Obscurine

INTRODUCTION

La mise en place des protéines musculaire au niveau des myofibres, la Myofibrillogénèse dans les muscles striés est un processus très complexe qui dépend de l’ensemble coordonné et intégré d’un grand nombre de protéines, appartenant au cytosquelette et composant les sarcomères. Cette organisation va nécessiter des relations avec le réticulum sarcoplasmique et les tubules transverses autour de chaque sarcomère et va faire intervenir des protéines qui seront proposées pour jouer un rôle important dans la stabilisation des Sarcomères. Bien sûr dans un premier temps en plus des filaments épais et minces, le sarcomère de muscle strié contenait plusieurs autres types de filaments correspondant à des protéines plus ou moins élastiques, qui furent  baptisées la Titine et  la Nébuline. Puis dans la région du Disque-Z on va découvrir que l’extrémité périphérique de la Titine périphérique contenait un site  de liaison pour une nouvelle protéine l’Obscurine

L’ Obscurine

Cette nouvelle protéine fut baptisée Obscurine en 2001, du fait que la définition de l’adjectif obscure, provenant du Dictionnaire « New Oxford » était  avec le sens suivant: (a) difficile à voir ou faire sortir, (b) qui n’est pas bien connu, et/ou (c) pas facile à comprendre. Ces trois définitions sont totalement appropriées à cette nouvelle protéine l’ Obscurine, qui n’avait pas été identifiée précédemment et qui avait été difficile de caractériser en raison de sa complexité, de sa grande taille, et de sa relativement faible abondance.

Séquences relative à l'ObscurineL’ Obscurine, une protéine de plus de 8000 acides aminés qui constituent la séquence de  la troisième protéine dite « géante» du sarcomère. Toutes les informations de séquences concernant cette protéine géante et sa version similaire mais plus courte (like) sont réunies dans le tableau ci-dessous. On va par ailleurs trouver des détails supplémentaires sur le site Swiss-Prot indiqué : Q5VST9, et O75147. Les sigles sont respectivement : OBSCN et OBSL1

Portrait-robot de l'ObscurineDans la littérature il est décrit 5 isoformes différentes pour l’Obscurine   : Isoforme 1Isoforme 2Isoforme 3Isoforme 4 , et Isoforme 5, mais on aura surtout des informations sur les formes A et B de l’Obscurine. Un portrait-robot est présenté ci-dessous et correspond à la traduction des informations que l’on trouve dans l’article original.

Au sein de cette structure on peut définir plusieurs domaines et en établir la liste. On trouve dans l’isoforme B de l’Obscurine :

  • -55 Motifs Ig (représenté par un rectangle beige clair)
  • 3 Domaines Fibronectine de type III (représenté par un rectangle bleu vif)
  • 1 Domaine SH3 (représenté par un rectangle Rouge)
  • 2 Domaines Kinase (représenté par un rectangle bleu foncé)
  • 1 Domaine PH, comportant environ 120 résidus correspondant à une séquence dite Pleckstrin Homology,. Cette séquence PH peut être phosphorylée et liée à l’inositol. (Représenté par un rectangle brun foncé).

On trouve également identifié au sein de la structure de l’ Obscurine, un domaine d’environ 200 résidus connu sous le terme de domaine DBL-homologue,   ou domaine DH que l’on retrouve dans  25 protéines connues actuellement ce qui constitue la famille des protéines DBL, et qui est situé au sein de l’ Obscurine juste avant le domaine PH.

  •  1 Domaine IQ, qui  est d’environ 25 acides aminés de longueur, qui contient un motif conforme à la séquence consensus [I, L, V] QxxxRGxxx [R, K], et  dont la structure aux rayons  X est disponible sur un exemple (représenté par un rectangle violet clair).
  • 1 Domaine  Rho GEF (rho-guanine nucleotide exchange factor = RhoGEF) (représenté par un rectangle vert).
  • 1 Domaine C-terminal pour l’ancrage   des Ankyrines   (représenté par un rectangle rose). Pour plus de détails sur cette organisation  consulter l’article original .

Portrait robot de l'Obscurine-likeCependant quelques années plus tard (2007) on identifiera une protéine similaire mais plus courte que l’on baptisera « Obscurin-like » et dont certaines particularités seront indiquée dans cette fiche, mais qui fut découvert avec plusieurs tailles identifiées comme les formes 1a, 1b et 1c. Un portrait robot de cette Obscurine plus courte  (OBSL1)  est présenté ci-contre.

organisation spatale partielle de l'Obscurine

 

L’arrangement spatial de différents Motifs Ig au niveau de l’Obscurine « longue » ( OBSCN) a été bien étudié et la relative homogénéité de ces motifs est évidente pour autant l’allure architecturale du domaine dit SH3 comme celui de son domaine voisin dit PH sont rapporté sur un schéma récapitulatif sur l’arrangement tridimensionnel de cette partie de la molécule d’ Obscurine.

 

Rôle de l’ Obscurine

L’Obscurine est  une protéine à multifacettes . On va déterminer tout au long de cette séquence de L’Obscurine de type A des sites d’associations pour de nombreux partenaires avec  lesquels elle entre en contact et dont la liste est la suivante :

Association avec la Titine Q8WZ42 ou la Novex 3 (une isoforme de la Titine), la Myomésine Q5VTT5, la MyBP-C (muscle lent Q00872), La Calmoduline P62158 , la RanBP9 Q96S59 , TC10 P17081, la RhoA P61586, les Ankyrines ((1.5 et 1.9) = P16157 et 2.2 Q01484) et la Myosine (Voir chapitre la Myosine).

Principaux partenaires de l'ObscurineDans le cas de l’Obscurine de type B on trouve une variation C-terminale qui permet l’ancrage des protéines suivantes :

– la LIM -9 Q9NQ69 qui est une phosphatase initialement trouvée chez Caenorhabditis elegans, et la SCPL-1 Q8T3G2.

L’ensemble de ces sites d’associations se trouve illustré ci-dessous et on pourra consulter des informations plus détaillées dans l’article original .

Présence de l'Obscurine dans la bande M du sarcomèreComme le montre le schéma sur la Bande-M, il existe plusieurs associations spécifiques avec la myosine d’une part mais aussi avec Titine et avec l’ Obscurine comme cela est décrit dans le chapitre des découvertes sur les différents partenaires de la Myomésine.  C’est en fait avec un dimère de Myomésine que des implications structurales au niveau de la ligne-M révèlent en particulier la présence de l’ Obscurine comme cela est illustré dans le schéma ci-contre.

Pour autant il existe aussi dans cette même zone des détails sur l’assemblage de  l’Obscurine et de la Titine au niveau de la ligne M qui ont récemment été mieux compris. En particulier grâce à des données en 3D une illustration permet de représentation spatiale du complexe entre Titine et Obscurinemontrer  comment la portion de la Titine « domaine M10 » forme un complexe avec le N terminus des Obscurines « domaine Obsl1 et/ou Obs1 ». Dans myofibrilles cardiaques il existe une grande stabilité mécanique pour les complexes entre la Titine et l’ Obscurine et en 2015 des détails supplémentaires figurent dans l’article en référence sur la stabilité du complexe illustré dans le diagramme présenté ci-contre.

Par ailleurs, c’est dans l’assemblage des fibres cardiaques que le rôle de l’ Obscurine a plus particulièrement été mis en évidence.  L’incorporation de l’Obscurine est une étape très précose durant la myogénèse cardiaque pour un bon agencement des myofibres au sein d’un tel muscle. Mais ce rôle existe  également dans le muscle squelettique. En effet il y a grâce à la présence de l’Obscurine dans le muscle strié un assemblage autour  des myofibrilles au niveau de la bande-M et ainsi l’Obscurine ancre les myofibrilles au sarcolemme, alors que la Desmine et la  Distribution de l'Obscurine au sein de la bande-M du sarcomèreSynémine réalisent des liens intermédiaires entre  les myofibrilles au niveau des disques-Z-disques ce qui va permettre de  connecter les myofibrilles périphériques avec le  sarcolemme. Par ailleurs il y aura une association spécifique pour le sarcolemme  et le noyau via  la Plectine et la Cristalline, mais aussi dans le cas d’une jonction neuromusculaire distribution de l’Obscurine dans la zone post synaptique autour des plis de jonctions (voir détails dans l’article en référence). Un schéma récapitulatif permet d’illustrer la présence au niveau de la bande –M de l’Obscurine au niveau d’un sarcomère.

Mais progressivement il va être découvert de nombreuses liaisons directes entre l’Obscurine et certains partenaires dans le muscle squelettique. Parmi les protéines les plus récemment mises en évidence, on citera son rôle pour une association avec :l’Ankyrine Ank1.5 ,    la TC10 , la MyBP-C et le complexe  LIM-9 (FHL)/SCPL-1 (SCP) .

Actuellement les associations de l’Obscurine se situent principalement au niveau de la Bande–M et les relations étroites entre la Titine, la Myomésine et l’Obscurine mis il existe aussi une mise en place plus précise des Ankyrines (plus particulièrement la forme Ank1.5). En 2012 des études sur le modèle Drosophile montraient que l’Obscurine était indispensable à la bonne symétrie des sarcomères au sein des muscle spécifiques du vol (IFM= indirect flight muscle). Puis une année plus tard une étude précise sur la distribution de la forme musculaire de l’Ankyrine, ankB qui est dirigé de façon ciblée par l’Obscurine à la bande de M, va contribuer à mieux déterminer l’organisation des microtubules subsarcolemmales, à une meilleure localisation de la Dystrophine au sein des  costamères, et au maintien de l’intégrité du sarcolemme.

Relation entre l’Obscurine et les Pathologies.

 

Du fait de son importance dans le muscle cardiaque, c’est dans le cadre  des cardiomyopathies hypertrophiques  (Hypertrophic cardiomyopathy = HCM), que des défauts de l’ Obscurine sont actuellement recherchés. Les  myopathies héréditaires sont ainsi des champs de recherche pour d’éventuels défauts entraînés par des anomalies de l’Obscurine.

 Muttions identifiées sur la forme OBSL1En ce qui concerne des pathologies associées Il était connu que la forme du syndrome dit “3-M syndrome (MIM 273750) “ était caractérisée par un retard de croissance prénatal en l’absence de pathologie maternelle ou placentaire reconnaissable et par l’échec de la croissance de rattrapage postnatale entraînant une petite taille. Pour autant dès 2009 la forme OBSL1 était proposé comme susceptible de jouer un rôle dans cette pathologie et les résultats présenté dans cette étude démontrent que la perte de OBSL1 conduit à une régulation négative de CUL7, ce qui implique un rôle pour OBSL1 dans le maintien de niveaux des protéines et de CUL7 ce qui suggère que les deux protéines sont impliquées dans la même voie moléculaire. En 2010 de nombreuses mutations furent détéctées sur la protéine Obscurine-like en relation avec un tel syndrome. La mutation sur le résidu Arginine 812 présent dans le motif Ig7  est cause du syndrome dit « 3M-syndrome » et ce site présent à la surface pourrait avoir une relation avec un possible contact protéine-protéine. Les mutations détectées au sein du gène codant pour la forme OBSL1 sont retranscrites de l’article en référence et présentées ci-contre.

Plus récemment ce trouble de la croissance est maintenant trouvé comme pouvant être associé à une mise au silence du facteur IGF2, mais également la détection d’une nouvelle mutation au sein de la protéine CUL7.

Avancées depuis 2013

Chez Caenorhabditis elegans la protéine baptisée CPNA-1 (= copine domain protein atypical-1 ) participe aux sites d’adhésion de l’Intégrine et de ses protéines associées. Dans le travail ici référencé, il est indiqué son rôle nécessaire avec comme protéine de la bnde-M la protéine  UNC-89 (=Obscurine), pour la stabilité des myofilaments Les domaines kinases de l’Obscurine sont capables de former une association avec les  protéines d’adhésion cellulaire.

distribution des Obscurines dans différents compartiments cellulairesLes Obscurines sont des protéines géantes mais actuellement leur rôle modeste mérite le  dans le feu des projecteurs comme le démontre la revue en référence. Cet aperçu sur les Obscurines met l’accent sur de nouveaux résultats qui démontrent une importance insoupçonnée jusqu’ici pour ces protéines géantes en particulier dans la signalisation cellulaire et dans la progression de diverses  la maladie. On va trouver l’ Obscurine,  soit dans le muscle, soit au sein des cellules épithéliales,  uniquement dans les zones colorées qui sont clairement identifiées comme l’indique l’illustration ci-dessous.

En 2014, on trouvera ainsi comme illustré en couleur dans la Figure n°1du travail en référence,  un bilan complet de toutes les isoformes de protéines nommées les Obscurines, indiquant par là même que cette large famille de protéines peuvent avoir un poids moléculaire qui varie de 900 kDa à 50 kDa , justifiant ainsi qu’au sein d’une cellule musculaire et/ou non musculaire de telles entités peuvent y jouer le rôle d’un Goliath et/ou d’un David. De plus une nouvelle étude sur le modèle Drosophile permet de mieux cerner le rôle de la partie C-terminale de l’ Obscurine et en particulier les zones dédiée à la fonction kinase.

Un tout récent travail rapporte des mutations au sein de l’ Obscurine (OBSCN)  qui sont associées à une cardiomyopathie dilatée avec haplo-insuffisance. Ces résultats sont compilés sur le portrait-robot de l’ Obscurine comme cela est présenté dans le schéma ci-contre.

En 2016 ne nouvelle étude indique une modification et une perte de l’organisation du  sarcomère au niveau de la ligne-M est induite par l’exercice dans le muscle du diaphragme des souris qui est modifiée pour ne pas exprimer l’ Obscurine.

De plus en 2017,  de nouvelles séquences  variantes de la séquence de l’ Obscurine furent identifiés ainsi que de que le montre les résidus mutés distribués au long des répétitions colorées comme cela est représenté dans l’illustration ci-contre en référence au plus récent travail sur ce sujet .

Par ailleurs c’est la liaison de la Myomésine avec l’Obscurin-Like-1 et la Titine au niveau de la ligne-M qui offre une protection mécanique du sarcomère comme semble l’illustrer les plus récents travaux dans ce domaine, ce qui permet de résumer la situation par l’illustration présentée ci-dessous.

 

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur l’Obscurine et sa version courte mais similaire (like) il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)     L’Obscurine et l’Obscurine-like 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 : OBSCURIN; OBSCN

Pathologies associées: Pas de mutation décrite à ce jour (2015).** Voir une analyse de la déficience en Obscurine chez la souris.

Protéine : OBSCURIN-LIKE 1; OBSL1

Pathologies associées: THREE M SYNDROME 2; 3M2