Myosin

Myosin behoort tot de motoreiwitten en is onder meer verantwoordelijk voor de processen die betrokken zijn bij spiercontractie. Er zijn verschillende soorten myosinen, die allemaal deelnemen aan de transportprocessen van celorganellen of in verschuivingen binnen het cytoskelet. Structurele afwijkingen in de moleculaire structuur van de myosine kunnen onder bepaalde omstandigheden de oorzaak zijn van spierziekten.

Wat is myosine?

Samen met dyneïne en kinesine is myosine een van de motoreiwitten die verantwoordelijk zijn voor de processen van celbeweging en transportprocessen binnen de cel. In tegenstelling tot de andere twee motoreiwitten werkt myosine alleen met actine. Actine maakt op zijn beurt deel uit van het cytoskelet van de eukaryote cel. Het is dus verantwoordelijk voor de structuur en stabiliteit van de cel.

Bovendien vormen actine met myosine en twee andere structurele eiwitten de feitelijke contractiele structurele eenheid van de spier. Twee derde van de contractiele eiwitten in spieren zijn myosinen en een derde is actine. Myosines zijn echter niet alleen aanwezig in spiercellen, maar ook in alle andere eukaryote cellen. Dit geldt zowel voor eencellige eukaryoten als voor planten- en dierencellen. De microfilamenten (actinefilamenten) zijn betrokken bij de structuur van het cytoskelet in alle cellen en regelen samen met myosine de protoplasmatische stromen.

Anatomie en structuur

Myosins kunnen worden onderverdeeld in verschillende klassen en subklassen. Er zijn momenteel meer dan 18 verschillende klassen bekend, waarbij de klassen I, II en V de belangrijkste zijn. De myosine die in de spiervezel wordt aangetroffen, wordt conventionele myosine genoemd en behoort tot klasse 2. De structuur van alle myosines is vergelijkbaar. Ze bestaan ​​allemaal uit een kopdeel (myosinekop), een nekdeel en een staartdeel.

De myosinefilamenten van de skeletspier bestaan ​​uit ongeveer 200 myosine II-moleculen, elk met een molecuulgewicht van 500 kDa. Het hoofdeinde is genetisch erg conservatief. De indeling in structuurklassen wordt voornamelijk bepaald door de genetische variabiliteit van het staartdeel. Het kopgedeelte bindt zich aan het actinemolecuul, terwijl het nekgedeelte als scharnier fungeert. De staartdelen van verschillende myosinemoleculen hopen zich op en vormen filamenten (bundels). Het myosine II-molecuul bestaat uit twee zware en vier lichte ketens.

De twee zware ketens vormen een zogenaamd dimeer. De langere van de twee ketens heeft een alfa-helix-structuur en bestaat uit 1300 aminozuren. De kortere ketting bestaat uit 800 aminozuren en vertegenwoordigt het zogenaamde motordomein en vormt het hoofdgedeelte van het molecuul dat verantwoordelijk is voor de bewegingen en transportprocessen. De vier lichte kettingen zijn verbonden met het hoofd en de nek van de zware kettingen. De lichte ketens die verder van het hoofd verwijderd zijn, worden regulerend genoemd en de lichte ketens dicht bij het hoofd als essentiële ketens. Ze zijn erg gevoelig voor calcium en kunnen zo de beweeglijkheid van het nekgedeelte regelen.

Functie en taken

De belangrijkste functie van alle myosines is het transporteren van celorganellen in eukaryote cellen en het uitvoeren van verschuivingen binnen het cytoskelet. De conventionele myosine II-moleculen zijn samen met actine en de eiwitten tropomyosine en troponine verantwoordelijk voor spiercontractie. Om dit te doen, wordt myosine eerst geïntegreerd in de Z-schijven van het sacomeer met behulp van het eiwit titine. Zes titinefilamenten fixeren een myosinefilament.

In het sacomeer vormt een myosinefilament ongeveer 100 dwarsverbindingen naar de zijkanten. Afhankelijk van de structuur van de myosinemoleculen en het gehalte aan myoglobine zijn er verschillende vormen van spiervezels te onderscheiden. Spiercontractie vindt plaats in het sacomeer als gevolg van de beweging van de myosine in de cross-bridge-cyclus. Allereerst is de myosinekop stevig vastgemaakt aan het actinemolecuul. Vervolgens wordt ATP opgesplitst in ADP, waarbij de vrijgekomen energie leidt tot de spanning van de myosinekop. Tegelijkertijd zorgen de lichte ketens voor een toename van calciumionen. Dit zorgt ervoor dat de myosinekop zich hecht aan een naburig actinemolecuul als gevolg van een conformatieverandering.

Door de oude verbinding los te laten wordt de spanning nu door een zogenaamde krachtinvloed omgezet in mechanische energie. De beweging is vergelijkbaar met een slag van de riem. De myosinekop kantelt van 90 graden tot tussen 40 en 50 graden. Het resultaat is spierbeweging. Tijdens spiercontractie wordt alleen de lengte van het sacomeer verkort, terwijl de lengte van actine- en myosinefilamenten hetzelfde blijft. De ATP-voorraad in de spier is slechts voldoende voor ongeveer drie seconden. Door glucose en vet af te breken, wordt ADP weer omgezet in ATP zodat chemische energie alsnog kan worden omgezet in mechanische energie.

Ziekten

Structurele veranderingen in myosine veroorzaakt door mutaties kunnen leiden tot spierziekten. Een voorbeeld van een dergelijke ziekte is familiaire hypertrofische cardiomyopathie. Familiale hypertrofische cardiomyopathie is een erfelijke ziekte die wordt overgeërfd als een autosomaal dominante eigenschap. De ziekte wordt gekenmerkt door een verdikking van de linker hartkamer zonder verwijding.

Met een prevalentie van 0,2 procent in de algemene bevolking is het een relatief veel voorkomende hartaandoening. Deze ziekte wordt veroorzaakt door mutaties die leiden tot structurele veranderingen in betamyosine en alphatropomyosine. Dit zijn niet één maar meerdere puntmutaties van de eiwitten die betrokken zijn bij de structuur van het sacomeer. De meeste mutaties bevinden zich op chromosoom 14. Pathologisch manifesteert de ziekte zich als een verdikking van de spieren in de linker hartkamer.

Deze asymmetrie van de hartspierdikte kan leiden tot cardiovasculaire klachten met hartritmestoornissen, kortademigheid, duizeligheid, bewustzijnsverlies en angina pectoris. Hoewel veel patiënten weinig of geen verminderde hartfunctie hebben, kan zich progressief hartfalen ontwikkelen.