Myosin S2- a strut or a spring? Structural and functional investigation of a "neglected" portion of the myosin molecule.

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Muscle myosin is two-headed, and this two-headedness emerges as an important functional feature. Mutations in the linking segment of myosin, S2, cause familiar hypertrophic cardiomyopathy (FHC). Despite this functional and medical importance of this region, there is no high-resolution structural or functional characterisation of S2. The aim of this collaborative proposal is to investigate the myosin head-tail junction and S2 segment functionally and structurally, gaining information on the coupling and communicating element of the two-headed myosin-2. For this, we have elucidated the atomic structure of wild-type S2 and will now extend this to two FHC-associated mutations. We will then introduce wild-type and mutant S2 into recombinant HMM fragments. These mutant and wild-type HMM fragments will be investigated by biophysical methods including in-vitro motility assays and photonic force microscopy for changes in motor function, and passive mechanical properties of the linkage between the two heads and S2. This should help to understand whether S2 is a rigid strut or a flexible link, and how changes in this structure, either by disease-associated mutation or by interacting proteins, can influence the mechanics of myosin. Zusammenfassung: Das Myosin des Muskels ist doppelköpfig, und dies stellt sich zunehmend als wichtige funktionelle Eigenheit heraus. Mutationen im Verbindungsglied des Myosins, der S2-Region, verursachen erbliche hypertrophische Kardiomyopathie (FHC). Trotz der funktionellen und medizinischen Bedeutung der S2-Region gibt es keine hochaufgelöste strukturelle oder funktionelle Charakterisierung von S2. Das Ziel dieses Kollaborationsprojektes ist die funktionelle und strukturelle Untersuchung der "Kopf-Schwanz" Verbindung und des S2-Segmentes, um Informationen über die koppelnde und kommunizierende Funktion dieses Bereiches des doppelköpfigen Myosins zu erhalten. Hierzu wurden die atomaren Strukturen von S2 (Wildtyp) bestimmt; zwei FHC-Mutanten sollen das Bild nun vervollständigen. Diese Mutanten und native HMM-Fragmente werden dann durch biophysikalische Methoden, einschließlich des in-vitro Motility Assays und des Photonischen Kraftmikroskops, auf Veränderungen ihrer Motorfunktion und der passiven mechanischen Verbindung zwisc hen den zwei Köpfen und S2 untersucht werden. Dies soll klären, ob S2 eine starre Strebe oder eine flexible Verbindung darstellt, und wie Veränderungen dieser Struktur, durch krankheitsassoziierte Mutationen oder durch Proteininteraktionen, die Myosinmechanik beeinflussen können.