アクチンとの骨格筋ミオシンの相互作用サイクルにおける2つの独立した機械的イベント

骨格筋の収縮中、アクチンとミオシンのフィラメントの通常のアレイは、モータータンパク質ミオシンII（クロスブリッジ）とアクチンの周期的なATP依存性相互作用によって駆動される互いを通り過ぎて滑ります。分子レベルでの短縮速度とエネルギー消費量を定義する、クロスブリッジサイクルの速度とその負荷依存性は、ミオシンIIの異なるアイソフォーム間で大きく異なります。ただし、根本的なメカニズムはよく理解されていません。この質問に対処しました。単一分子アプローチを迅速に（約300 MU）、正確に（約0.1 nm）検出して、短縮速度に大きな違いを持つ2つのミオシンアイソフォームのアクトミオシン相互作用を検出しました。骨格ミオシンがアクチンフィラメントを推進し、2つのステップでその立体構造変化（作業脳卒中）を実行することを示します。最初のステップ（約3.4〜5.2 nm）は、ミオシン結合直後に発生し、その後、ATP濃度とは独立して、速いものよりも高速ミオシンアイソフォームではるかに速く発生します。一方、後者のステップの発達からアクトミオシン複合体の解離まで、作業脳卒中の第2フェーズの速度は、2つのアイソフォームで非常に類似しており、ATP濃度に直線的に依存します。骨格筋ミオシンの作業ストロークにおける2番目の機械的イベントの発見は、アクトミオシン相互作用の単純なモデルの分子基盤を提供します。このモデルは、異なる繊維タイプのバリエーションをクロスブリッジサイクルの速度の変動を説明でき、ミオシンファミリー内の化学機械的形質導入の共通スキームを提供します。

During skeletal muscle contraction, regular arrays of actin and myosin filaments slide past each other driven by the cyclic ATP-dependent interaction of the motor protein myosin II (the cross-bridge) with actin. The rate of the cross-bridge cycle and its load-dependence, defining shortening velocity and energy consumption at the molecular level, vary widely among different isoforms of myosin II. However, the underlying mechanisms remain poorly understood. We have addressed this question by applying a single-molecule approach to rapidly ( approximately 300 mus) and precisely ( approximately 0.1 nm) detect acto-myosin interactions of two myosin isoforms having large differences in shortening velocity. We show that skeletal myosin propels actin filaments, performing its conformational change (working stroke) in two steps. The first step ( approximately 3.4-5.2 nm) occurs immediately after myosin binding and is followed by a smaller step ( approximately 1.0-1.3 nm), which occurs much faster in the fast myosin isoform than in the slow one, independently of ATP concentration. On the other hand, the rate of the second phase of the working stroke, from development of the latter step to dissociation of the acto-myosin complex, is very similar in the two isoforms and depends linearly on ATP concentration. The finding of a second mechanical event in the working stroke of skeletal muscle myosin provides the molecular basis for a simple model of actomyosin interaction. This model can account for the variation, in different fiber types, of the rate of the cross-bridge cycle and provides a common scheme for the chemo-mechanical transduction within the myosin family.