Mécanisme moléculaire de la cyclose

Intervention du système actine-myosine-ATP

Des données pour établir le mécanisme moléculaire de la cyclose dans la cellule géante des Characées
- Une technique expérimentale mise en oeuvre avec la cellule géante des Characées: la perfusion intracellulaire
Cette technique est à l'origine de nombreuses expérimentations qui ont contribué à l'élaboration d'un modèle moléculaire du mécanisme de la cyclose. Voir principe.
- Des "câbles" d'actine à l'interface ectoplasme-endoplasme
Des observations ultrastructurales (1966) révèlent la présence de fibrilles formées, chacune, de plusieurs dizaines de microfilaments (5nm de diamètre), à la surface interne des rangées de chloroplastes de l'ectoplasme .Ces câbles sont orientés parallèlement à la direction des mouvements de cyclose. La désorganisation localisée du tapis de chloroplastes perturbe la cyclose jusqu'à ce que les câbles soient reconstitués (1972). La cytochalasine B, mycotoxine qui déstabilise l'actine F (polymère de l'actine G formant des microfilaments), ajoutée au liquide de perfusion, bloque la cyclose dans la cellule géante qui a conservé une partie de son endoplasme (1972). L'utilisation (plus récente) d'anticorps anti-actine marqués par un fluorochrome montre que les microfilaments sont constitués d'actine.
- Des interactions entre actine et myosine à l'interface ectoplasme-endoplasme
Les images ultrastructurales, obtenues par Nagai et Hayama (1979), de coupes très fines de cellule géante de Chara (sans membrane vacuolaire), dans lesquelles la cyclose n'est plus active, montrent de nombreux organites endoplasmiques "rangés" contre les fibrilles ectoplasmiques décrites ci-dessus.Ces organites présentent des expansions qui sont en contact avec les fibrilles par l'intermédiaire de corps globuleux disposés régulièrement. Cela rappelle les figures d'actomyosine observées dans le muscle.
L'introduction à la place de l'ensemble endoplasme-vacuole d'un milieu convenablement choisi avec microsphères de latex recouvertes de molécules d'une myosine hétérologue permet d'observer un déplacement des " faux" organites à la surface interne de l'ectoplasme (Shimmen 1981).
- L'ATP indispensable
Dans la cellule géante sans vacuole, l'absence d'ATP dans le milieu de perfusion entraîne un arrêt de la cyclose avec de nombreux organites endoplasmiques bloqués contre les fibrilles d'actine. L'introduction de l'ATP (Mg²⁺indispensable) dans le milieu de perfusion fait repartir la cyclose.
- Une myosine isolée de la cellule géante des Characées
Une myosine est isolée d'un extrait d'endoplasme de cellule géante de Chara corallina par Yamamoto (1994). Sa structure est dans un premier temps révélée par des images obtenues en microscopie électronique (1995). Actuellement, on dispose de la séquence des ac.aminés de la chaîne lourde de cette protéine .
Cette chaîne lourde présente, comme celle de toutes les myosines, une tête (domaine moteur) avec un site de liaison à l'actine et un site ATPasique, un cou (domaine régulateur) avec des motifs de liaison à des chaînes légères, une queue (plus courte que celle de la myosine des cellules musculaires) terminée par un domaine particulier, globuleux, capable de se lier à la membrane de certains organites (reticulum....). Il y a 2 chaînes lourdes par molécule de myosine (homodimère). Voir figure
Des myosines ayant une structure voisine de celle des Characées ont été isolées de certaines plantes supérieures (tabac...), ces myosines végétales constituent le groupe des myosines XI.
- Le déplacement d'une seule molécule de myosine XI observé directement
Il est actuellement possible à l'aide d'un piège optique de suivre, in vitro, le déplacement d'une seule molécule de myosine sur un filament d'actine en présence d'ATP. Cette technique appliquée (2003) par M. Tominaga (and al.) à la myosine XI du tabac a permis une étude précise des caractéristiques mécanochimiques de ce moteur moléculaire. La myosine XI des végétaux sup.peut se déplacer sur une "grande" longueur le long du filament d'actine sans se détacher (processivité) avec une longueur de pas (distance parcourue par cycle d'hydrolyse de l'ATP) bien plus élevée (35 nm) que celle de la myosine II musculaire. Elle effectue plusieurs pas avant de se libérer en maintenant toujours une tête en liaison avec l'actine. Elle est beaucoup plus rapide que la myosine musculaire mais elle développe des forces plus faibles. Les résultats obtenus avec la myosine XI de Chara, la plus rapide de toutes, suggèrent un mode de fonctionnement un peu différent.