnelle et un changement de direction a récemment été observé dans certaines kinésines provenant de levures et de champignons. Certaines kinésines-5, les N-kinésines qui sont normalement dirigées vers l'extrémité positive, ont la capacité remarquable de se déplacer également vers l'extrémité négative des microtubules et de changer de direction dans diverses conditions3,4,5,6,7, tandis que certaines kinésines-5, 14 (C-kinésine, qui sont normalement dirigées vers l'extrémité négative) montrent une bidirectionnalité dépendante du contexte8,9. Malgré les directions opposées de leurs motilités longitudinales, le noyau catalytique des N-kinésines telles que la kinésine-1 et des C-kinésines telles que la kinésine-14 sont remarquablement similaires dans leur structure 3D et leurs séquences d'acides aminés1,10,11. De plus, les N-kinésines telles que les kinésines-112, -213, -314, -515, -616 et -817 et la C-kinésine kinésine-1418,19 génèrent également un couple qui, avec leur motilité longitudinale, entraîne une translocation en forme de tire-bouchon de microtubules glissant sur un ensemble de moteurs fixés à une surface. À l'exception de la kinésine-1 dimère processive, qui suit avec précision un protofilament individuel dans le microtubule20, les N-kinésines dirigées vers l'extrémité positive entraînent un mouvement de tire-bouchon vers la gauche du microtubule12, tandis que la kinésine-14 dirigée vers l'extrémité négative entraîne un mouvement de tire-bouchon vers la gauche du microtubule12. entraîne un mouvement de tire-bouchon vers la droite18. Cette inversion de la direction du tire-bouchon avec la direction suggère que la composante génératrice de couple latéral de la motilité de la kinésine est exactement la même dans les deux types de moteur (Fig. 1 supplémentaire)12.

Contrairement à la similitude de leur structure et de leur fonction de noyau catalytique, la kinésine-1 et la kinésine-14 ont leurs propres régions uniques adjacentes aux extrémités C et N de leur noyau catalytique (Fig. 1a et Fig. Supplémentaire 2a, b). ). Dans la kinésine-1, une région C-terminale d'environ 15 acides aminés appelée neck-linker, qui s'étend de l'hélice α6 dans le noyau catalytique, subit des changements conformationnels induits par des changements dans l'état des nucléotides de la kinésine . On pense que la conformation d'accueil de ce lien de cou sur le noyau catalytique est le principal événement générateur de force pour les N-kinésines. Récemment, il a été suggéré qu'un brin β N-terminal appelé brin de couverture dépassant du noyau moteur de la kinésine-1 interagirait avec le lien du cou, formant un «faisceau de couverture du cou», qui module la génération de force le long du microtubule. axes longitudinaux23,24 et latéraux courts25. Cependant, le mécanisme de génération de force d'amarrage du neck-linker n'est pas conservé dans toutes les N-kinésines, puisque certaines N-kinésines telles que les kinésines-6 et -10 sont dépourvues de régions typiques du neck-linker . Contrairement aux N-kinésines, les kinésines-14 de la C-kinésine possèdent une structure hélicoïdale α unique appelée hélice du cou, reliée directement à l'extrémité N-terminale de la feuille β1 dans le noyau catalytique qui est hautement conservée dans toutes les kinésines. -14 membres28. On a émis l’hypothèse qu’une oscillation rotationnelle de l’hélice du cou serait responsable de la génération de force et de la directionnalité de l’extrémité négative des kinésines-14, équivalente à l’oscillation du bras de levier proposée pour les protéines motrices de la myosine à base d’actine29, bien que l’état nucléotidique dans lequel la les balançoires cou-hélice restent controversées19,30,31,32. De plus, la kinésine-14 contient également une région courte C-terminale appelée imitation du cou qui dépasse de l'hélice α6. Bien que le neck-mimic présente peu de similitudes avec le neck-linker des N-kinésines au niveau des acides aminés, il contient plusieurs acides aminés basiques et hydrophobes qui sont hautement conservés dans la kinésine-14s33. Le mimique du cou n'a pas été détecté dans les structures de microscopie cristallographique ou cryoélectronique de la kinésine-14 de type sauvage Drosophila melanogaster Ncd30,34 ou Saccharomyces cerevisiae Kar335, mais a été détecté dans la structure du membre de la kinésine-14 KCBP (liaison de la calmoduline de type kinésine protéine), où la région C-terminale comprenant le mimétique du cou s'est ancrée sur le noyau catalytique de la même manière que le lieur du cou dans les N-kinésines36. Dans Ncd avec la mutation unique T436S, il a également été démontré que les trois premiers résidus de la région imitant le cou s'amarraient au noyau catalytique . Les tests biochimiques et de motilité indiquent également que l'imitation du cou du Ncd peut réguler l'affinité de liaison du Ncd avec les microtubules et la motilité dirigée vers l'extrémité négative33. Ces études suggèrent que la région C-terminale imitant le cou des C-kinésines pourrait également être impliquée dans la génération de force pour la motilité dirigée vers l'extrémité négative, de la même manière que le lieur du cou des N-kinésines pour la motilité dirigée vers l'extrémité positive. .