Des scientifiques se sont associés pour étudier comment la myosine convertit l’énergie en travail – Technoguide

Une équipe de biophysiciens de l’Université du Massachusetts à Amherst et du Penn State College of Medicine a entrepris de s’attaquer à la question de longue date sur la nature de la génération de force par la myosine, le moteur moléculaire responsable de la contraction musculaire et de nombreux autres processus cellulaires. La question clé qu’ils ont abordée – l’un des sujets les plus controversés dans le domaine – était: comment la myosine convertit-elle l’énergie chimique, sous forme d’ATP, en travail mécanique?

La réponse a révélé de nouveaux détails sur la façon dont la myosine, le moteur du muscle et des protéines motrices associées, transforme l’énergie.

En fin de compte, leurs recherches sans précédent, méticuleusement répétées avec différents contrôles et revérifiées, ont confirmé leur hypothèse selon laquelle les événements mécaniques d’un moteur moléculaire précèdent – plutôt que suivent – les événements biochimiques, remettant directement en question la vision de longue date que la biochimie les événements déclenchent l’événement générateur de force. Le travail a été publié dans le Journal of Biological Chemistry.

Complétant des expériences complémentaires pour examiner la myosine au niveau le plus infime, les scientifiques ont utilisé une combinaison de technologies – piégeage laser à molécule unique à UMass Amherst et FRET (transfert d’énergie de résonance de fluorescence) à Penn State et à l’Université du Minnesota. L’équipe était dirigée par le biophysicien musculaire Edward “Ned” Debold, professeur agrégé à la UMass Amherst School of Public Health and Health Sciences; le biochimiste Christopher Yengo, professeur au Penn State College of Medicine; et le biophysicien musculaire David Thomas, professeur au Collège des sciences biologiques de l’Université du Minnesota.

«C’était la première fois que ces deux techniques de pointe étaient combinées ensemble pour étudier un moteur moléculaire et répondre à une question séculaire», dit Debold. «Nous connaissons depuis 50 ans la vaste portée du fonctionnement de choses comme les moteurs musculaires et moléculaires, mais nous ne savions pas en détail comment cela se produit au niveau le plus infime, les mouvements à l’échelle nanométrique. le capot d’une voiture et en examinant le fonctionnement du moteur. Comment consomme-t-il le carburant et le transforme-t-il en travail lorsque vous appuyez sur la pédale d’accélérateur? “

En utilisant son test de piège laser à molécule unique dans son laboratoire, Debold et son équipe, y compris les étudiants diplômés Brent Scott et Chris Marang, ont pu observer directement la taille et la vitesse des mouvements mécaniques nanométriques de la myosine lorsqu’elle interagissait avec un seul filament d’actine, son partenaire dans la génération de force. Ils ont observé que l’étape de génération de force, ou coup de force, s’est déroulée extrêmement rapidement, presque dès qu’elle s’est liée au filament d’actine.

Dans des expériences parallèles utilisant des tests FRET, l’équipe de Yengo a confirmé cette vitesse rapide de la course de puissance et avec des études supplémentaires ont démontré que les étapes biochimiques clés se sont produites par la suite et beaucoup plus lentement. Une analyse plus approfondie a révélé 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 collecté ses données séparément des miennes et nous avons combiné et intégré les résultats», explique Debold. “Je pouvais voir des choses qu’il ne pouvait pas, et il pouvait voir des choses que je ne pouvais pas, et en combinaison, nous avons pu révéler de nouvelles idées sur la façon dont un moteur moléculaire transduise l’énergie. Il était clair que la mécanique s’est produite en premier, suivie de les événements biochimiques. “

Soulignant l’importance de l’examen de la transduction d’énergie à l’échelle nanométrique a des implications très larges, explique Debold. «Il ne s’agit pas seulement de la façon dont les muscles fonctionnent», dit-il. «C’est aussi une fenêtre sur le nombre d’enzymes motrices dans nos cellules qui transforment l’énergie, de celles qui entraînent la contraction musculaire à celles qui provoquent la division d’une cellule.

Des connaissances détaillées sur ce processus pourraient aider les scientifiques à développer un jour des traitements pour des maladies telles que l’insuffisance cardiaque, le cancer et plus encore. «Si vous comprenez comment fonctionne le moteur moléculaire, vous pouvez utiliser cette information pour améliorer la fonction lorsqu’elle est compromise, comme dans le cas d’une insuffisance cardiaque», explique Debold. “Ou si vous voulez empêcher une cellule tumorale de se diviser, vous pouvez utiliser ces informations pour empêcher la génération de force. Savoir exactement comment se produit la génération de force pourrait être très utile pour quelqu’un qui essaie de développer un médicament pour inhiber un moteur moléculaire pendant la division cellulaire. , et finalement le cancer. “

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