Calpains 1 and 3 : molecular interactions with N1 line region of human titin
Interactions moléculaires des calpaïnes 1 et 3 avec la région N1 de la titine humaine
Résumé
Calpains are papain-like cystéine protease first identified several years ago. Because they are present in the cytosol of mammalian cells and because they are activated in response to Ca2+ mobilization, they are thought to be involved mainly in cell signalling pathways. They could participate in cellular responses such as apoptosis, proliferation, extracellular matrix adhesion and motility, that have relevance to pathophysiological issues in dystrophies, ischemia, neuronal diseases, tumor progression. The objective of our investigations is to elucidate activation mechanisms of calpains since association between calpain 3 and titin was shown to be essential to regulate activity of the protease. Here we consider molecular intercations between calpains (1 and 3) and the N1 line region of human titin. We first showed that calcium binding in this region induced a spontaneous agregation. These structural changes could affect the amount of calpain 1 bound to the immunoglobulin-like domain I4 of titin. We further defined the immunoglobulin-like I5 as the calpain 3 binding site that sized in the extreme vincinity of the calpain 1 binding site. Nevertheless, it sounds that calcium dependant changes on titin have no effects on calpain 3 binding. Only structural changes on calpain 3 itself could influence its association with the N1 line region of titin. In light of these results, titin appears to be a strong modulator of calpainolytic activity.
Les calpaïnes sont des protéases à cystéine de type papaïne identifiées depuis plusieurs décennies. Parce que leur expression est cytosolique et parce que leur activité est contrôlée par la concentration de Ca2+, il est maintenant admis qu'elles jouent un rôle essentiel dans la signalisation intracellulaire. Elles participent ainsi au contrôle de l'apoptose, de la prolifération, de l'adhérence à la matrice extracellulaire et de la mobilité cellulaire. Il n'est donc pas étonnant qu'elles soient impliquées dans les pathologies lourdes (dystrophies musculaires, ischémies, dégénérescences neuronales, mobilité cellulaire invasive). L'objectif de nos recherches est d'élucider les mécanismes d'activation de différentes calpaïnes (Capn1,Capn2, Capn3) et les voies de signalisation qu'elles mettent en jeu. En effet, l'association de la calpaïne 3 avec la titine est un élément essentiel dans la régulation et l'activation de la protéase. Dans ce cadre, ce travail visait à caractériser les interactions moléculaires des calpaïnes 1 et 3 avec la région N1 de la titine humaine. Nous avons pu montré que cette région pouvait fixer très fortement du calcium permettant la polymérisation des molécules de titine. Cette structuration calcium dépendante conditionne la fixation de la µ-calpaïne sur le domaine I4 de la titine. La seconde partie du travail a permis de caractériser la colocalisation de la calpaïne 3 avec la calpaïne 1 au niveau du domaine I5. A l'inverse de la µ-calpaïne , l'association de la calpaïne 3 ne semble pas dépendre de la structure de la titine mais plutôt des changements structuraux pouvant intervenir sur la protéase elle-même quand elle fixe du calcium. A la lumière de ces résultats, la titine apparaît comme un régulateur de l'action calpainolytique
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Biologie cellulaire
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