Agenda. Introduction Les microfilaments d actines Les microtubules Les Filaments intermédiaires

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2 Agenda Introduction Les microfilaments d actines Les microtubules Les Filaments intermédiaires

3 intro

4 Comment les cellules se défendent-elles contre les agressions physiques, comment se déplacent-elles, comment se contractent-elles?

5 Le cytosquelette est responsable de l ossature de la cellule. Il est l élément moteur du mouvement. Si nous regardons plus en détails, les microtubules : - conservent la forme de la cellule - séparent la cellule lors de la division cellulaire. Les microfilaments eux : - effectuent les courants du cytoplasme -changent de forme lors de l endocytose et de l exocytose.

6 Le cytosquelette - Microfilaments Le cytosquelette est composé de trois types de fibres! Actine microtubules Filament intermédiaire - Microtubules - Filaments intermédiaires La cellule eucaryote possède un réseau très complexe appelé cytosquelette qui l aide à accomplir la plupart de ses fonctions biologiques

7 Le cytosquelette est un réseau complexe de filaments et tubules protéiques qui s'étend dans tout le cytoplasme.

8 Vue d ensemble Tous les éléments du cytosquelette sont des structures protéiques allongées résultant de la polymérisation d'éléments monomériques.

9 Contrairement au squelette osseux qui est rigide, le cytosquelette cellulaire est une structure très dynamique qui se réorganise continuellement au cours des différents événements cellulaires (migration, division, etc.) Actin subunit Tubulin subunit 10 nm Deux types de monomères protéiques sont à la base des polymères fibreux du cytosquelette : monomères globulaires pour les MFA et les MT ; monomères fibreux pour les FI.

10 Les éléments du cytosquelette Les éléments du cytosquelette existent sous trois formes en équilibre dans la cellule : monomères libres néosynthétisés ou issus de la dépolymérisation ; polymères instables car leur fréquence de polymérisation/dépolymérisation est élevée ; polymères stabilisés par des interactions avec des protéines associées. Les éléments du cytosquelette se localisent dans les trois compartiments cellulaires suivants : le cytosol le nucléoplasme (en particulier, les lamines qui sont des FI) la périphérie de la cellule, sous la membrane plasmique, où ils forment le cortex cellulaire.

11 Rôle physiologique : intégrité tissulaire en présence de filaments d actine Intégrité tissulaire en présence de la ceinture d adhérence Perte de l intégrité tissulaire en l absence de la ceinture d adhérence

12 Les microfilaments; l actine

13 Les fonctions du cytosquelette d actine Chez les cellules de mammifères, le cytosquelette d actine est impliqué dans plusieurs fonctions cellulaires, dont la motilité, la sécrétion, la cytocinèse et dans la réponse aux changements extracellulaires à des moments précis de son cycle cellulaire. l actine joue un rôle dans l endocytose, dans la sélection du site de bourgeonnement, dans le mouvement des organelles et également dans la signalisation

14 L actine Bleu, Actine Vert ATP orange. Gelsolin Rouge, protéines de liaison

15 L actine aspect moleculaire C est une protéine très conservée entre les espèces dont il existe plusieurs isoformes: α,β et γ actine, Caractéristique: Proteine Globulaire : actine G PM: kda, 375 Aa

16 Les trois arrangements des filaments d actine dans les microvillosités dans les lamellipodes et le réseau sous-membranaire dans les sarcomères dans les ceintures d'adhérence

17 La division cellulaire : Cytodiérèse Micrographie en fluorescence d une division cellulaire : cellule de rein de rat coloré à la fluorescein-phalloïdin

18 Les protéines qui contrôlent la polymérisation des filaments d actine Dans la cellule, la polymérisation des filaments d actine est contrôlé par des protéines capable de lier l actine-g ou F Ces protéines sont de quatre type: Les protéines de nucléation Les protéines de séquestration des monomères d actine-g Les protéines de coiffage Les protéines de fragmentation

19 Les protéines de nucléation Ces protéines créent un noyau de nucléation qui permet d initier la polymérisation de l actine-g en microfilament Dans la cellule, il en existe plusieurs types: Le complexe Arp 2/3 La formine

20 Les protéines de séquestration Il existe trois protéines de séquestration dans la cellule, La thymosine β4 La profiline La twinfiline Ces protéines interagissent avec les monomères d actine-g et maintient celle-ci sous forme liée à l ATP, ce qui favorise la polymérisation. Et ainsi de maintenir un pool d actine-g dans le cytoplasme de la cellule,

21 Les protéines de coiffage Les proteines de coiffage sont des proteines qui se lient au extrémités barbées (+) des filaments d actine-f et empêche l ajout de nouveaux monomères d actine, La twinfiline La twinfiline La twinfiline est capable de jouer ce rôle liée à un monomère d actine-g, elle se lie au filament d actine et empêche l assemblage d autres monomères Actine F

22 Les protéines de fragmentation Dans la cellule il existe plusieurs protéines de fragmentation, elles sont comme leur nom l indique, capable de cliver les filaments d actine-f, Les principales protéines de fragmentation Cofiline Gelsoline En présence de Ca2+, la gelsoline se fixe au polymère d actine et crée une coupure engendrant la dislocation du fi lament d actine

23 Les filaments d actine : actine - F Les monomères d actine-g s associent en filament,(polymérisation)

24 Les filaments d actine : actine - F ATP Mg-ATP-actin (T) Mg-ADP-actin (D) ATP

25 RÔLE PHYSIOLOGIQUE

26 La migration cellulaire La migration des neutrophiles vers une source d inflammation sollicite une réorganisation des microfilaments (polymérisation de nouveaux filaments) pour le franchissement de la barrière endothéliale et leur déplacement au sein du tissu conjonctif.

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28 La cicatrisation C est un phénomène complexe qui met en jeu les fibroblastes et les kératinocytes. Une phase importante de la cicatrisation va nécessiter : - une adhérence des fibroblastes à la matrice extracellulaire - une traction des fibroblastes sur la matrice pour diminuer la surface de la plaie. Cette dernière étape est possible grâce aux faisceaux contractiles d actine qui sont situés aux points focaux d adhérence. Des protéines cytoplasmiques (vinculine, taline et a -actinine) assurent le lien entre les microfilaments et les molécules d adhérence (intégrines).

29 Les fibre de tension Il ne faut pas confondre les points focaux avec les hémidesmosomes car ils ont la même localisation membranaire (pôle basal de la cellule épithéliale). Ils différent essentiellement par le type de filaments qui leur est associé, il s agit d actine pour les points focaux et de filaments intermédiaires pour les hémidesmosomes.

30 Aspect mécanique

31 Ségrégation tissulaire au cours de l embryogenèse: Formation du tube neuronal par mouvements progressives de la ceinture d adhérence Ceinture d adhérence La contraction progressive des filaments d actine des ceintures d adhérence ainsi que des expressions différentielles de molécules d adhérence participent à la formation de la gouttière neurale, puis du tube neural. Contraction progressive des filaments d actine

32 Aspect moléculaire de l architecture cellulaire

33 Microvilli de la membrane plasmique membrane plasmique cytosquelette d actine

34 Organisation du muscle strié

35 Aspect moléculaire

36 La migration cellulaire

37 Déplacement de l actine (contraction du sarcomère) dû au changement de la position de la tête de myosine

38 Aspect physiologique de la contraction musculaire

39 La présence de Ca 2+ permet l interaction entre la myosine et l actine

40 Effets de toxines et autre molécule: La phalloïdine produite par l amanite phalloïde a la propriété de se lier aux filaments d actine. Elle s oppose à leur dépolymérisation causant ainsi leur accumulation et donc un dysfonctionnement cellulaire. La cytochalasine B a aussi une origine fongique et elle inhibe la polymérisation de l actine ce qui altère l organisation du réseau des filaments d actine.

41 Dynamique membranaire PHYSIOLOGIE DE LA MEMBRANE

42 Les microtubules a- et b-tubuline

43 Les microtubules aspect général :

44 Les microtubules : Les microtubules sont des tubes cylindriques de 250A de diamètre, de longueur variable et sont en général rectilignes Les microtubules sont généralement associés en structures complexes dont:. centriole. axonèmes des cils et des flagelles

45 Les microtubules :

46 le centriole Formé d un ensemble de microtubules associés par groupe de trois triplets et on compte toujours par centriole 9 triplets qui sont régulièrement espacés Dans un triplet, les microtubules sont associés sur toute leur longueur et ont en commun une partie de leur paroi. Des ponts unissent longitudinalement les triplets voisins. A l exception des végétaux supérieurs, les cellules des eucaryotes possèdent au moins deux centrioles comportant chacun 9 triplets. Une cellule en interphase, renferme deux centrioles situés près du noyau et placés perpendiculairement l un à l autre,. Cette paire de centriole et appelée diplosome - Lorsque les centrioles sont très nombreux, ils sont souvent situés près de la surface cellulaire à la base des cils et flagelles.

47 le centriole

48 Rôle structurel

49 Les constituants Structure de la microtubule tubuline Cette protéine est l'unique constituant des microtubules. La tubuline s'associe en dimères (tubuline-tubuline) Les dimères se polymérisent ensuite pour former des protofilaments. Protofilament Chaque protofilament est lui-même constitué de dimères de tubuline, tubuline-alpha et tubuline-bétâ. L'association de 13 protofilaments forme un filament creux de microtubule.

50 La dynamique (la polymérisation)

51 La dynamique ( le phénomène catastrophe)

52 Axonèmes des cils et des flagelles Les cils et les flagelles sont des digitations mobiles de la surface cellulaire qui sont animés par des mouvements pendulaires ou ondulants. Ils sont limités par la membrane plasmique et leur longueur est de 5 à 10 µ pour les cils et de 50 µ pour les flagelles. A l échelle ultrastructurale, il n y a pas de différence essentielle entre l anatomie des cils et celle des flagelles, c est leur longueur qui les différencie. Cils et flagelles renferment un faisceau de microtubules orientés parallèlement au grand axe de la digitation. Cet arrangement géométrique très précis porte le nom d axonème

53 Le mouvement cilaire :

54 Rôle dans le mouvement intracellulaire Les microtubules périphériques sont munis sur toute leur hauteur de paires de "bras" constitués d'une protéine, la dynéine, munie d une activité ATPase. Les microtubules existent dans tous les types cellulaires chez les vertébrés supérieurs (à l exception des hématies). Ils sont particulièrement nombreux dans les neurones du cerveau, où ils représentent environ 20% des protéines solubles

55 Rôle dans le mouvement intracellulaire

56 Rôle dans le mouvement intracellulaire Walking end of a kinesin molecule Comment une molécule de kinésine marche? le long de la surface d'une molécule de MT avec une fixation / relâchement en alternance de ses "pieds".

57 Dynamique membranaire PHYSIOLOGIE DE LA MEMBRANE

58 RÔLE THÉRAPEUTIQUE

59 Intérêt pharmacologique des MT: Les microtubules; cible de la thérapie anticancéreuse

60 Intérêt pharmacologique des MT: Les microtubules; cible de la thérapie anticancéreuse Certaines toxine et drogues (celles qui inhibent la mitose) affectent la polymérisation ou la dépolymérisation des tubulins Taxol, drogue anti-cancer, stabilise les microtubules. Colchicine se lie au tubulin et bloque la polymérisation les microtubule dépolymérise hautement Vinblastine cause une dépolymérisation et formation de vinblastinetubuline paracrystal Nocodazole cause une dépolymérisation des microtubules.

61 Les filaments intermédiaires kératine vimentine lamine desmine neurofilament

62 Rôle physiologique Les filaments intermédiaires ont un diamètre de 10 nm, intermédiaire entre celui des microfilaments d actine et les microtubules, d où leur nom. Ils proviennent de la polymérisation de monomères fibreux. Chaque monomère est composé de trois domaines : un domaine central hydrophobe organisé en hélice alpha. Il est très conservé d une famille de filaments intermédiaires à l autre ; une extrémité N-terminale et une extrémité C-terminale de longueur variable. Ces extrémités portent des sites de phosphorylation et de O-glycosylation. filaments intermédiaires desmosome

63 Rôle physiologique

64 Filament intermédiaire

65 Les filaments intermédiaires - Ce sont les éléments les moins dynamiques du cytosquelette. - Ils sont très importants pour la structure du noyau - Ils permettent l'ancrage des organites LES FILAMENTS INTERMÉDIAIRES CYTOPLASMIQUE NUCLÉAIRE Kératine vimentin neurofilaments la lamina nucléaire épithélium Tissus de connexion, cellules musculaire et cellule gliale Cellules nerveuse Chez les cellules animale

66 Les filaments intermédiaires :

67 Cycle de croissance d un poil

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69 Filaments intermédiaires (lamine) dans le noyau

70 Remarque : Contrairement à la plupart des microfilaments d actine et aux microtubules, les filaments intermédiaires sont des polymères stabilisés et non polarisés, ayant un rôle plutôt structural dans la cellule. Les filaments intermédiaires sont présents dans le cytosol et le nucléoplasme. Des trois constituants du cytosquelette, les filaments intermédiaires résistent le mieux aux forces d étirement ou de déformation. Le génome de certains virus pathogènes pour l Homme code des protéines capables de désorganiser les FI dans les cellules infectées. Ex. : Le virus d Epstein-Barr (EBV, famille de l herpès) cible les filaments intermédiaires des lymphocytes ( mononucléose infectieuse) le papillomavirus cible des filaments intermédiaires de cytokératine des cellules basales de l épithélium malpighien du col utérin ( cancer de l utérus).

71 Le cytosquelette rencontré uniquement chez les cellules eucaryotes,est un système formé de microstructures protéiques fibreuses, qui est solidaire de la membrane plasmique et des organites, ainsi que de l'enveloppe nucléaire. Le cytosquelette confère une forme à la cellule. Il est égalent responsable de la dynamique cellulaire

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