Свойства сердечного миозина с кардиомиопатическими мутациями в существенных лёгких цепях

1 ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, Институт биохимии имени А.Н. Баха, 119071 Москва, Россия

2 Инcтитут иммунологии и физиологии УpО PАН, 620049 Екатеpинбуpг, Россия

Поступила в редакцию 22.09.2022
После доработки 05.10.2022
Принята к публикации 05.10.2022

DOI: 10.31857/S0320972522110069

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: миозин, существенные лёгкие цепи миозина, кардиомиопатические мутации, сердечная мышца, молекулярный механизм мышечного сокращения.

Статья на английском языке опубликована в режиме Open Access (открытого доступа) на сайте издательства Springer. DOI: 10.1134/S0006297922110050.

Аннотация

Исследовано влияние кардиомиопатических мутаций E56G, M149V и E177G в гене MYL3, кодирующем существенные лёгкие цепи миозина желудочков сердца человека (ELCv), на функциональные свойства сердечного миозина и его изолированной головки (субфрагмент 1 миозина, S1). Показано, что только одна мутация, M149V, заметно повышает активируемую актином ATPазную активность S1. Все мутации существенно повышали Ca²⁺-чувствительность скорости скольжения тонких филаментов по поверхности с иммобилизованным миозином в искусственной системе подвижности (in vitro motility assay). При этом мутации E56G и M149V почти в 2 раза снижали скорость скольжения нитей актина и регулируемых тонких филаментов, тогда как мутация E177G не меняла скорость скольжения. Таким образом, несмотря на то что все исследованные мутации в ELCv участвуют в развитии гипертрофической кардиомиопатии, механизмы их влияния на актин-миозиновое взаимодействие различны.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Вклад авторов

Д.С. Ямпольская, А.М. Матюшенко и Д.И. Левицкий – концепция и руководство работой; Г.В. Копылова, Д.В. Щепкин и С.Ю. Бершицкий – проведение экспериментов в искусственной системе подвижности; Д.С. Ямпольская – проведение экспериментов по измерению ATPазной активности; Д.С. Ямпольская и Д.И. Левицкий – написание первоначального текста статьи. Все авторы принимали участие в обсуждении результатов исследования и редактировании окончательной версии статьи.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-14-00059).

Благодарности

Авторы выражают глубокую благодарность Валентине Юрьевне Берг за помощь в проведении экспериментов в искусственной системе подвижности.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Levitsky, D. I. (2004) Actomyosin systems of biological motility, Biochemistry (Moscow), 69, 1177-1189, doi: 10.1007/s10541-005-0063-x.

2. Rayment, I., Rypniewski, W., Schmidt-Base, K., Smith, R., Tomchick, D., et al. (1993) Three-dimentional structure of myosin subfragment 1: a molecular motor, Science, 261, 50-58, doi: 10.1126/science.8316857.

3. Rayment, I. (1996) The structural basis of the myosin ATPase activity, J. Biol. Chem., 271, 15850-15853, doi: 10.1074/jbc.271.27.15850.

4. Milligan, R. A. (1996) Protein-protein interactions in the rigor actomyosin complex, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 21-26, doi: 10.1073/pnas.93.1.21.

5. Dominguez, R., Freyzon, Y., Trybus, K. M., and Cohen, C. (1998) Crystal structure of a vertebrate smooth muscle myosin motor domain and its complex with the essential light chain: visualization of the pre-power stroke state, Cell, 94, 559-571, doi: 10.1016/s0092-8674(00)81598-6.

6. Borejdo, J., Ushakov, D. S., Moreland, R., Akopova, I., Reshetnyak, Y., et al. (2001) The power stroke causes changes in the orientation and mobility of the termini of essential light chain 1 of myosin, Biochemistry, 40, 3796-3803, doi: 10.1021/bi002527u.

7. Logvinova, D. S., Markov, D. I., Nikolaeva, O. P., Sluchanko, N. N., Ushakov, D. S., et al. (2015) Does interaction between the motor and regulatory domains of the myosin head occur during ATPase cycle? Evidence from thermal unfolding studies on myosin subfragment 1, PLoS One, 10, e0137517, doi: 10.1371/journal.pone.0137517.

8. Logvinova, D. S., Matyushenko, A. M., Nikolaeva, O. P., and Levitsky, D. I. (2018) Transient interaction between the N-terminal extension of the essential light chain-1 and motor domain of the myosin head during the ATPase cycle, Biochem. Biophys. Res.Commun., 495, 163-167, doi: 10.1016/j.bbrc.2017.10.172.

9. Logvinova, D. S., and Levitsky, D. I. (2018) Essential light chains of myosin and their role in functioning of the myosin motor, Biochemistry (Moscow), 83, 944-960, doi: 10.1134/S0006297918080060.

10. Schaub, M.C., Hefti, M. A., Zuellig, R. A., and Morano, I. (1998) Modulation of contractility in human cardiac hypertrophy by myosin essential light chain isoforms, Cardiovasc. Res., 37, 381-404, doi: 10.1016/s0008-6363(97)00258-7.

11. Yadav, S., Sitbon, Y. H., Kazmierczak, K., and Szczesna-Cordary, D. (2019) Hereditary heart disease: pathophysiology, clinical presentation, and animal models of HCM, RCM, and DCM associated with mutations in cardiac myosin light chains, Pflügers Arch. Eur. J. Physiol., 471, 683-699, doi: 10.1007/s00424-019-02257-4.

12. Lossie, J., Ushakov, D. S., Ferenczi, M. A., Werner, S., Keller, S., et al. (2012) Mutations of ventricular essential myosin light chain disturb myosin binding and sarcomeric sorting, Cardiovasc. Res., 93, 390-396, doi: 10.1093/cvr/cvr320.

13. Lossie, J., Köhncke, C., Mahmoodzadeh, S., Steffen, W., Canepari, M., et al. (2014) Molecular mechanism regulating myosin and cardiac functions by ELC, Biochem. Biophys. Res. Commun., 450, 464-469, doi: 10.1016/j.bbrc.2014.05.142.

14. Guhathakurta, P., Prochniewicz, E., Roopnarine, O., Rohde, J. A., and Thomas, D. D. (2017) A cardiomyopathy mutation in the myosin essential light chain alters actomyosin structure, Biophys. J., 113, 91-100, doi: 10.1016/j.bpj.2017.05.027.

15. Huang, W., and Szczesna-Cordary, D. (2015) Molecular mechanisms of cardiomyopathy phenotypes associated with myosin light chain mutations, J. Muscle Res. Cell Motil., 36, 433-445, doi: 10.1007/s10974-015-9423-3.

16. Poetter, K., Jiang, H., Hassanzadeh, S., Master, S. R., Chang, A., et al. (1996) Mutations in either the essential or regulatory light chains of myosin are associated with a rare myopathy in human heart and skeletal muscle, Nat. Genet., 13, 63-69, doi: 10.1038/ng0596-63.

17. Jay, A., Chikarmane, R., Poulik, J., and Misra, V. K. (2013) Infantile hypertrophic cardiomyopathy associated with a novel MYL3 mutation, Cardiology, 124, 248-251, doi: 10.1159/000347138.

18. Margossian, S. S., and Lowey, S. (1982) Preparation of myosin and its subfragments from rabbit skeletal muscle, Methods Enzymol., 85, 55-71, doi: 10.1016/0076-6879(82)85009-x.

19. Potter, J. D. (1982) Preparation of troponin and its subunits, Methods Enzymol., 85 (Part B), 241-263, doi: 10.1016/0076-6879(82)85024-6.

20. Matyushenko, A. M., Shchepkin, D. V., Kopylova, G. V., Popruga, K. E., Artemova, N. V., et al. (2017) Structural and functional effects of cardiomyopathy-causing mutations in the troponin T-binding region of cardiac tropomyosin, Biochemistry, 56, 250-259, doi: 10.1021/acs.biochem.6b00994.

21. Matyushenko, A. M., Koubassova, N. A., Shchepkin, D. V., Kopylova, G. V., Nabiev, S. R., et al. (2019) The effects of cardiomyopathy-associated mutations in the head-to-tail overlap junction of α-tropomyosin on its properties and interaction with actin, Int. J. Biol. Macromol., 125, 1266-1274, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.09.105.

22. Pardee, J. D., and Spudich, J. A. (1982) Purification of muscle actin, Methods Enzymol., 85, 164-181, doi: 10.1016/0076-6879(82)85020-9.

23. Weeds, A. G., and Taylor, R. S. (1975) Separation of subfragment-1 isoenzymes from rabbit skeletal muscle myosin, Nature, 257, 54-56, doi: 10.1038/257054a0.

24. Mashanov, G. I., and Molloy, J. E. (2007) Automatic detection of single fluorophores in live cells, Biophys. J., 92, 2199-2211, doi: 10.1529/biophysj.106.081117.

25. Matyushenko, A. M., Artemova, N. V., Shchepkin, D. V., Kopylova, G. V., Bershitsky, S. Y., et al. (2014) Structural and functional effects of two stabilizing substitutions, D137L and G126R, in the middle part of α-tropomyosin molecule, FEBS J., 281, 2004-2016, doi: 10.1111/febs.12756.

26. Schaub, M. C., Watterson, J. G., and Waser, P. G. (1977) Evidence for head-head interactions in myosin from cardiac and skeletal muscles, Basic Res. Cardiol., 72, 124-132, doi: 10.1007/BF01906350.

27. Tyska, M. J., Dupuis, D. E., Guilford, W. H., Patlak, J. B., Waller, G. S., et al. (1999) Two heads of myosin are better than one for generating force and motion, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 4402-4407, doi: 10.1073/pnas.96.8.4402.

28. Albet-Torres, N., Bloemink, M. J., Barman, T., Candau, R., Froölander, K., et al. (2009) Drug effect unveils inter-head cooperativity and strain-dependent ADP release in fast skeletal actomyosin, J. Biol. Chem., 284, 22926-22937, doi: 10.1074/jbc.M109.019232.

29. Houdusse, A., and Cohen, C. (1996) Structure of the regulatory domain of scallop myosin at 2 Å resolution: implications for regulation, Structure, 4, 21-32, doi: 10.1016/s0969-2126(96)00006-8.