The Mechanism of Myosin Light Chain IQ-motif interaction and its role in the regulation of vesicle traffic in cytokinesis: a structural study

Calmodulin, regulatory, and essential myosin light chain are evolutionary conserved proteins that, by binding to IQ motifs of target proteins, regulate essential intracellular processes among which are efficiency of secretory vesicles release at synapsis, intracellular signaling, and regulation of cell division. The yeast Saccharomyces cerevisiae calmodulin Cmd1 and the essential myosin light chain Mlc1p share the ability to interact with the class V myosin Myo2p and Myo4 and the class II myosin Myo1p. These myosins are required for vesicle, organelle, and mRNA transport, spindle orientation, and cytokinesis. We have used the budding yeast model system to study how calmodulin and essential myosin light chain selectively regulate class V myosin function. NMR structural analysis of uncomplexed Mlc1p and interaction studies with the first three IQ motifs of Myo2p show that the structural similarities between Mlc1p and the other members of the EF-hand superfamily of calmodulin-like proteins are mainly restricted to the C-lobe of these proteins. The N-lobe of Mlc1p presents a significantly compact and stable structure that is maintained both in the free and complexed states. The Mlc1p N-lobe interacts with the IQ motif in a manner that is regulated both by the IQ motifs sequence as well as by light chain structural features. These characteristic allows a distinctive interaction of Mlc1p with the first IQ motif of Myo2p when compared with calmodulin. This finding gives us a novel view of how calmodulin and essential light chain, through a differential binding to IQ1 of class V myosin motor, regulate this activity during vegetative growth and cytokinesis.

Calmodulina, catene leggere della miosina essenziali e regolatorie sono proteine evolutive che, attraverso il legame con gli IQ motif di proteine bersaglio, regolano processi intracellulari essenziali come il rilascio di vescicole secretorie alle sinapsi, segnali intracellulari e regolazione della divisione cellulare. La calmodulina di lievito Cmd1 e la catena leggera della miosina Mlc1p condividono la capacità di interagire con la miosina di classe V Myo2p e Myo4p e la miosina di classe II Myo1p. Queste miosine sono necessarie per il trasporto di vescicole, organelli e mRNA, orientazione del fuso mitotico e citochinesi. Studi strutturali tramite risonanza magnetica nucleare della forma non complessata di Mlc1p e studi di interazione con defferenti IQ motif di Myo2p mostrano ristrette similitudini strutturali tra Mlc1p ed altre proteine "calmodulin-like" della superfamiglia delle EF-hand per il solo lobo C. Il lobo N di Mlc1p presenta un struttura stabile e compatta che è mantenuta sia nella forma libera che nello stato complessato. Il lobo N di Mlc1p interagisce con gli IQ motif in una maniera che è regolata sia dalla sequenza degli IQ motif sia dalle caratteristiche della catena leggera. Queste caratteristiche permettono una interazione caratteristica di Mlc1p con il primo IQ motif di Myo2p se confrontato con la calmodulina. Questa scoperta fornisce una nuova visione di come calmodulina e catene leggere essenziali, attraverso deversi modi di legare con gli IQ motif regolano l'attività di crescita vegetativa e di citochinesi.