Calponine

INTRODUCTION

En 1986, à partir d’un extrait musculaire provenant d’un gésier de poulet, on a mis en évidence une nouvelle protéine . On  va désigner celle-ci sous le terme de Calponine.

La Calponine fut tout d’abord analysée comme ressemblant à la Troponine-C de muscle squelettique, mais elle se trouve totalement absente de ce muscle et seulement présente dans le muscle lisse ou dans les tissus autres que musculaires comme cela va être découvert progressivement.

Portrait robot de la CalponineCette protéine présente une grande stabilité thermique, une capacité à se lier aussi bien à la calmoduline qu’au calcium,  mais également à la Tropomyosine ainsi qu’au filament d’Actine. Puis dans une seconde étape,  la Calponine est clonée par la même équipe de chercheurs japonais La littérature rapporte  cependant l’existence de 2 formes  dites : acide et basique,  de la Calponine , qui furent également clonées un peu plus tard. A cette date, on dispose alors de la séquence primaire  de la protéine. Un portrait–robot  peut alors être dressé et figure dans l’illustration ci-contre. Dans la séquence primaire comme présenté sur l’illustration du portrait–robot, différents motifs seront identifiés comme :

  • 3 zones dites «  Calponin-Like repeats »
  • 1 motif référencé CH (Calponin-Homology) Domain

Portrait robot de la CalponineOn pourra consulter de plus larges informations sur les sites indiqués (Atlas CNN1) ; et (Atlas CNN3).

Un tableau résume à la date d’aujourd’hui,  les données de séquences sur ces nouvelles petites protéines dont 3 isoformes codifiées CNN sont identifiées. Consultation des fiches détaillées respectives sur les sites suivants : P51911    /     Q99439      /    Q15417.

Définition du domaine CH

C’est après la découverte de la Calponine qu’est né le concept d’un motif consensus pour la liaison à l’actine que l’on va codifier comme CH (=Calponin Homology). Ce domaine dit CH va permettre de mieux identifier les résidus essentiels dans l’architecture d’un domaine ABD déjà indiqué au niveau de l’Alpha-Actinine comme nécessaire à la liaison avec l’actine. La première structure tridimensionnelle du domaine CH a été déterminée à 2,0 Å de résolution en 1997. La découverte et l’identification de très nombreuses protéines qui se lient à l’Actine, vont permettre de définir divers types de domaines CH qui furent alors répertoriés. Ainsi ce domaine CH qui se retrouve parfois légèrement modifié dans de nombreuses protéines associées au cytosquelette d’actine va être soigneusement analysé et comparé. Il va ensuite être facile de réaliser un alignement comparatif des résidus constitutifs impliqués comme cela est illustré dans le schéma suivant.

Alignement de séquences de divers domaines CHIl apparait donc que chaque domaine CH est constitué de plusieurs structures en alpha hélices que l’on va codifier de A à G comme cela est indiqué dans la comparaison en 1998 de 3 séquences primaires provenant de différentes protéines avec des domaines CH de types différents. (Voir l’article en référence dans l’illustration pour plus d’informations, les séquences comparée proviennent de la Spectrine et de la Finbrine). Chaque domaine CH au sein de ces diverses protéines va permettre de contraindre spécifiquement le filament d’actine. Une telle configuration va également aider ces dernières à participer à la transduction du signal cellulaire approprié.

organisation spatiale de divers domaines CHUne comparaison de diverses vues stéréoscopiques pour ces domaines CH , dont la séquence a été présentée plus haut montre la ressemblance frappante de ces 3 domaines CH issus de séquences différentes

Il est considéré que 2 types distinct de domaine CH existent ce qui va permettre de clairement définir le domaine ABD (Actin Binding Domain). Il est cependant établi que l’ordre de succession des domaines CH de type 1 et/ou type 2 au sein d’une protéine importait peu, pour la liaison à l’Actine. Cela indique qu’indépendamment de l’ordre dans lequel une protéine réalise son contact avec l’Actine,   la liaison à l’Actine était toujours efficace. Pour autant les contraintes varient en fonction de l’ordre de ces domaines CH et devient en cela spécifique pour chaque protéine. Un tel travail fut établi en réalisant des chimères à partir de la séquence de l’Alpha-Actinine comme cela est décrit en détails dans l’article en référence.

Après l’identification d’une nouvelle protéine, l’Alpha-Actinine (voir fiche spécifique), les découvertes se succèdent et il va s’en suivre de multiples analyses comparatives des séquences ainsi trouvées.  Cela  va permettre d’établir dans un premier temps une liste de séquences primaires regroupant des protéines capable de se lier à l’actine.

Résidus requis pour les motifs CH d'un domaine ABDOn va alors tenter de définir un profil idéal pour s’associer à l’Actine. Pour cela on a déterminé la taille et la nature de la séquence nécessaire à cette reconnaissance. On parle alors de zone ABD (zone pour la liaison à l’Actine soit un « Actin Binding Domain»). Cela donna naissance au concept qu’une portion de la séquence d’une protéine pouvait correspondre à un domaine, ici le domaine ABD. Les résidus retrouvés constants dans plusieurs séquences sont indiqués en rouge Majuscule et Gras dans la séquence de l’Alpha-Actinine présentée ici et constituent des acides aminés dits essentiels pour une association avec l’Actine, en référence aux données comparatives décrites dans l’article indiqué .

Avec la découverte de partenaires toujours plus nombreux, il va apparaitre que la séquence minimum requise pouvait varier. Pour une douzaine de protéines référencées comme des « Actin Binding Proteins » la séquence suivante  = Leu-Lys-His-Ala-Glu-Thr, apparaissait nécessaire pour se lier à l’Actine, mais diverses autres séquences avaient également cette propriété comme les séquences suivantes = Asp-Ala-Ile-Lys-Lys-Lys, et aussi   Leu-Ala-Asp-Tyr-Leu (Voir article en lien). Appliqué aux données précédentes et en particulier au niveau de la fibrine (voir article indiqué) on retrouvera la zone ABD (domaine de liaison à l’Actine) qui va donc être schématisé comme contenant 2 motifs CH. Par ailleurs,  un peu plus tard la cristallisation du domaine ABD de l’Alpha-Actinine de type 4, va permettre   d’en obtenir une image plus précise Ce modèle fut ensuite affiné et donna naissance à 2 schémas de modélisation. Le même type d’approche va également permettre, au sein de ce domaine,  de mieux comprendre l’impact réel sur la conformation du domaine ABD d’une mutation (cas de l’exemple de transformation du résidu Lys-255 en Glu).

Arrangement spatial de 2 motifs CH formant un domaine ABDEnfin le fait que, les 2 domaines CH de l’alpha-Actinine soit en tandem,  conduit à observer que ces domaines lient la  F-actine dans une conformation ouverte. Cela  explique pourquoi  les mutations dans ces régions  conduisent à des maladies humaines. En fait cela suggère  que l’ouverture de ces domaines peut être l’un des principaux mécanismes de régulation des protéines associées à l’actine lorsqu’elles possèdent ce type de domaine ABD. On peut repérer sur l’image ci-dessous, que le domaine ABD de l’Alpha-Actinine de type 4,  présente une séquence homologue au segment original de l’Alpha-Actinine de 250 résidus présenté plus haut, et correspondant ici aux résidus Ala 47-Ala-271 de cette forme 4 . Il existe bien différentes hélices au sein de cette structure qui sont notées de A à G (noter la particularité que la structure de l’Alpha-Actinine de type 4 ne présente pas d’hélice D).

Arbre phylogénétique des domaines CHLa compilation des données sur de nombreuses protéines se liant à l’Actine permettra ensuite de proposer un profil unique déduit des diverses versions de motifs dits CH provenant de l’analyse de 104 séquences de protéines différentes (voir article en référence). Une illustration schématise l’arbre phylogénétique des domaines CH,  établi pour l’ensemble de ces diverses protéines possédant des domaines dits « ABD ».

Les Rôle de la Calponine et ses partenaires

Le rôle biologique de la Calponine émerge maintenant lentement, à partir de ces différentes fonctions cellulaires qui concernent plus particulièrement la stabilisation des filaments d’Actine. Cela  contribue, dans différents types cellulaires, à un équilibre dans la balance entre forme filamenteuse et forme globulaire de l’Actine.

Nouvelle structure de la CalponineLa Calponine démontre son importance pour ce qui est de la liaison à l’actine.Aujourd’hui son squelette est totalement établi et le schéma suivant permet de mieux établir le rôle de chacun de ses motifs. En particulier si le motif CH (Calponin-Homology)  aide à la reconnaissance de l’actine, que sont  les zones d’hélices baptisées CLIK (Calponin-LIKE) et qui de se fait   permettent également  de stabiliser cette liaison avec l’Actine. Ainsi il existe bien au sein de la Calponine plusieurs sites de contacts avec l’Actine.

Chronologiquement les premiers résultats démontrent que la Calponine est capable de s’associer avec des paracrystaux de Tropomyosine.

Une association de la Calponine avec l’Actine est rapidement établie. On va constater par ailleurs que la Calponine peut  dégradée par la Calpaïne. Puis le complexe entre la Calponine et la Calmoduline fut alors bien caractérisé.  Il existe par ailleurs une augmentation du cisaillement induit par la Calponine sur  les filaments d’Actine décorés par cette dernière. Ce phénomène semble exacerbé si on augmente  la concentration en Calponine sur ce filament. L’utilisation de la spectroscopie RMN permet de mieux comprendre les associations Actine-Calponine et Calmoduline-Calponine et le rôle du calcium. Par ailleurs, la Calponine se trouve impliquée dans le développement normal de la larve de H. armigera. Cette étude montre un retard et une croissance réduite de cette larve démontrant ainsi une nouvelle propriété de la Calponine.

Rôle de la Calponine

La Calponine est d’abord  considérée comme une composante essentiellement  structurellde l’appareil contractile du muscle lisse des vertébrés. Son rôle au sein du complexe entre Actine et Myosine est alors démontré.
On va identifier  par la suite que la Calponine est la  cible d’une phosphorylation calcium-dépendante, permettant une régulation de son rôle au sein du complexe Acto-Myosine. Sa fonction  est alors décrite comme modulable par la Calmoduline mais également par la protéine Kinase de type C.

 La relation entre Calponine et Tropomyosine est définie de façon plus détaillée dans l’article en référence.

On va ensuite établir que la Calponine régule  avec la Caldesmone la contraction musculaire et la formation du complexe entre Actine et Myosine dans le muscle lisse.
Le fait qu’il existait une phosphorylation possible de la Calponine impliqua l’existence d’un principe inverse et la possibilité d’une déphosphorylation avec la participation d’une phosphatase spécifique. Un bilan sur la Calponine et la régulation du filament fin du muscle lisse est alors établi. Puis rapidement la Calponine est également apparue comme impliquée dans un certain nombre de régulations. La Calponine participe à des événements de transduction du signal dans le cytosquelette d’Actine. Elle permet de réduire la motilité des cellules métastatiques et d’en limiter ainsi l’invasion tissulaire.

  •  Si la Calponine de type 2 est associée avec le développement des crêtes neurales (voir article en référence, son rôle d’effecteur), pour ce qui concerne la Calponine de type 3, cette protéine participe au remodelage des fibres de stress constituées d’Actine, ce qui est nécessaire pour la motilité cellulaire et la contraction des fibroblastes situé dans le derme. Cette étape est importante dans le processus de la cicatrisation.
  • Une nouvelle étude évalue le devenir de la Calponine,  parmi d’autres protéines spécifiques du muscle lisse, en particulier au cours du processus de la régénération tissulaire et au cours de l’évolution de certaines pathologies (cas du microenvironnement de la vessie pathologique). Études menées  suite à des traitements  avec de  la  Rapamycine par exemple.

 De plus larges études sont maintenant engagées sur la façon dont la Calponine entre en relation avec l’Actine, quels sont les mécanismes qui influent sur la flexibilité du filament d’actine, et comment la Calponine va finalement stabiliser le réseau d’actine sous-membranaire.

La Calponine et les Pathologies   

 

On trouve dans la littérature la définition d’un site préférentiel de mutation au sein de la Calponine que l’on corrèle avec le développement d’un cancer. La Calponine est présente dans le muscle lisse, mais actuellement aucune corrélation claire n’a encore été faite avec une pathologie spécifique à ce muscle. Cependant la  Calponine apparait comme une cible thérapeutique pour lutter contre le développement des cancers, en particulier au niveau des tissus non-musculaires.

Ainsi en 2014,  il apparait que la forme dit H2 de la Calponine serait un potentiel marquer d’un cancer du poumon. Une diminution de l’expression de cette forme H2 de la Calponine que l’on trouve au sein du muscle lisse mais également dans les cellules non musculaire aurait pour conséquence une augmentation de la  prolifération  de la migration  cellulaire dans le cas  du cancer de la prostate.  Cette même année on assigne une nouvelle fonction à la forme H2 de la Calponine. Cette protéine serait capable de jouer un rôle dans  la régulation de la thrombose du sang total et de favoriser l’adhésion des plaquettes lors de l’écoulement physiologique.

 En conclusion

Pour suivre en complément l’évolution des connaissances sur les Calponines il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)      Les Calponines avec leurs  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).