Elles s associent latéralement aux microtubules pour leur conférer des propriétés. On distingue les MAP motrices et les MAP structurales.

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1 BIOLOGIE CELLULAIRE PARTIE III : LE CYTOSQUELETTE Le cytosquelette est la charpente de la cellule et la maintient en place. Il est dynamique et permet, en plus du maintien cellulaire, le déplacement des organites. 3 types de filament le composent : Microfilaments d actine : servent à la contraction musculaire et à l adhésion cellulaire. L actine joue également un rôle dans la forme de la surface des cellules (rigidité et souplesse des érythrocytes, microvillosités et formation des plaques, cytocinèse, phagocytose, etc. tout ce qui modifie la forme des cellules) mais surtout dans la mobilité cellulaire (au cours du développement pour la mise en place mais également en cas de réponse immunitaire ou pour transporter des organites). Filaments intermédiaires : c est la charpente de la cellule à proprement parler : ils assurent l aspect mécanique (forces, résistances) également pour protéger l ADN dans le noyau. Ces filaments se retrouvent aussi dans la cohésion entre cellules ou au niveau des tissus (jonctions, contacts avec la matrice). microtubules : Rôle essentiel dans la motilité des cils et des flagelles (voir partie 2) mais également dans le fuseau mitotique en cas de division cellulaire. Ces tubules agissent également sur le transport des organites. CHAPITRE I : LES MICROTUBULES I - STRUCTURE Un microtubule est un tube creux de 13 protofilaments de tubuline en hétérodimères (α et β) disposés latéralement. Ce tube s agrandit ensuite par élongation et est polarisé. Le (-) se trouve au centre initiateur du microtubule, le MTOC appelé centrosome, et le (+) est l extrémité grandissante allant vers la membrane plasmique. Les microtubules peuvent être stables, mais aussi éphémères, de même que parfois, ils ne sont pas reliés au MTOC : ce sont des microtubules non-centrosomaux comme les dendrites neuronaux. Ces microtubules se forment par détachement depuis le centrosome, nucléation à un site qui n est pas centrosomal, suivi de la rupture des microtubules déjà existants. C est un type de microtubules servant au transport de protéines motrices par treadmilling (décroissance côté - et croissance côté +, causant un déplacement). Majoritairement, ces microtubules sont associés en réseaux (MAP 1, 2 ou 4, voir plus loin). L assemblage ou le désassemblage des microtubules dépend de la concentration en protomères, sachant que l activité du pôle + est deux fois plus rapide. Elle dépend aussi d énergie, en l occurrence sous forme d hydrolyse de GTP en pôle +, qui modifie la conformation des sous-unités (GTP-liée ou GDP-liée) et donc la courbure du filament. Une coiffe de GTP est nécessaire pour avoir un filament fonctionnel. En plus de cette ligation GTP il faut que la concentration en tubuline soit donc bonne : Au-delà de la concentration critique Cc, il y a polymérisation, en-dessous il y a dépolymérisation. Le treadmilling, lui, a lieu lorsque la concentration en tubuline est entre Cc de polymérisation et Cc de dépolymérisation. II - PROTÉINES ASSOCIÉES AUX MICROTUBULES Elles s associent latéralement aux microtubules pour leur conférer des propriétés. On distingue les MAP motrices et les MAP structurales. A] LES MAPs La encore, on subdivise en deux types : MAP d assemblages qui permettent l assemblage des microtubules en réseaux Par Krys3000 (Groupe «The Trust» - Page 1

2 o De type 1A ou 1B (grosses molécules filamenteuses assemblant les microtubules dans les dendrites et les axones). o De types 2, 4 ou τ (même séquence de 18 A.A. répétées 3 ou 4 fois dans leur domaine de liaison au microtubule). On retrouve les MAP 2 dans les dendrites, faisant des ponts entre MT et filaments intermédiaires, les MAP 4 dans les cellules non-neuronales et les τ dans les axones/dendrites, accélérant la polymérisation et organisant les microtubules en épais réseaux stables. MAP de stabilisation et déstabilisation qui gèrent la polymérisation et la stabilité des microtubules (rôles parfois semblables aux τ). C est une phosphorylation/déphosphorylation qui régule la liaison entre MAPs et microtubules, la forme liée étant déphosphorylée par les kinases : - MAP Kinase - MARKs Kinase - Cac2 Kinase La phosphorylation entraine le détachement des MAPs et la déstabilisation des microtubules. Parmi ces MAPs, on retrouve notamment des protéines de séquestration (ap18) qui stabilisent les tubulines en hétérodimères (stoppant la polymérisation) mais également les protéines se fixant aux extrémités pour coiffer comme la tubuline γ, la catastrophine, la Tips +, ou la Katamine. - La tubuline γ agit dans la nucléation côté -, selon 2 modèles possibles : o o Template model : la tubuline γ s associe latéralement pour former un anneau protéique. Protofilament model : la tubuline γ s associe longitudinalement en protofilaments prolongé par les dimères d α et β (le tube est ainsi refermé) - La Katamine, elle, sert à détacher les microtubules du MTOC, afin de dépolymériser rapidement les microtubules en cas de mitose, ou, dans les neurones, en échange d ATP. B] LES MAPm Ce sont les moteurs moléculaires qui servent à déplacer des macromolécules, des cellules, ou des organites. Leur rôle concerne aussi le transport de vésicules de sécrétion, d endocytose/exocytose, le tri et adressage des protéines, et les organisations spatiales. On en trouve deux classes : Les dynéines : assurent le transport inverse (vers le -). Elles sont associées à un complexe multi-protéique de dynactine (dans lequel on retrouve un filament apparenté à l actine, Arp 1). Les kinésines : assurent le transport en sens normal (vers le + c'est-à-dire la membrane). CHAPITRE II : LES FILAMENTS INTERMÉDIAIRES I - GÉNÉRALITÉS Les filaments intermédiaires sont des assemblages protéiques codés par plus de 67 gènes. On les trouve principalement dans le cytoplasme, sauf la lamine qui est nucléaire. Les filaments confèrent la résistance aux stress mécaniques et l architecture cellulaire. Les différents types de filaments : I : Cytokératines acides (cellules épithéliales) II : Cytokératines basiques (cellules épithéliales) III : Vimentine (cellule mésenchymateuse), Desmine (cellule musculaire), GFAp (astrocytes), Périphérine (neurones) IV : NFs (neurones), a-internexine (neurones), nestine (cellules souches neuroépithéliales) V : Lamines A, B et C Liaisons des filaments intermédiaires - Avec les autres éléments du cytosquelette via des complexes dimériques de type plakine utilisant la plectine ou BPAG. - Avec les desmosomes par desmoplakine et les hémidesmosomes par plectine/bpag. - Avec la membrane externe de l enveloppe nucléaire par la plectine ou la nesprine 3. - Les lamines sont liées aux pores nucléaire, à la membrane interne de l enveloppe nucléaire et à la chromatine. Par Krys3000 (Groupe «The Trust» - Page 2

3 Fonction des filaments - Support mécaniques pour le stress (ex : kératine) - Architecture de la cellule (ex : neurofilaments qui déterminent le calibre des axones, donc la vitesse de déplacement du signal) - Migration cellulaire (ex : vimentine pour les leucocytes) - Modulation du signal (ex : régulation de la transmission de signaux extracellulaires) II - DYNAMIQUE DES FILAMENTS Les monomères de filament possèdent un domaine N-Term globulaire, la tête, un domaine C-Term également globulaire, la queue, et au centre un domaine en hélice. Deux monomères s assemblent et s enroulent parallèlement, formant un dimère. Deux dimères s alignent alors côte-à-côte avec un décalage : c est le tétramère. Deux tétramères vont alors eux-mêmes s associer bout-à-bout, donnant un protofilament. Un filament intermédiaire est composé de 8 protofilaments disposés en cercle. Cette association est spontanée et ne nécessite pas d énergie. Elle n est pas polarisée, mais le réseau est régulé par des phosphorylations. III - PROTÉINES ASSOCIÉES AUX FILAMENTS Contrairement aux microtubules on ne trouve pas ici de protéines de séquestration, de coiffe ou de stabilisation/déstabilisation. Toutefois, on trouve des protéines structurales, les crosslinkers ou cytolinkers. Ils connectent les filaments entre eux, ainsi qu avec les autres éléments du cytosquelette et aux structures cellulaires (filaggrine, plakine). On trouve également d autres protéines importantes : - Des chaperonnes (Hsp70) - Des récepteurs membranaires - Des protéines adaptatrices qui lient les protéines cytoplasmiques aux protéines membranaires, comme l Ankyrine. - Des moteurs moléculaires (Kinésine, Dynéine, Myosine) - Des enzymes (phosphatases/kinases) pour la régulation. En effet, les protéines des filaments sont phosphorylées sur leurs domaines N-Term et C-Term. Cette dynamique de phosphorylation/déphosphorylation joue un rôle majeur dans la régulation de l assemblage. Celle-ci est dépendante des sites protéiques qui sont phosphorylés. Dans le cas des neurofilaments, on retrouve pas mal de propriétés : leur compartimentation spatio-temporelle (libre ou associé à la membrane), leur localisation (apicale ou basale), leurs inclusions dans les corps cellulaires, leurs interactions avec les autres protéines, leur transport et leur renouvellement. Exemples de fonctions régulées par phosphorylation : - Réponse aux stress - Signalisation cellulaire - Cycle cellulaire - Support mécanique des cellules - Trafic de protéines - Migration cellulaire - Conduction nerveuse Parmi les protéines qui permettent ces régulations, on retrouve deux types : KINASES - La PKA ou PKC phosphorylent le côté N-Term des filaments bloquant la polymérisation des sous-unités de vimentine, desmine, et désassemblent les filaments existants. - Cdc2 Kinase pour induire le démembrement des filaments (vimentine, desmine, lamine) avant la mitose. - Cdk1, PPK1, Rho-Kinase, Aurora B : régulation spatio-temporelle de la phosphorylation des filaments pendant la mitose. - CaMKII, casein kinase, etc. : régule l assemblage, la localisation, la fonction et l organisation des neurofilaments dans les neurones. PHOSPHATASES - PP1 et 2A préservent les filaments en déphosphorylant côté N-Term - PP2A : régule l interaction neurofilament/microtubule Par Krys3000 (Groupe «The Trust» - Page 3

4 - PP2B ou calcineurine : facilite par déphosphorylation le renouvellement des neurofilaments. IV - PATHOLOGIES Epithélium : mutation de gènes codant pour la kératine Epidermolyse bulleuse due à la mutation de K5 ou K14 qui assurent la cohésion cellule/matrice. Muscles : dystrophies musculaires ou desminopathies (défaut d assemblage des filaments agrégats). Neurones : de nombreuses pathologies sont apportées par l accumulation anormale de neurofilaments : scléroses, parkinson, Alzheimer. CHAPITRE III : L ACTINE I - GÉNÉRALITÉS L actine représente 10 % de la quantité de protéines totales dans les muscles, 1 à 6 % dans les autres parties du corps. Actine α muscles striés et cellules non-musculaires Actine β cellules non-musculaires Il existe 4 formes d actine : ATP-Actine G ADP-Actine G ATP-Actine F ADP-Actine F On passe de G à F par présence d ions Mg 2+, K + ou Na +. Cette réaction est réversible si la force ionique diminue. L ATP n est donc pas indispensable à la polymérisation, mais la catalyse en se fixant par liaisons ioniques ou hydrogènes aux chaines latérales des acides aminés. Les filaments d actine sont polarisés : le + croit et décroit plus vite que le -. II - DYNAMIQUE Il y a trois étapes dans la polymérisation d actine in vitro. - Nucléation : les monomères s assemblent en oligomères - Elongation : les filaments croissent alors - Equilibre : état stable avec des sous-unités entrantes et sortantes ; il y a treadmilling. On a alors la concentration en sous-unités libres se trouvant entre la concentration critique côté «+» ATP et la concentration critique côté «-» ADP. Substances affectant l actine : - Phalloïdine (champignon) : se fixe sur les filaments et les stabilise. - Cytochalasine (champignon) : coiffe les + - Latrunculine (éponge) : empêche la polymérisation - Swinholide (éponge) : sectionne les filaments III - PROTÉINES ASSOCIÉES Polymérisation, dépolymérisation, stabilisation, organisation, fragmentation, ancrage : ce sont des protéines qui régulent toutes ces fonctions. Il y a donc plusieurs classes de protéines associées. Séquestration de l actine G : Il y a 3 familles de protéines se partageant ce rôle - Thymosines : bloquent le site de fixation de l ATP - Profilines : accélèrent polymérisation et dépolymérisation - Famille de l ADF (lie l actine-adp favorisant la dépolymérisation) et de la Cofiline (démantèle les plus anciens filaments, sert aussi de coiffe ou de fragmentation) Régulation polymérisation/dépolymérisation : fait agir les protéines - De nucléation Complexe Arp 2/3 : mime un dimère/trimère d actine avec qui il présente 45 % d homologie. Il se fixe sur le côté d un autre filament pour édifier un réseau, et est régulé par des signaux intracellulaires (WASP) Par Krys3000 (Groupe «The Trust» - Page 4

5 Formines : s associent à deux monomères et forment un filament dont ils deviennent le +. Plutôt impliqué lors de la formation de faisceaux. Spires : se lient à 4 monomères pour former un tétramère ; il y a ensuite polymérisation, mais la spire reste côté -. Est impliqué dans le trafic d organites. Cofiline : induit la nucléation, mais on ne sait pas comment. - De coiffage empêchant l association ou la dissociation des monomères. Activé par le Calcium, désactivé par le PiP2. Gelsoline, Fragmine, Séverine : piègent le calcium CopZ : avec sa forte affinité pour l actine, empêche les protomères de quitter le filament. Tropomoduline - De fragmentation (formant de nouvelles extrémités, rôle fondamental dans l exocytose) avec la Gelsoline, Fragmine, Brévine, Séverine. Les plaquettes utilisent ce sectionnement pour s étaler. - De stabilisation Tropomyosine : bloque l interaction de 7 sous-unités adjacentes avec quoi que ce soit d autre. Régulée par la tropomoduline Nébuline : empêche les échanges de monomères dans le muscle strié en se fixant latéralement aux microfilaments. Caldesmone : dans le muscle lisse ou les cellules non-musculaires quand le calcium est faible, forme un complexe avec la tropomyosine et l actine, empêchant l interaction avec la myosine. Régulation de l organisation des filaments : l actine se régule en réseaux en 2 ou 3 dimensions. Dans le cortex de la cellule, ils sont en lamellipodes, réseau de type gel, et dans les microvillosités en filopodes, faisceaux parallèles serrés. - Protéines de réticulation : filamine, gélactine, spectrine, dystrophine. Les filamines relient deux fragments d actine F en angle droit formant un gel lâche qui servira à former les lamellipodes. - Protéines de fasciculation : relient les fibres en faisceaux serrés (fimbrine) ou large (α-actinine) - Protéines d ancrage à la membrane : spectrine, dystrophine, ankyrine, etc. Ils associent les filaments à la membrane. Protéines de signalisation impliquées dans les réarrangements : module l activité des protéines nécessaires pour la forme et la fonction du cytosquelette d actine (membres de la famille Rho ou de la superfamille Ras, des GTPases qui contrôlent les processus en passant d un état actif GTP-lié à un état inactif après hydrolyse). Pathologies associées aux protéines du cytosquelette d actine : - Musculaire : myopathie de Duchenne mutation de l expression de la dystrophine - Sanguine : elliptocytosis, sphenocytosis modification de la forme des érythrocytes suite à des mutations affectant les gènes codant pour des spectrines ou ankyrines. - Motilité Cellulaire : mort prématurée du fœtus, disfonctionnement des cellules immunitaires - Infectieuses : listérioses, shigelloses, ou dysenteries. - Sensorielles et neurodégénérérative : surdité, cécité, troubles moteurs. Par Krys3000 (Groupe «The Trust» - Page 5