Desmine

INTRODUCTION

En 1976 des chercheurs isolèrent à partir d’un muscle lisse (gésier de poulet) avec un poids moléculaire apparent de 50 kDa une protéine relativement insoluble dans des tampons qui solubilisent la myosine et la majorité de l’actine, les 2 protéines les plus abondantes des muscles qui étaient bien connues à l’époque. Cette nouvelle protéine devenait soluble en présence d’une concentration de  8 M d’urée.  Une électrophorèse sur gel de Polyacrylamide en présence de sulfate de dodécyle sodium (milieu de dénaturation) permet alors de l’isoler pure et ainsi d’en obtenir des anticorps spécifiques. C’est alors que l’on a pu détecter dans un tissu musculaire la localisation précise de cette nouvelle protéine grâce à un immun marquage et si ni l’actine ni la myosine n’étaient impliqués dans le marquage un long filament d’environ 100 angström qui semblaient relier les filaments d’actine au niveau des lignes Z d’un sarcomère vers la membrane plasmique de la cellule musculaire était lui intensément détecté. A partir de ce travail,  cette nouvelle protéine fut baptisée terme grec signifiant lien « δεσμός » et cela demeure son nom aujourd’hui sous le nom de Desmine.

La Desmine

Séquences de la DesmineAujourd’hui, Classée parmi les protéines du  Filament Intermédiaire ( IF ), la Desmine se trouve dans le muscle strié et dans le muscle cardiaque, comme dans toutes les cellules musculaires en général. La Desmine participe à l’accrochage vers la membrane plasmique   des protéines depuis les lignes Z  qui délimitent de part et d’autre  un sarcomère (Voir chapitre les protéines du Sarcomère). La Desmine réalise le lien entre le système contractile et la membrane durant les cycles de contraction du muscle . On trouvera un résumé actuel des principales données de séquence sur cette protéine dans le tableau ci-contre avec le lien suivant (SwissProt =P17661).

Portrait robot de la DesmineOn va rapidement établir  un portrait robot de la Desmine (abréviation = DES) et on a établi que cette protéine présente des extrémités N-terminale (= la tête) et C-terminale (= la queue) qui sont plutôt globulaires et plusieurs segments en Alpha-Hélice connectés entre eux par des segments flexibles.

L’ensemble de ces segments réalise la partie bâtonnet de la protéine. On répertorie dans le structure de la Desmine des Hélices de type A et de type B que l’on identifiera comme 1A puis 1B, et 2A puis 2B.Pour séparer ces zones hélicoïdales on numérote les portion qui forment les liens (=Linkers) et on obtient respectivement L&, L1.2 et L2. Les zones située en N-terminal et en C-terminal sont appelées la Tête et la Queue.

Diméres et Trimères de DesmineCe sont les structures alpha hélicoïdales qui vont favoriser l’association des molécules de Desmine en Dimères puis en tétramères et oligomères comme l’indique le schéma suivant reproduit de l’article cité en référence. Puis l’isolation et l’analyse en microscopie électronique des filaments de Desmine a permis de proposer plusieurs étapes de l’assemblage des Dimères en Tétramères de Desmine. Cette association en Dimère de Desmine puis une Association Dimère-Dimère présentée selon 4 modes d’associations différents est d’abord illustrée avec les mêmes codes couleur vert et violet que dans le portrait-robot.

 

Arrangement en 3 Phases du filament de DesmineUn assemblage résultant d’analyses en microscopie électronique permet de décrire 3 phases importantes pour la formation d’un long filament intermédiaire à partir de monomères de  Desmine. Dans une première phase qui est initiée par l’augmentation de la ionique force, une moyenne de huit tétramères vont s’associer  latéralement en structures que l’on va identifier comme des Unités de longueur (Unit-Length Filaments ; ULFs). Dans la seconde phase plusieurs ULF s’assemblent  longitudinalement pour former des filaments courts. Dans la troisième phase, il y a compactage coopératif des filaments courts en long filaments comme cela est schématisé dans l’illustration ci-contre. On parle alors de filament intermédiaire (IF) mature.

Pour une encore plus large documentation sur la mise en place progressive des filaments intermédiaires consulter le cours sur le site suivant. En 2014 des informations plus précises permettent de proposer un modèle schématique du filament de la Desmine susceptible d’être effiloché et fragmenté en   protofibrilles d’une longueur identique à celle d’un ULF (Length Filament). Les fragments de protofibrilles sont liées longitudinalement par des interactions de dimères de Desmine adjacentes enroulées hélicoïdalement  tête-queue. Consulter l’illustration et les détails des travaux dans la référence indiquée. Une récente démonstration  (2015) indique que la biomécanique du filament de Desmine  suggère qu’il joue un rôle biologique actif dans le muscle en plus de son simple rôle structural comme lien entre plusieurs compartiments cellulaires

Rôle de la Desmine dans le muscle

Au cours du développement du muscle on observe  très précocement la présence de Desmine qui relie les fibres les unes aux autres dans le sarcomère (analyses faites dès 11 jours chez l’embryon de poulet) Il existe une  grande flexibilité de ces filaments de Desmine et l’on observe des glissements des contacts hélices-hélices ce qui confère à la structure en bâtonnet de la Desmine une grande élasticité.

Progressivement on va répertorier de nombreuses protéines associées avec la Desmine. (Pour plus de détails sur ces protéines citées dans la liste ci-dessous voir les feuillets spécifiques qui les concernent). L’ensemble des associations avec la Desmine est indiqué dans la liste ci-dessous. Une illustration permet de résumer les principaux partenaires actuellement détectés comme ayant des relations avec les filaments de Desmine.

Localisation des filaments de desmine dans la cellule musculaireLa modulation par l’entité HSP25 du cytosquelette du filament de Desmine suite à une phosphorylation (cas du muscle Soleus). Une colocalisation plus précise de la Plectine avec le domaine en Bâtonnet du filament Intermédiaire. Une association sur plusieurs zones de l’Alpha/Bêta Cristalline et son impact sur l’organisation du Filament de Desmine et la viabilité de la cellule. Finalement on a eu rapidement une bonne notion du rôle et de la localisation de la Desmine comme cela est commenté dès l’année 2000 dans l’article en référence et sur l’illustration ci-contre. La Desmine joue un rôle central évident  dans l’intégration la structure et la fonction des muscles striés. De nombreuses recherches ont conduit à un nombre croissant d’informations importantes
sur les mécanismes par lesquels la Desmine supervise plusieurs processus cellulaires tels que la distribution selon le compartiment cellulaire  des organites, l’organisation, et la stabilité du sarcolemme en relation avec une intégration de signaux mécaniques corrélés aux cycles de contraction-relaxation d’un muscle.  En outre, la Desmine pourrait servir de centre général d’information sur la signalisation relative à l’intégration des signaux de la matrice extracellulaire vers les organites du cytoplasme  comme par exemple les mitochondries ou le noyau. Le nombre croissant de partenaires de Desmine indique qu’il est important de souligner que si le filament de Desmine est bien un lien entre divers organites et structures membranaires il se révèle que ce filament possède un rôle important dans la  régulation de la fonction musculaire. Ce dernier point indique sans surprise son implication dans des pathologies musculaire comme cela est indiqué dans l’article en référence qui fait une revue approfondie sur le sujet.

Pathologies associées à des défauts de la Desmine

Le déficit en Desmine est récapitulé sous la forme d’un  répertoire des myopathies qui concernent la myofibrille. On va les classer plus particulièrement en myopathies associées à un défaut de Desmine (DRM = desmin-related myopathy) que l’on associe à une faiblesse musculaire en relation avec une altération de la jonction neuromusculaire. Puis il y a les cardiomyopathies dilatées de type II où l’on observe une dilatation ventriculaire et que l’on classe donc comme une cardiomyopathie dilatée ( CMD II ). On observe alors dans ces  cas de pathologies cardiaques que les mutations concernent la partie C-terminale de la Desmine. Enfin on parle du syndrome de  Stark-Kaeser qui est une Amyotropie Spinale progressive et tardive avec accumulation de Desmine. Cela se traduit par une faiblesse et une atrophie musculaire plus particulièrement de la ceinture Scapulo-Péronière. En général dans un premier temps pour les cas de pathologies Neuromusculaires l’étude de la Vimentine et de la Desmine s’impose.Les Sarcomères du mutant sans Desmine apparaissent désorientés et les connexions avec les protéines partenaires sont brisées. Il existe des cas sévères de la maladie d’ Emery-Dreifuss avec des mutations qui concernent à la fois  l’ Émerine comme attendues , mais également la Desmine .

Ainsi on va trouver un  répertoire des différentes mutations sur la Desmine que l’on répertorie sous  le terme de Desminopathie .

Avancées depuis 2012

Une nouvelle étude plus spécifiquement sur la  biomécanique du filament de Desmine rapporte l’analyse dans le cas dune culture primaire de myoblastes humains.
Des analyses ciblées sur la partie C-terminale de la Desmine expliquent en détails les caractéristiques de la Desminopathie.  Un résumé de l’impact des mutations sur la Desmine est présenté en regard avec la cardiomyopathie ventriculaire droite et son impact sur l’arythmie.   La relation entre Nébuline et Desmine est observée en relation avec les mutations sur la Desmine. Un bilan est consultable sur l’ensemble des myopathies concernant les systèmes Myofibrillaires. Des mutants de la Nébuline sont identifiés comme une entrave à une liaison normale pour un assemblage avec le filament de  Desmine.

Mutations détectées sur la séquence primaire de DesmineChez le poisson zèbre (Zébra Fish) on a réalisé un animal modèle sans Desmine. Son étude indique que même une absence partielle de la Desmine, sans agrégats de protéines, est suffisante pour provoquer une pathologie musculaire qui ressemble à celle de de la Desminopathie humaine. La spécificité de l’interaction entre la Desmine et l’Alpha/Bêta-Cristalline est démontrée dans l’article en référence. Son impact sur l’agrégation des filaments ainsi que sur la viabilité des cellules sont soigneusement évaluées dans ce nouveau travail. Une analyse protéomique aborde les anomalies d’agrégation corrélées aux défauts sur la Desmine. Diverses revues donnent des détails sur la Desminopathie dans le cas de familles récessives et/ou avec un phénotype peu commun. Une étude propose la N-acetyl-L-Cystéine comme traitement thérapeutique. Il est de plus rapporté un lien entre Desminopathie et une pathologie avec présence de vacuoles autophagiques. La présence de nouvelles mutations au niveau de la Desmine (partie C-terminale), est actuellement présentée chez des familles polonaises.

Dans l’illustration ci-dessus, il est proposé une compilation sur la séquence humaine de la Desmine en référence avec la séquence disponible sur Swiss-Prot : ( P17661) , l’ensemble des mutations actuellement répertoriés  chez l’homme comme conduisant à une Desminopathie.

En Juin 2015, il est de nouveau établi que les Filaments intermédiaires jouent un rôle central,   (Voir reprise de l’organisation de ces filaments dans une première illustration), dans la régulation de l’Architecture et de la  fonction des cellules. La figure n°4 de l’article cité plus haut illustre de manière didactique l’organisation des filaments intermédiaires de Vimentine et de Kératine ceci aussi bien pour l’allure générale de la cellule que pour l’ancrage spécifiques de divers organelles (Mitochondries, noyau, vésicules cytoplasmiques). Les schémas  concernent  des fibroblastes, des cellules épithéliales ainsi que  des cellules mésenchymateuses.

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur La Desmine il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A) La Desmine 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 : DESMIN; DES
  • Pathologies associées: MUSCULAR DYSTROPHY, LIMB-GIRDLE, TYPE 2R; LGMD2R; CARDIOMYOPATHY, DILATED, 1I; CMD1I ; MYOPATHY, MYOFIBRILLAR, 1; MFM1 ; SCAPULOPERONEAL SYNDROME, NEUROGENIC, KAESER TYPE ; SCPNK.