Breuil, M., (2007). Biologie 1ère année BCPSTVéto. Paris : Edition Tec & doc, lavoisier.

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3 Breuil, M., (2007). Biologie 1ère année BCPSTVéto. Paris : Edition Tec & doc, lavoisier. 3

4 Les filaments intermédiaires fournissent la force mécanique et la résistance au cisaillement. Les microtubules déterminent la position des organites entourés d'une membrane et dirigent le transport intracellulaire. Les filaments d'actine déterminent la forme de la surface cellulaire et sont nécessaires pour la locomotion de la cellule en tant que tout. 4

5 Les microtubules 5

6 Cross, P.C., Mercer, K.L., (1995). Ultrastructures cellulaire et tissulaire. Bruxelles: De Boeck. 6

7 Structure des microtubules: Présents dans le cytoplasme de toutes cellules eucaryotes. constituants importants des centrioles, des cils, des flagelles, et de l'appareil mitotique Au microscope électronique: cylindres creux de ~ 25 nm de diamètre lumière de 15 nm de diamètre longueur variant d une fraction de µm à des dizaines de µm 7

8 Systèmes des microtubules détectés par immunofluorescence avec des anticorps antitubuline En étoile à partir du centre de la cellule Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 8

9 Microtubules isolés et individualisés (vue au MET)

10 Les microtubules sont des tubes creux formés par la polymérisation de protéines tubulaires, les tubulines Deux types de molécules de tubuline s associent en dimère Les dimères s alignent pour constituer un protofilament 13 protofilaments s assemblent pour donner un microtubule de 25 nm de diamètre Cau, P., Seïte, R., (2002). Cours de biologie cellulaire. Paris : Ellipses. 10

11 Structure du microtubule et de ses sous-unités GTP Fig16-6 Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 11

12 Les microtubules cytosoliques sont des polymères instables polymérisation-dépolymérisation : f(besoins de la cellule en MT); Polymérisation et dépolymérisation des MT sont liées à l interaction entre la tubuline β et le GTP, et à l hydrolyse du GTP en GDP La polymérisation ne se produit pas à la même vitesse aux deux extrémités d un MT constitué vitesse polymérisation ou dépolymérisation > à l'extrémité (+) 12

13 La polymérisation (ou dépolymérisation) des microtubules se fait plus rapidement à l extrémité (+) qu à l extrémité (-) 13

14 Vitesse d'addition aux deux extrémités Les deux extrémités s'allongent à des vitesses différentes (+ et -) Dû à un changement de conformation de chaque sous-unité à l'entrée dans le polymère : Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 14

15 Modifications structurales consécutives à l hydrolyse du GTP Fig16-11(B) Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 15

16 Microtubule en croissance et en raccourcissement Fig16-11(C) Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 16

17 Breuil, M., (2007). Biologie 1ère année BCPST-Véto. Paris : Edition Tec & doc, lavoisier. 17

18 Concept d instabilité dynamique des MT 18

19 Fig16-11(A) Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). Instabilité dynamique 19

20 Instabilité dynamique L extrémité GDP se dépolymérise 100 fois plus vite que l extrémité GTP Un chapeau GTP favorise la croissance Un chapeau GDP favorise le raccourcissement 20

21 Breuil, M., (2007). Biologie 1ère année BCPST-Véto. Paris : Edition Tec & doc, lavoisier. 21

22 Observation directe de l instabilité dynamique des MT dans une cellule vivante Cellule épithéliale pulmonaire Rhodamine-tubuline Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). Fig

23 Tapis roulant observé in vivo sur un microtubule tubuline rhodamine (1 molécule sur 20) On dirait que le MT se déplace de gauche à droite Fig16-10 Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 23

24 Tapis roulant = treadmilling 24

25 Effet du taxol sur l'organisation des microtubules Fig16-21 Hépatocyte avant et après taxol Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 25

26 Protéine bactérienne FtsZ, homologue de la tubuline chez les procaryotes (A) - observation in vivo face et profil Fig16-14 (B) - Filaments et anneaux de FtsZ Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 26

27 Les protéines FtsZ Homologue de la tubuline chez les archæa et les procaryotes. Essentielle à la division : constriction et désassemblage ( comme la dynamine) Forme des protofilaments et des anneaux in vitro Lie et hydrolyse GTP Le désassemblage ressemble à celui de la tubuline-gdp 27

28 Fonction des microtubules 1) forme des cellules + rigidité extensions cellulaires (axones et dendrites) 2) constituants des structures qui donnent la mobilité cellulaire (cils et flagelles) 3) morphogenèse élongation des cellules 4) transport intracellulaire de molécules ou de vésicules 5) Division cellulaire (mitose et cytodiérèse ) 28

29 Les MAPs Les protéines associées aux MT (Les Microtubules Associated Proteins (MAPs) ) jouent plusieurs rôles distincts Les unes interviennent dans la stabilisation des MT Des MAP sont impliquées dans le clivage des MT constitués Deux familles de MAP motrices sont des ATPases spécialisées dans les mouvements de molécules, de vésicules et des organites le long des microtubules 29

30 MAPs en microscopie électronique MAP 30

31 La kinésine déplacement de la vésicule le long du microtubule constituée d'une tête qui s'accroche à la vésicule et d'une queue fourchue qui s'accroche au MT Le déplacement de la queue de la molécule de kinésine sur le microtubule s'effectue de l'extrémité (-) vers l'extrémité (+) déplacement de la vésicule. La kinésine est donc une sorte de moteur moléculaire 31

32 Microtubule protofilament with the bound motor domain of Neurospora crassa conventional kinesin. 32

33 Une kinésine TÊTE QUEUE À DEUX BRANCHES 33

34 L ACTIVITÉ DE LA KINÉSINE PERMET UN MOUVEMENT RELATIF DE LA VÉSICULE PAR RAPPORT AU MT 34

35 Cau, P., Seïte, R., (2002). Cours de biologie cellulaire. Paris : Ellipses. 35

36 Cau, P., Seïte, R., (2002). Cours de biologie cellulaire. Paris : Ellipses. 36

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38 Extrémité moins au centre de la cellule (dans le centrosome) mouvement centripète des organites se fait avec des moteurs qui marchent vers le moins (dynéine) Extrémité plus en périphérie mouvement centrifuge des organites se fait avec des moteurs qui marchent vers le plus (kinésine) 38

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40 Spécificité de la queue du moteur pour la membrane du cargo Présence de récepteurs à la queue des moteurs dans la membrane du cargo eg : APP (Amyloid Precursor Protein) APP se lie directement à une chaîne légère de la kinésine 1 Supposé être un récepteur transmembranaire à une molécule moteur Altération de APP Alzheimer 40

41 Attachement de dynéine à un organite à membrane Fig Très nombreuses protéines accessoires Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). 41

42 Le MTOC Centrioles, cils, flagelles et corpuscules basaux représentent des polymères «stabilisés» de microtubules et de MAP MTOC = Centre organisateur des microtubules (dans une zone amorphe du cytoplasme) Centrosome = MTOC = 2 centrioles + matériel péricentriolaire les MT s'étirent du centrosome (= MTOC) flagelles et les cils: MT s'étirent du corps basal (= MTOC) Les cellules nerveuses = exception importante: importante les MT dendritiques et axonaux ne semblent pas toujours reliés à des MTOC. 42

43 Dans les neurones, les MT dendritiques et axonaux ne semblent pas toujours reliés à des MTOC

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45 MTOC isolé 45

46 Cross, P.C., Mercer, K.L., (1995). Ultrastructures cellulaire et tissulaire. Bruxelles: De Boeck. 46

47 Cross, P.C., Mercer, K.L., (1995). Ultrastructures cellulaire et tissulaire. Bruxelles: De Boeck. 47

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49 Le centrosome Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004). Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4ème édition). Fig

50 Centre Organisateur des MicroTubules (COMT) = site de nucléation des microtubules dans la cellule γ-tubuline = nucléation des microtubules Présente dans tous les COMT γ-tubuline ring complex (γ-turc) = COMT très puissant 50