Alpha-Actinine

INTRODUCTION

Récapitulatif des séquences d'Alpha-ActinineC’est dans les années 70 que les Japonais décrivirent les premiers la protéine qui sera référencée par la suite sous le  terme : Alpha-Actinine . On détermine tout d’abord que cette protéine s’associe avec le filament d’Actine-F.Cette protéine est alors associée au processus dit de gélation de l’actine.

On compte 4 isoformes d’Alpha-Actinine dont l’abréviation est ACTN. Les informations de séquences sont résumées dans le tableau suivant avec les liens respectifs pour chaque isoforme :  (P12814    /  P35609   /    Q08043   /    O43707 ).

Portrait-robot de l'Alpha-ActinineUn portrait robot a ensuite été déduit d’après les analyses et les résultats sur la séquence primaire de ces diverses isoformes des Alpha-Actinines. On y définit plusieurs domaines dont la liste est indiquée ci-dessous :

  • Du N- au C-terminal on trouve les différents motifs qui permettent des interactions bien spécifiques : · Une zone N-terminale dite ABD (Actin Binding Domain) qui permet une association avec le filament d’Actine. Cette zone contient en effet deux motifs dits CH (Calponin Homology) ·
  • Puis on va progressivement définir 4 zones répétitives centrales au sein de l’Alpha-Actinine. On définira alors ces séquences répétitives comme des structures de type Spectrine (voir chapitre la Spectrine), c.à.d. similaires aux séquences répétitives d’environ une centaine de résidus qui s’organisent en une structure en triple hélice comme cela fut déjà découvert au sein de la Spectrine. C’est cette zone qui permet le contact entre les protéines possédant également ce genre de zones répétitives. ·
  • Enfin en partie C-terminale, on trouve Deux motifs EF (ou main EF) dont le rôle est de stabiliser le calcium dans une poche peptidique appropriée.

Organisation spatiale du dimère d'Alpha actinineAvec cette organisation l’épaisseur du dimère d’Alpha-Actinine est évaluée à 55 Angström et peut facilement s’orienter pour présenter de façon opposée les zones N-terminales susceptible de s’associer avec des filaments d’Actine F. On trouvera des détails sur cet assemblage et sur la régulation de l’expression de la protéine dans l’article en référence.

Si l’Alpha-Actinine a bien été identifiée comme une protéine permettant d’ancrer la F-Actine, cette propriété va lui permettre de participer à une grande variété de structure intracellulaire. La distribution de l’Alpha-Actinine sera trouvée riche au sein de structures comme les zones d’adhésion focale ou zones dites de jonctions intermédiaires entre les cellules, mais également au niveau de la ligne Z du sarcomère.

Association dimérique d'Alpha-ActinineSon étude révèlera rapidement que l’Alpha-Actinine se rencontre non pas sous sa forme monomérique mais sous la forme d’un  homodimère antiparallèle au sein de la cellule. (Voir représentation schématique ci contre).

Régulation de la conformation du dimère d’Alpha-Actinine via le PiP2

C’est plus récemment que le  cristal de l’alpha-Actinine est obtenu et analysé et permet de mieux saisir les changements conformationnels de ce dimère d’Alpha-Actinine. La régulation de l’association de l’Alpha-Actinine avec le filament d’Actine fait intervenir la participation du PiP2 (Phosphatidyl inositol diphosphate = Définition et Formule) 

Homodimère d'Alpha-Actinine en présence de PIP2Un schéma présenté ci-dessous indique comment la liaison du PiP2 sur le site N-terminal de chaque monomère d’Alpha-Actinine libère chaque domaine de liaison avec l’Actine de l’interaction avec la partie C-terminale du monomère d’Alpha-Actinine en vis-à-vis pour rendre alors possible une association avec le filament d’Actine qui se trouvait auparavant en association avec la partie C-terminale du monomère en vis-à-vis ( voir détails dans la revue de référence  et comparer ce schéma avec le précédent).

On indique comme dans l’article en référence que la partie C-terminale contenant les motifs EF se trouve alors libre de s’associer avec les zones répétitives de la Titine. On va donc définir précisément l’organisation et la distribution de l’Alpha-Actinine dans le muscle strié.

De plus on va progressivement découvrir que la   partie centrale de l’Alpha-Actinine possède la capacité de se plier  et même se tordre.

Les partenaires de l’Alpha-Actinine

Ainsi l’ensemble de sa structure rend possible de multiples contacts avec différents partenaires dont les principaux sont présenté ci-dessous. Parmi les associations avec l’Alpha-Actinine et en plus de l’association avec le filament d’Actine, on trouvera dans le muscle cardiaque et squelettique, une localisation similaire au niveau des lignes Z des sarcomères, pour les protéines suivantes :

  •  La Myozénine-2 ( MYOZ2 )
  • L’isoforme Alpha de la Calcineurine Calmoduline-dépendante ( PPP3CA )
  • et bien sûr les structures répétitives de la Titine ( TTN ).

Mais également pour renforcer la liaison entre les filaments d’Actine et l’Alpha-Actinine au niveau des lignes Z, la participation dans le muscle squelettique de la protéine dite : PDZ et LIM associée (PDLIM3 :  Synonyme, ALP).

Cette association avec l’ALP se localiserait dans la zone répétitive de l’Alpha-Actinine. L’oligomérization du Syndécane-4 , un protéoglycane de la surface cellulaire dit « héparane sulfate protéoglycane », permettrait de réguler son association avec l’Alpha-Actinine  . Avec de plus au niveau de la membrane de la cellule, l’existence d’une association Alpha-Actinine et Intégrine  qui demande la participation de la sous-unité Bêta-1 de l’Intégrine.

De même au niveau des structures impliquées dans la jonction cellule-cellule on va identifier la présence de l’Alpha-Actinine et des filaments d’Actine du réseau sous-membranaire mais aussi une liaison avec la  Calmoduline, (CaM ). 

Par ailleurs, il existe des travaux qui mentionnent  l’association de la Plectine et de l’Alpha-Actinine formant un complexe avec l’isoforme b de l a Dystonine ( BPAG1 ). Une récente étude indique également  qu’une kinase dite (Bifunctional UDP-N-acetylglucosamine 2-epimerase/N-acetylmannosamine kinase =  GNE  ),  réalise une liaison avec l’Alpha-Actinine.

Enfin, on notera que la technique du  double – hybride a permis de mettre en évidence une autre association directe de l’Alpha-Actinine avec la Vinculine. L’ensemble de ces complexes protéiques autour de l’ Alpha-Actinine permet ainsi un meilleur contrôle des performances contractiles des muscles striés, squelettiques et cardiaques.

Principaux partenaires de l'Alpha-ActinineCependant on rapporte que la Fesseline  une nouvelle protéine de la famille des Synaptopodines des qui est associée avec le filament d’Actine, se lie étroitement avec l’Alpha-Actine dans le muscle lisse, ce qui affaiblirait la relation de l’Alpha-Actinine avec les filaments d’Actine.

Une illustration directement issue de l’article en référence montre que l’Alpha-Actinine se trouve au centre  d’un réseau de partenaire situé au niveau de la ligne-Z et participe activement à la dynamique de cette zone de la fibre musculaire.

Pathologies associées à des défauts de l’Alpha-Actinine :

 Une  déficience en Alpha-Actinine de type 3 conduit dans le muscle squelettique à des altérations des flux de calcium et de l’activité de phosphorylation du glycogène. Mais cela ne semble pas s’accompagner d’une  désorganisation des protéines de la ligne Z. Par contre l’absence de liaison  Alpha-Actinine et Vinculine conduirait à une formation de dépôts de Némaline. Ainsi l’analyse de la  pathophysiologie des myopathies du filament Fin indiquerait que des défauts sur le gène codant pour l’Alpha-Actinine pourraient être responsables de la Myopathie à bâtonnet ( Nemalin body formation = Nemalin Myopathy = NM )

On aura aussi un récent travail de recherche qui impliquerait la Kinase GNE   (voir la signification du  sigle GNE) dans des myopathies Héréditaires de type Hereditary inclusion body myopathy (HIBM).

  • Avancées en 2013

Des études chez le vers Caenorhabditis elegans permettent d’identifier la Vinculine (DEB-1) et l’Alpha-Actinine (ATN-1) dans une zone dite du corps dense (niveau Disque Z) en rapport avec l’unique Zyxine (ZYX-1) comme un complexe de protéine qui est impliqué dans la régénération musculaire sous la dépendance du complexe associé à la Dystrophine. Il existe selon la recherche fondamentale présentée dans l’article en référence une transmission de force musculaire via la matrice extracellulaire sous la dépendance de l’Intégrine qui implique l’ α-Actinine comme acteur dans le processus de la maturation de l’adhérence cellulaire.

Schéma d'un Dimère antiparrallèleLa protéine baptisée Alpha-Actinine 4 (ACTN4) est un co-activateur transcriptionnel de RelA/p65,  une sous-unité de NF-kB. L’extrémité C-terminale de l’ Alpha-Actinine 4 (ACTN4)  est capable de moduler sa sensibilité à la m-Calpaïne et ce qui joue un rôle important dans la migration et la diffusion cellulaire.

Un récent travail propose une Modélisation nouvelle de l’Assemblage en multiples domaines de la protéine dite Alpha-Actinine-4 et  reformule ainsi son rôle dans la réticulation du réseau de filament d’Actine. Un schéma récapitulatif de l’assemblage antiparallèle est présenté ci-contre.

Le processus de phosphorylation soit de l’Alpha-Actinin1 et ou de l ‘Alpha-Actinine 4  implique une tyrosine essentielle. Cela joue un rôle important pour : 1) la mise en place des fibres de stress, 2) l’entretien et 3) la maturation de l’adhésion focale. Il est mis en évidence un complexe contenant LPP et Alpha-Actinine comme médiateur du TGFß ce qui est  induit par la migration et l’invasion des cellules exprimant ErbB2 dans le cas d’un cancer du sein.

Des mutations au niveau de l’Alpha-Actinine 1 sont actuellement impliquées comme conduisant à une pathologie connue sous le terme de  Macrothrombocytopénie Congénitale.

  • fig 6 alpha actinineEn fin 2013 une revue fait le bilan sur l’implication de l’Alpha-actinine de type 4 dans le développement du cancer du sein avec un schéma récapitulatif des zones d’interaction de cette protéine, l’Alpha-Actinine  avec ses multiple partenaires comme cela est schématisé dans l’article et illustré ci-dessous. (consulter l’article en référence pour d’autres illustrations et plus de détails.)

Une évidence apparait aujourd’hui pour la participation de l’Alpha-Actinine 4 dans les phénomènes d’invasion cellulaire dans les cellules

Une analyse originale met en évidence a relation entre  l’Alpha-Actinine et le cancer de la thyroïde. Un autre travail montre un  possible rôle pour des types Alpha-Actinines non-musculaires dans la cellule musculaire. Une approche plus détaillée du rôle de l’Alpha-Actinine de type 4 apparait pour ses relations avec le réseau d’Actines cytoplasmiques.

  • Autres avancées depuis 2015

epissage de ACTN1 humaineUn nouveau  travail analyse plus particulièrement  la forme de type 1 de l’Alpha-Actinine humaine.. Il est indiqué dans cet article que selon les tissus observés il y a des différences d’épissage et que cela donne une forme longue de l’Alpa-Actinine dans le cerveau tandis que dans les tissus non-musculaires et dans le muscle lisse on trouve des formes plus courtes. Une illustration présentée ci-contre résume la situation.

 

4 doamine s EF sur la séquence ACTN1 humaineD’autre part les 3 formes de l’ Alpha-Actinine de type 1 sont étudiées quant aux  divers domaines EF qui les composent et l’étude propose non pas 2 motifs EF mais bien 4 motifs. Une comparaison des séquences primaires de chaque forme permet de mieux définir  leurs Affinités respectives pour le  calcium et montre comme cela est illustré ci-contre que les séquences de connexions sont plus ou moins longues selon le domaine EF considéré, avec cependant une bonne affinité pour le calcium seulement pour le domaine EF1.

Il existe par ailleurs, un tandem de phosphorylation impliquant les résidus Tyrosines (Tyr4   et  Tyr31) dans une région intrinsèquement désordonnées qui permet de réguler la fonction de la protéine ACTN4.

Une nouvelle revue fait le point sur les connaissances actuelles de l’Alpha-Actinine et propose des perspectives génétiques comme axe thérapeutique. La fonction biologique et les implications cliniques sur cette famille de protéines est également abordé dans l’article en référence.

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur chaque membre de la famille des Alpha-Actinines il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)      Chaque isoforme d’Alpha-Actinine avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

  • Protéine :   ACTININ, ALPHA-1 ; ACTN1
  • Pathologies associées :   BLEEDING DISORDER, PLATELET-TYPE, 15 ; BDPLT15
  • Protéine :   ACTININ, ALPHA-2 ; ACTN2
  • Pathologies associées :     CARDIOMYOPATHY, DILATED , 1AA; CMD1AA
  • Protéine :   ACTININ, ALPHA-3 ; ACTN3
  • Protéine :   ACTININ, ALPHA-4 ; ACTN4
  • Pathologies associées :     FOCAL SEGMENTAL GLOMERULOSCLEROSIS 1 ; FSGS1