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La recherche indique les petits groupes neufs dans la façon dont la myosine transduces l'énergie

Une équipe des biophysiciens de l'université du Massachusetts Amherst et de l'université d'État de Penn du médicament s'est mise à aborder la question de longue date au sujet de la nature du rétablissement de force par la myosine, du moteur moléculaire responsable de la contraction musculaire et de beaucoup d'autres processus cellulaires. La question clé qu'ils ont abordée - un des sujets les plus controversés dans le domaine - étaient : comment la myosine convertit-elle l'énergie chimique, sous forme d'ATP, en travail mécanique ?

La réponse a indiqué les petits groupes neufs dans la façon dont la myosine, l'engine du muscle et protéines associées de moteur, transduces l'énergie.

En fin de compte, leur recherche sans précédent, méticuleusement répétée avec différents contrôles et revérifiée, a supporté leur hypothèse que les événements mécaniques d'un moteur moléculaire précèdent - plutôt que suivez - les événements biochimiques, contestant directement la vue de longue date que les événements biochimiques déclenchent l'événement force-produisant. Le travail, publié dans le tourillon de la biochimie, a été sélecté en tant que sélection d'un éditeur pour « fournir une cotisation exceptionnelle à l'inducteur. »

Complétant des expériences complémentaires pour examiner le niveau minutieux de myosine tout au plus, les scientifiques ont employé une combinaison des technologies - piégeage unique de laser de molécule chez UMass Amherst et FRETTE (transfert d'énergie de résonance de fluorescence) à l'État de Penn et à l'université du Minnesota. L'équipe a été aboutie par le biophysicien Edouard « Ned » Debold, professeur agrégé de muscle dans l'école d'UMass Amherst de la santé publique et des sciences de santé ; biochimiste Christopher Yengo, professeur à l'université d'État de Penn du médicament ; et biophysicien David Thomas, professeur de muscle dans l'université des sciences biologiques à l'université du Minnesota.

C'était la première fois que ces deux techniques tranchantes ont été combinées ensemble pour étudier un moteur moléculaire et pour répondre à une question historique. Nous avons connu pendant 50 années l'étendue grande de la façon dont les choses comme le muscle et les moteurs moléculaires fonctionnent, mais nous n'avons pas connu les détails de la façon dont cela se produit tout au plus niveau minutieux, le nanoscale fait signe. Il est comme nous examinons sous le capot d'un véhicule et examinons comment l'engine fonctionne. Comment le fait pour prendre l'essence et pour la convertir en travail quand vous appuyez l'accélérateur ? »

Edouard « Ned » Debold, professeur agrégé, école d'UMass Amherst de santé publique et de sciences de santé

Utilisant son analyse unique de trappe de laser de molécule dans son laboratoire, Debold et son équipe, y compris des étudiants de troisième cycle Brent Scott et Chris Marang, pouvaient observer directement la taille et le régime des mouvements mécaniques du nanoscale de la myosine car il a agi l'un sur l'autre avec un filament unique d'actine, son associé moléculaire en le rétablissement de vigueur. Ils ont observé que l'opération force-produisante, ou powerstroke, extrêmement rapide produit, presque dès qu'il bondiront au filament d'actine.

Dans des expériences parallèles utilisant des analyses de FRETTE, l'équipe de Yengo a confirmé ce débit rapide du powerstroke et avec des études complémentaires a expliqué que les opérations biochimiques principales se sont produites par la suite et beaucoup plus lentement. Analyse approfondie indiquée pour la première fois comment ces événements pourraient être coordonnés par les mouvements intramoléculaires profondément à l'intérieur de la molécule de myosine.

« Chris Yengo a rassemblé ses caractéristiques séparé du mien et nous avons combiné et avons intégré les résultats, » Debold dit. « Je pourrais voir les choses qu'il ne pourrait pas, et il pourrait voir les choses que je ne pourrais pas, et en association nous pouvions indiquer des analyses nouvelles dans la façon dont un moteur moléculaire transduces l'énergie. Il était clair que la mécanique se soit produite d'abord suivi des événements biochimiques. »

Mettre en valeur l'importance d'examiner la transduction d'énergie au niveau de nanoscale a des implications très grandes, Debold explique. « Il n'est pas simplement au sujet comment le muscle fonctionne, » de lui dit. « C'est également un hublot dans combien d'enzymes de moteur dans nos cellules transduce l'énergie, de ceux qui pilotent la contraction musculaire à ceux qui font diviser une cellule. »

La connaissance détaillée au sujet de ce procédé a pu aider des scientifiques un jour à développer des demandes de règlement pour des conditions telles que l'insuffisance cardiaque, le cancer et plus. « Si vous comprenez comment le moteur moléculaire fonctionne, vous pourriez employer cette information pour améliorer le fonctionnement quand elle a compromis, comme dans le cas de l'insuffisance cardiaque, » Debold dit. « Ou si vous vouliez empêcher une cellule tumorale de se diviser, vous pourriez employer cette information pour éviter le force-rétablissement. Savoir exact le force-rétablissement se produit pourrait être très utile pour quelqu'un essayant de développer un médicament pour empêcher un moteur moléculaire pendant la division cellulaire, et éventuel le cancer. »

Les chercheurs ont présenté des découvertes préliminaires de leur découverte d'inauguration en février dernier à la rencontre annuelleth 64 de la société biophysique et présenteront une étude complémentaire complémentaire le mois prochain à la rencontre annuelleth 65, qui est le plus grand rassemblement des biophysiciens de partout dans le monde.

Source:
Journal reference:

Gunther, L.K., et al. (2020) FRET and optical trapping reveal mechanisms of actin activation of the power stroke and phosphate release in myosin V. Journal of Biological Chemistry. doi.org/10.1074/jbc.RA120.015632.