Calmoduline

La calmoduline (CaM, abréviation pour calcium-modulated protein) est une calciprotéine ubiquitaire, capable de s'associer aux ions calcium présents dans le milieu cellulaire. Elle possède en effet quatre motifs en main EF, chacun étant capable de s'associer avec un atome de calcium.

Structure d'une calmoludine humaine (PDB 1CLL[1]).

Structure

Elle comprend 148 acides aminés constituant deux sous-unités globulaires[2].

Rôles

La liaison avec l'ion calcium induit un changement de conformation de la protéine et forme un complexe calcium-calmoduline (Ca2+-CaM). Ce complexe permet l'activation, par changement de conformation, de nombreuses protéines, dont l'adénylate cyclase.

Elle fait partie de plusieurs canaux ioniques modulés par le calcium[3], dont le KCNQ1[4], canal potassique dont la dysfonction provoque certains troubles du rythme cardiaque. Le complexe Ca2+/calmoduline assure la régulation de la protéine kinase Ca2+/calmoduline-dépendante.

La plupart des calmodulines sont capables de fixer quatre ions Ca2+ par liaison coopérative.

La calmoduline possède un rôle dans le métabolisme énergétique en se liant à la phosphorylase kinase afin d'activer la glycogénolyse. Ayant par ailleurs une structure homologue à 70 % à celle de la troponine C, elle permet la synchronisation de la contraction musculaire et de la glycogénolyse.

Dans une microvillosité, le faisceau serré de microfilaments est lié à la membrane cytoplasmique sur toute sa longueur par la myosine de type I associée à la calmoduline, formant ainsi des ponts protéiques.

Les gènes

La calmoduline humaine est codée par trois gènes, CALM1, CALM2 et CALM3, respectivement situés sur les chromosomes 14, 2 et 19.

Rôle dans les maladies humaines

Les mutations d'un des gènes peuvent provoquer des troubles du rythme cardiaque graves chez l'enfant[5].

Protéines dérivées

Associée au peptide synthétique M13 et à deux protéines fluorescentes compatibles avec le phénomène de FRET (par exemple YFP et CFP), elle constitue une protéine synthétique dite « Caméléon » en raison du changement de couleur lié à la fixation du calcium.

De même, associée au peptide M13 et à une EGFP permutée circulairement (cpEGFP), elle constitue la protéine GCaMP[6].

Notes et références
  1. (en) Rajagopal Chattopadhyaya, William E. Meador, Anthony R. Means et Florante A. Quiocho, « Calmodulin structure refined at 1.7 Å resolution », Journal of Molecular Biology, vol. 228, no 4,‎ , p. 1177-1192 (PMID 1474585, DOI 10.1016/0022-2836(92)90324-D, lire en ligne)
  2. (en) H. Kuboniwa, N. Tjandra, S. Grzesiek et al., « Solution structure of calcium-free calmodulin », Nat Struct Mol Biol, vol. 2,‎ , p. 768–776 (résumé)
  3. (en) Yoshiro Saimi et Ching Kung, « Calmodulin as an ion channel subunit », Annu Rev Pysiol, vol. 64,‎ , p. 289–311 (résumé)
  4. (en) S. Ghosh, D.A. Nunziato et G.S. Pitt, « KCNQ1 assembly and function is blocked by long-QT syndrome mutations that disrupt interaction with calmodulin », Circ Res, vol. 98,‎ , p. 1048–1054 (lire en ligne)
  5. (en) L. Crotti, C.N. Johnson, E. Graf et al., « Calmodulin mutations associated with recurrent cardiac arrest in infants », Circulation, vol. 127,‎ , p. 1009-1017 (lire en ligne)
  6. Guillaume P. Dugué et Ludovic Tricoire, « Principes et applications de l’optogénétique en neuroscience », Med Sci (Paris), vol. 31, no 3,‎ , p. 291-303 (DOI https://doi.org/10.1051/medsci/20153103015)
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