Mechanical properties of myosin II in vitro: from single molecule to collective effects

Muscle fibres and hair bundles of the mechanosensitive hair cells from the vertebrates' inner ear both share the ability to oscillate spontaneously, under conditions where, at molecular level, groups of molecular motors operate near their stall force and are opposed an elastic restoring force.We have built an experimental setup to mimic in vitro such a configuration. We observed that an assembly of skeletal muscle myosin II, consuming ATP while interacting with an actin filament and submitted to an elastic restoring force exerted by an optical trap, is a minimal system able to exhibit spontaneous oscillations. The force-velocity relation of this system can show a non-monotonous behaviour, due to the motors' activity. This property provides a mechanism to interpret the spontaneous oscillations, as suggested by previous theoretical studies. Preliminary experiments at single molecule level also indicate that the stiffness of an acto-myosin crossbridge might depend on the tension within the actin filament. This property could explain the discrepancy between values of stiffness measured in vitro and estimated from experiments on whole muscle fibres.; Les fibres musculaires et les touffes ciliaires mécanosensibles de l'oreille interne des vertébrés sont deux systèmes complexes capables de développer une activité mécanique spontanément oscillatoire, dans des conditions où, au niveau moléculaire, des groupes de moteurs moléculaires opèrent au voisinage de leur force d'arrêt et sont soumis à une force de rappel élastique.Nous avons construit un dispositif reproduisant in vitro une configuration semblable. Nous avons observé qu'une assemblée de myosines II musculaires, consommant de l'ATP en interagissant avec un filament d'actine, et soumise à une force de rappel élastique exercée par une pince optique, est un système minimal capable d'osciller spontanément. La relation force-vitesse du système présente un comportement non-monotone lié à l'activité des moteurs. Cette propriété fournit un mécanisme pour interpréter les oscillations spontanées, comme il l'a été suggéré par différentes études théoriques antérieures.Par ailleurs, des expériences préliminaires à l'échelle de la molécule individuelle indiquent que la raideur de l'accrochage actine-myosine II pourrait dépendre de la tension imposée au filament d'actine. Cette propriété pourrait expliquer les écarts entre les raideurs mesurées in vitro et estimées à partir d'expériences sur les fibres musculaires.