Les changements structurels induits par la cofiline dans les filaments d’actine restent locaux
L’actine est une protéine cytosquelettique majeure qui joue un rôle crucial dans un certain nombre d’événements biologiques impliquant la génération de force et les changements de forme. Les monomères d’actine sont polymérisés en filaments d’actine, qui servent de noyau au cytosquelette d’actine avec de nombreuses protéines associées. Bien que l’actine purifiée puisse être polymérisée spontanément dans des conditions physiologiques dans des tubes à essai, l’assemblage et le démontage de l’actine sont contrôlés spatialement et temporellement dans les cellules. Par exemple, l’assemblage directionnel concerté des filaments d’actine peut pousser les membranes et les organites, tandis que le démontage des filaments d’actine contribue au remodelage cytosquelettique et au recyclage des monomères d’actine démontés pour un nouveau cycle de polymérisation de l’actine. Par conséquent, une régulation coordonnée de l’assemblage et du démontage de l’actine est souvent nécessaire pour obtenir des comportements cellulaires normaux. En particulier, le démontage du filament d’actine est une tâche difficile dans le cytoplasme. Une fois l’actine polymérisée, la dissociation spontanée lente des sous-unités d’actine des filaments limite le taux de renouvellement global de l’actine. De plus, le cytoplasme contient généralement des concentrations élevées de monomères d’actine qui peuvent augmenter l’assemblage net de l’actine. L’un des facteurs qui favorisent le démontage du filament d’actine est la famille de protéines du facteur de dépolymérisation de l’actine (FAD) / cofiline, qui est exprimée dans divers types cellulaires chez les eucaryotes et impliquée dans les processus cellulaires qui nécessitent un réarrangement dynamique du cytosquelette d’actine, tels que la migration cellulaire, la cytokinèse et la morphogenèse (1, 2). L’ADF/cofiline (ci-après dénommée cofiline) favorise la dépolymérisation de l’actine et améliore le renouvellement de l’actine (3⇓ -5). La cofiline se lie au côté des filaments d’actine à un rapport molaire de 1:1 (cofiline: sous-unité d’actine) de manière coopérative de sorte que des amas de régions décorées de cofiline sont générés. Ensuite, la coupure du filament se produit fréquemment au niveau ou à proximité des limites entre les régions décorées de cofiline et nues du filament (6, 7). Par conséquent, la cofiline coupe plus efficacement les filaments d’actine lorsque la cofiline se lie aux filaments à de faibles densités (8). Cependant, le mécanisme de la coupure du filament sur les bords des amas de cofiline reste flou. Les filaments d’actine liés à la cofiline sont structurellement différents des filaments d’actine nus (9⇓-11), ce qui a conduit à une hypothèse selon laquelle les discontinuités structurelles aux limites entre les régions liées à la cofiline et les régions nues génèrent des points mécaniquement fragiles (12). Cependant, d’autres études démontrent que les changements structurels induits par la cofiline se propagent dans des régions nues (13, 14). Pour clarifier ce problème, un groupe de collaboration dirigé par De La Cruz et Sindelar (15) a récemment analysé les variations structurelles des filaments d’actine avec des amas de cofiline en utilisant la microscopie cryo-électronique et a démontré que les changements structurels induits par la cofiline sont limités dans deux sous-unités d’actine aux limites. Dans PNAS, Huehn et al. (16) déterminer en outre les structures quasi atomiques de la cofiline et de l’actine aux limites et montrer que la cofiline n’induit des changements structurels sur les sous-unités d’actine que localement par des contacts directs sans affecter les sous-unités d’actine voisines dans une région nue. La structure à haute résolution des sous-unités d’actine aux marges des amas de cofiline fournit des indices pour comprendre le mécanisme de la rupture du filament d’actine induite par la cofiline.
Les filaments d’actine sont des polymères hélicoïdaux bibrins polarisés (17). La polymérisation de l’actine de manière empilable génère deux extrémités de filaments aux propriétés biochimiques distinctes : les extrémités pointues (ou moins) et barbelées (ou plus) (18) (Fig. 1 BIS). La cofiline entre en contact avec deux sous-unités d’actine positionnées longitudinalement sur le même protofilament et modifie la torsion du filament (9). La cofiline modifie également la conformation des sous-unités d’actine de sorte que les contacts longitudinaux entre les deux sous-unités d’actine sont perturbés (10, 11). Même avec la perturbation induite par la cofiline dans les liaisons actine-actine, les filaments d’actine saturés de cofiline ne sont pas facilement fragmentés (8) car la cofiline agit comme un pont transversal qui stabilise les deux sous-unités longitudinales d’actine. Lorsqu’une seule molécule de cofiline est liée à un filament, Huehn et al. (16) constatent que seule la sous-unité d’actine supérieure (côté extrémité pointue) adopte la conformation induite par la cofiline, de sorte que la liaison longitudinale actine-actine n’est perturbée qu’entre la sous-unité supérieure liée à la cofiline (i à la Fig. 1B) et la sous-unité adjacente positionnée longitudinalement (+2 sur la Fig. 1B). Ainsi, une seule cofiline fait un point fragile sur un seul protofilament sans affecter le protofilament opposé, ce qui n’est pas suffisant pour provoquer une coupure efficace.
