LE CYTOSQUELETTE. Mme Benzine Challam H.

Transcription

1 LE CYTOSQUELETTE Mme Benzine Challam H.

2 Dans le cours précédent relatif au hyaloplasme vous avez retenu que les structures fibrillaires du Cytosquelette représentent des éléments figurés du Hyaloplasme.

3 Ces structures fibrillaires sont responsables des ETATS GEL ET SOL du hyaloplasme (page 31)

4 INTRODUCTION

5 Qu est e ue le tos uelette? Le cytosquelette est un réseau complexe hautement organisé composé de filaments protéiques et occupant tout le hyaloplasme et la périphérie du nucléoplasme des cellules eucaryotes (absent chez les procaryotes et les Virus). Quels rôles assurent ils? À l'image d'un corps humain qui ne pourrait se soutenir ni maintenir sa forme sans la présence d'un squelette interne, la cellule doit le maintien de sa forme et sa résistance à l'affaissement par la présence d'un cytosquelette interne. Contrairement au squelette osseux qui est rigide, le cytosquelette est une structure très dynamique qui se réorganise continuellement au cours des différents évènements cellulaires de biomotilité (migration chromosomique; ig atio ellulai e ; t a spo ts v si ulai es..

6 LES ELEMENTS DU CYTOSQUELETTE SONT : 1.Microtubules (25 nm de diamètre) 2.Microfilaments d a ti e: Mf fins(7 à 9 nm de diamètre ) 3.Filaments épais de Myosine (10 à 15 nm de diamètre) 4.Filaments intermédiaires : FI (8 à 10 nm de diamètre)

7 Aspect général des éléments du cytosquelette Myosine

8 LOCALISATION CELLULAIRE : LES ELEMENTS DU CYTOSQUELETTE SONT DISPERSES DANS LE HYALOPLASME ET A LA PERIPHERIE DU NUCLEOPLASME Microfilaments d A ti e Microtubules Filaments intermédiaires

9 DISTRIBUTION PARTICULIERE DES MFF d A ti e ET DES FI DANS L ENTEROCYTE

10 Le cytosquelette se présente comme un réseau tridimensionnel à l i t ieu du uel les o ga ites se ette t e pla e ito ho d ie

11 Te h i ues d tude du Technique microscopique photonique: l i u ofluo es e e tos uelette Techniques microscopiques électroniques ( MET : coloration positive et négative)

12 CHOIX DES TYPES CELLULAIRES POUR L ETUDE DU CYTOSQUELETTE : Cellules différenciées : Cellule musculaire Cellule nerveuse Entérocyte Globule rouge Fibroblaste Cellule indifférenciée: Cellule mitotique

13 SUPPORTS PEDAGOGIQUES:.ILLUSTRATIONS DU FASCICULE 2. NOUVELLES PLANCHES

14 LES MICROTUBULES (Schéma 1 et 2 page 14)

15 MICROFILAMENTS D ACTINE page

16 FILAMENTS épais de Myosine (Schéma 11 page 23)

17 FILAMENTS INTERMEDIAIRES (Page 27)

18 NOUVELLES PLANCHES

19 Faculté de médecine d Alger 2014/ 2015 Cyto-physio-cellulaire. ChapitreVI: Elements du cytosquelette Les différents types d organisation des MFF d actine dans le cortex d un fibroblaste en mouvement sur un support de culture ( vue par transparence Mmes Dekar & Benzine

20 Faculté de médecine d Alger 2014/ 2015 Cyto-physio-cellulaire. ChapitreVI: Elements du cytosquelette Dynamique des microtubules

21 Faculté de médecine d Alger 2014/ 2015 Cyto-physio-cellulaire. ChapitreVI: Elements du cytosquelette L interactions des tubulines β avec le GTP ou le GDP est déterminante pour le mécanisme de polymérisation ou dépolymérisation des MT A ne pas retenir pour la 2eme EMD ce schéma L h d ol se alte e de l ATP pa les t tes de kinésines détermine un pas de course de8nm Mmes Dekar & Benzine

22 Faculté de médecine d Alger 2014/ 2015 Cyto-physio-cellulaire. ChapitreVI: Elements du cytosquelette Les différences structurales des protéines de de myosine I et II et leurs implications fonctionnelles La phosphorylation de la tête de myosine I induit son activité motrice La phosphorylation de la myosine II conduit à la formation d un filament bipolaire Implication de la myosine I dans le déplacement des vésicules destinées à l exocytose

23 A. LES MICROTUBULES

24 LES MICROTUBULES SONT PRESENTS CHEZ TOUTES LES CELLULES EUCARYOTES A L EXCEPTION DES ERYTHROCYTES 2 VARIETES DE MICROTUBULES MICROTUBULES STABLES localisés dans les centrioles, cils, flagelles MICROTUBULES LABILES localisés dans le hyaloplasme, fuseau mitotique

25 LOCALISATION DES DEUX VARIETES DE MT DANS LA CELLULE INTERPHASIQUE (page14) MT LABILES MICROTUBULES STABLES

26 DISPERSION DES MT LABILES DANS LE HYALOPLASME DANS UNE CELLULE INTERPHASIQUE ET UNE CELLULE MITOTIQUE Dans la cellule interphasique les MT labiles parcourent le hyaloplasme Dans la cellule mitotique les MT labiles forment le fuseau, indispensable pour la migration chromosomique

27 1. LES MICROTUBULES LABILES

28 1.1 ULTRASRUCTURE ET ARCHITECTURE MOLECULAIRE Schéma 1 page 14 5 nm d paisseu

29 TECHNIQUES D ETUDE : ASPECT DES MICROTUBULES EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE Coloration positive Coloration négative MT en forme de structures allongées et cylindriques

30 ARCHITECTURE MOLECULAIRE: Un MT est un cylindre creux dont la paroi est composée de 13 protofilaments décalés suite à la disposition hélicoïdales de ses protéines constitutives : les tubulines. Chaque protofilament est composé de dimères de protéines globulaires: les tubulines α et β d où l utilisatio de couleurs à chaque représentation s h ati ue d u MT. Les tu uli es sont synthétisées dans le hyaloplasme par les polysomes libres.

31 1.2 PROPRIETES DES MT LABILES (page 14) Les MT constituent une structure dynamique qui présente une extrémité + vers la périphérie cellulaire et une extrémité vers le centre cellulaire.

32 Un MT labile présente une extrémité dite coiffe et un corps. Sa Long. varie au cours des évènements de biomotilité cellulaires: on dira que le MT est une structure dynamique. Coiffe Corps

33 U MT LABILE peut s allo ge ou se raccourcir à ses 2 extrémités à des vitesses différentes

34 NOUVELLE PLANCHE : ARCHITECTURE MOLECULAIRE ET DYNAMIQUE D UN MT LABILE Coiffe Remarque : en réalité les gains et les pertes de dimères se déroulent aux 2 extrémités du MT. Nous ne considèrerons que les dynamiques dominantes de Gai à l e t it plus et de Pe te à l e t it oi s.

35 LA DYNAMIQUE D UN MT N ET PAS SIMILAIRE AUX DEUX EXTREMITÉS extrémité + extrémité - A l e t - + A l e t it - : LE MT SE RACCOURCIT PAR PERTE DE DIMERES DE TUBULINES GDP (Tubuline α GTP / Tubuline β GDP) it + : LE MT S ALLONGE PAR GAIN DE DIMERES ACTIFS DE TUBULINES GTP (Tubuline α GTP /Tubuline β GTP)

36 Au niveau du corps chaque protofilament représente un succession de dimères de tubuline GTP et tubuline GDP en effet la tubuline β se comporte comme une protéine enzymatique GTPasique (hydrolyse le GTP en GDP). Dimère de tubuline

37 Selon les évènements de biomotilité cellulaire les concentrations intracellulaires en tubulines et GTP varient : un MT labile peut être avec coiffe GTP ou sans coiffe Extrémités effilochées Coiffe GTP Corps GDP MT en croissance (en polymérisation) Oligomères courbés MT en catastrophe (en dépolymérisation)

38 PARAMETRES CHIMIQUES CONTROLANT LA LONGUEUR D UN MT S h a page 57 Le terme stable exprime ici MT labile maintenu

39 DANS LA CELLULE EUCARYOTE UN MT LABILE PEUT POLYMERISER OU DEPOLYMERISER ENTIEREMENT

40 CYCLE DE POLYMERISATION ET DE DEPOLYMERISATION D UN MT Ne pas confondre : échange du GDP par GTP lors de la polymérisation et hydrolyse du GTP en GDP lors de la dépolymérisation L interactions des tubulines β avec le GTP ou le GDP est déterminante pour le mécanisme de polymérisation ou dépolymérisation des MT

41 EFFET DES DROGUES SUR LA DYNAMIQUE DES MT LABILES (p. 57)

42 Le colchique: plante toxique qui synthétise la colchicine Les parties utilisées sont le bulbe et les graines. La colchicine est anti-inflammatoire. Elle est utilisée en cas d'attaque de goutte. Elle est interdite aux femmes enceintes, car les constituants peuvent d fo e le fœtus. Le ol hi ue d'auto e soig e certaines leucémies.

43 Vinblastine extraite de la pervenche de Madagascar est une drogue dépolymérisantes des MT labiles Elle est utilisée à des fins médicales, notamment dans le traitement du cancer du poumon, cancer du sein et les lymphomes.

44 Le Taxol : molécule extraite de l If du Pa ifi ue perturbe la dynamique des MT labiles (stabilise leurs longueur)

45 En thérapeutique humaine, ces molécules sont utilisées comme médicaments anti cancéreux. En effet la désorganisation des MT empêche la migration chromosomique ce qui perturbe la multiplication des cellules cancéreuses Cycle cellulaire d u e ellule cancéreuse qui ne poursuivra plus sa mitose après action de la colchicine (antimitotique) + Colchicine

46 1.3 BIOGENESE Dans la cellule eucaryote les MT Labiles prennent naissance au voisinage du centrosome (centre cellulaire ) pou s tale vers la périphérie cellulaire. Centre cellulaire MICROTUBULE LABILE Les différents types d organisation des MFF d actine dans le cortex d un fibroblaste en mouvement sur un support de culture ( vue par transparence

47 Centre cellulaire : interactions des MT labiles à la périphérie de la matrice de MAPS (PCM)

48 COMPOSANTS D UN CENTROSOME = Diplosome + Matrice péricentriolaire ou Matrice de MAPS ou COMT ou MTOC (centre organisateur de MT) labiles) Matériel péricentriolaire (COMT /MTOC) Les 2 centrioles perpendiculaires constituent un Diplosome

49 LES TURCS permettent la mise en place des MT Labiles du hyaloplasme Anneau de tubulines Matrice de MAPS composée de tubulines α ;β ; ;

50 Etapes de la iog 2. Ajout de dimères actifs de tubuline GTP et croissance P ot i es d a age (à ne pas retenir) se d u MT la ile 1. Mise en place de l a eau Turcs= 13 tubulines

51 ÉTAPES DE LA BIOGÉNÈSE D UN MT LABILE SUITE 3. Mise en place du feuillet et polymérisation du MT 4. Autofermeture du feuillet et formation du MT

52 Etapes de la iog se d u MT la ile : 1. Mise en place de 13 tubulines dans la région périphérique de la matrice de MAPs 2. Ajout de 13 dimères de tubulines actifs (tubulineα GTP et tubulineβ GTP) sur chaque tubuline 3. En présence de GTP ajout de dimères actifs sur chaque ébauche de protofilaments et polymérisation 4.fermeture hélicoïdale du feuillet du MT

53 A RETENIR : COMPOSANTS MOLECULAIRES DES MT LABILES Extrémité plus : Tubuline α GTP; Tubuline β GTP / GDP CORPS : Tubuline α GTP ; Tubuline β GDP Extrémité moins : Tubuline

54 1.4 PROTEINES ASSOCIEES AUX MT = MAP MAP structurales stabilisent un ensemble de MT MAP motrices assurent le déplacement des organites, vésicules et complexes moléculaires le long des MT

55 LES MAP = Protéines associées aux MT (page 16) MAP structurales des neurones MAP motrices communes aux cellules eucaryotes (sauf GR)

56 MAP structurales des Neurones : MAP 2 et Tau stabilisent les faisceaux de MT

57 Distribution des Protéines Tau et MAP2 dans la cellule nerveuse AXONE RICHE EN PROTEINES Tau CORPS CELLULAIRE et DENDRITES RICHES EN PROTEINES MAP2

58 ROLE DES MAP2 : Organisation et stabilisation des MT dendritiques et du corps cellulaire en Faisceaux

59 Les P ot i es Tau assu e t l o ga isatio des MT des a o es (Neurotubules) en faisceaux

60 LE DYSFONCTIONNEMENT DES PROTEINES TAU PEUT INDUIRE LA MALADIE D AL)HEIMER DEGENERESCENCE NERVEUSE CAUSANT DES TROUBLES DE LA MÉMOIRE) Modification biochimique de la protéine Tau

61

62 MAP motrices : Kinésine et Dynéine (page 16) Vésicule de transport

63 Kinésine et Dynéine assurent des transports orientés dans des directions opposées

64 Les kinésines et dynéines représentent des moteurs moléculaires ; elles peuvent transporter des structures diverses (complexes moléculaires, organites, vésicules..) à la surface des MT labiles considérés comme des autoroutes cellulaires.

65 2. LES MICROTUBULES STABLES

66 LES MICROTUBULES STABLES s o ga ise t en structures complexes localisées dans : Centrioles (p. 18) Cils (p.60) Flagelle du Spz

67 DANS LA CELLULE INTERPHASIQUE LES CENTRIOLES SONT LOCALISES DANS LE CENTROSOME (voir également la diapositive 48) MT Labiles

68 .. ULTRASTRUCTURE D UN CENTRIOLE ET PROTEINES ASSOCIEES (page 18)

69 Un centriole est un cylindre creux de lg et diamètre stables. Sa paroi est composé de 9 Triplets de MT A,B,C (structure en 9). MT A : complet 13 protofilaments ; MT B et C : incomplets 10 protofilaments chacun MT A : 13 protofilaments MT B : 10 protofilaments MT C : 10 protofilaments 0.5 µ de Lg 0.25 µ de diamètre

70 Les 9 triplets de MT sont liés par des ponts de Nexine (la nexine est considérée comme une protéine associée aux MT stables des centrioles ) Triplet de MT (A,B,C) Nexine Centriole en coupe transversale

71 Le centriole présente 2 extrémités distale et p o i ale. A l e t it distale d u e t iole e iste une structure protéique en rayon de roue

72 Aspe t d u e t iole et de so extrémité distale

73 2.1.2 BIOGENESE / DUPLICATION DES CENTRIOLES DANS LA CELLULE MITOTIQUE (page 17) Interphase 2 centrioles fils 2 centrioles parentaux Métaphase Prophase Fuseau mitotique Cellule Mère Enveloppe nucléaire Interphase Cellule Fille

74 La duplication des centrioles débute à la phase S et se termine à la fin de G2 durant une interphase mitotique. Autoduplication observée au MET après coloration positive Remarque : semi conservation des centrioles

75 RAPPEL SUR LES DIFFERENTES PHASES DE L INTERPHASE MITOTIQUE

76 Application : STRUCTURE ET DYNAMIQUE DU CYTOSQUELETTE DE LA CELLULE MITOTIQUE

77 UNE CELLULE MITOTIQUE CORRESPOND A UNE CELLULE QUI N EST PAS EN INTERPHASE

78 AU DEBUT DE LA MITOSE SE PRODUIT UNE AUTO DUPLICATION DES CENTRIOLES SUIVI DE LEUR ELOIGNEMENT VERS LES POLES CELLULAIRES ET LA MISE EN PLACE PROGRESSIVE DU FUSEAU Cellule mère Remarque: inutile de retenir les composants du noyau

79 LOCALISATION DES 2 VARIETES DE MT LABILES DANS LE FUSEAU MITOTIQUE : MT Kinétochoriens et MT du fuseau ET MT STABLES DANS LES CENTRIOLES (page 62) Remarque: Ainsi dans la cellule mitotique existe 2 centres organisateurs des MT labiles : les centrosomes et les kinétochores

80 MT KINETOCHORIENS OU CHROMOSOMIQUES SONT LIES AUX KINETOCHORES DE CHAQUE CHROMATIDE

81 INTERACTION DES MT KINETOCHORIENS ET DES MT LIES AU CENTROSOMES (MT POLAIRES )

82 LORS D UN CYCLE MITOTIQUE LES MT LABILES DU FUSEAU SONT DYNAMIQUES: ILS SE POLYMERISENT PUIS SE DEPOLYMERISENT POUR DISPARAITRE TOTALEMENT TELOPHASE METAPHASE PROPHASE ANAPHASE