Matrice extracellulaire MEC, composant du tissu conjonctif
PLAN Définition : tissu conjonctif et MEC Exemple de différents types de MEC Analyse des constituants protéines protéoglycanes Relation cytosquelette -MEC Lame basale: un type particulier de MEC apparence, composition, rôle Exemple de rôle dans la cicatrisation MEC chez les plantes
Tissu conjonctif (TC): tissu de soutien mais également fonctions spécialisées MEC : composant du TC Tissu conjonctif : tissu dans lequel cellules sont séparées par de la MEC Peu de cellules comparé volume de MEC cellules indigènes fibres (protéines fibreuses) Substance fondamentale MEC Développement: Cellules d origine mésodermique Mésenchyme qui se différentie et se spécialise Différents types de TC suivant leur composition donc des tissus conjonctifs
Différents types de TC suivant composition - En cellules indigènes fibroblastes mastocytes adipocytes chondroblastes adipocytes ostéoblastes communes à beaucoup TC cartilage tissu graisseux os + cellules immigrantes provenant des vaisseaux sanguins - En fibres cad protéines insolubles Collagène (27 types) Elastine Fibrilline (2 types) Fibuline, SPARC Fibres sont synthétisées par les cellules indigènes - En substance fondamentale Protéines solubles (glycoprotéines) Protéoglycane (noyau protéique +GAG) Acides aminés, oses, sels minéraux, eau MEC Gel hydraté
Selon le rapport cellules/mec + composition de la MEC: l. Tissu conjonctif lâche Derme: TC lâche de type équilibré 2. Tissu conjonctif dense fibreux Tendon, ligament, cartilage: TC fibreux, déformable 3. Tissu conjonctif dense calcifié Os : TC dur 4. TC fluide non structuré Sang: TC liquide
Derme: TC lâche de type équilibré Figure 23-3 Molecular Biology of the Cell Vascularisation et innervation Michel Hirn
Derme: TC lâche de type équilibré - Rôle de soutien: remplissage ou «emballage» des tissus et organes - Assure le passage de substances entre le sang et des épithéliums de revêtement (donc leur nutrition) - Rôle dans les réactions inflammatoires et dans les phénomènes immunitaires - Rôle dans les processus de cicatrisation; - dans le chorion du tube digestif, des voies respiratoires; des voies génitales et urinaires; - dans la sous-muqueuse du tube digestif; - dans les séreuses; - etc
Cartilage : TC dur et compressible Division des chondrocytes Michel Hirn
Os :TC dense calcifié Tissu mature, adulte Michel Hirn Vascularisation et innervation 1 ostéocyte 2 GAP 3 bordure ostéoïde non calcifiée 4 os minéralisé 5 cellules ostéo-progénitrices 6 ostéoblaste 7 ostéoïde
Sang: TC fluide non structuré TC fluide, liquide (plasma) Pas de fibres (ni collagène, élastine ) mais de nombreuses protéines solubles (albumines, transférrine, thrombine, fibrinogène, glycoprotéines (fibronectines), facteur de coagulation. Les cellules sanguines peuvent extravaser pour aller Dans les tissus Figure 23-37e Molecular Biology of the Cell
Différents types de TC suivant composition - En cellules indigènes fibroblastes mastocytes adipocytes chondroblastes adipocytes ostéoblastes communes à beaucoup TC cartilage tissu graisseux os + cellules immigrantes provenant des vaisseaux sanguins - En fibres cad protéines insolubles Collagène (27 types) Elastine Fibrilline (2 types) Fibuline, SPARC Fibres sont synthétisées par les cellules indigènes - En substance fondamentale Protéines solubles (glycoprotéines) Protéoglycane (noyau protéique +GAG) Acides aminés, oses, sels minéraux, eau MEC Gel hydraté
Protéoglycanes = partie protéique associée à des Glycose Amino Glycanes (GAG) Aggregane 3 10 6 daltons 100 chaines de GAG Hyaluronane 8 10 6 daltons Fixation non covalente d aggregane sur hyaluronane Association en plus avec collagène ou autres protéines fibreuses pour former structure très complexe Figure 19-60b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
N-acetylgalactosamine Iduronic acid Figure 19-55 Molecular Biology of the Cell 4 types de GAG suivant sucres, liaisons, nombre de SO3 - Hyaluronane, chondroïtine sulfate et dermatan, heparane sulfate, kératane sulfate Masse des GAG < 10% de la masse des protéines fibreuses mais volume est très supérieur car hydratation très importante (charges <0 abondantes donc ions Na+ principalement donc eau) création d une turgescente qui permet de résister à la pression (ex cartilage très résistant à la pression) Sous effet pression, eau est chassée; pression est relâchée l eau revient
Hyaluronan ou acide hyaluronic présent dans la synovie et cartilage hyalin Jamais lié à un cœur protéique (le seul GAG comme cela), pas de groupement sulfate Sécrété directement dans l espace extracellulaire et non par exocytose Figure 19-56 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Table 19-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Synthèse des composants de la MEC: par fibroblastes (cellules de la famille des fibroblastes) ou autres cellules indigènes Synthèse protéines glycosylées ou non Figure 19-54 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Synthèse du collagène, élastine.. mais aussi orientation synthèse/polymérisation des protéoglycanes Hyaluronane synthétisé directement dans l espace extracellulaire par des glycosyltransférases membranaires Protéoglycanes modification post traductionnelle qui a lieu dans Golgi Enzymes impliquées dans polymérisation
Glycosylation dans le RER Lipide spécifique au RE pro Figure 12-51 Molecular Biology of the Cell Figure 12-50 Molecular Biology of the Cell
Figure 13-31 Molecular Biology of the Cell Substrat glycosyl transférase Figure 13-30 Molecular Biology of the Cell
Figure 13-28 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Site??? Figure 19-58 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Ancrage pour HS, CS, DS Autre ancrage pour KS glycosyl transférase : sucre par sucre Sulfatation Epimérisation Très grandes diversité du nombre, du type de sucre (GAG), des modifications, pour une même chaine peptidique d une cellules à l autre Mol Biosyst. 2012 June; 8(6): 1613 1625. Proteoglycan sequencelingyun Li, a Mellisa Ly, a and Robert J. Linhardt
Mol Biosyst. 2012 June; 8(6): 1613 1625. Proteoglycan sequencelingyun Li, a Mellisa Ly, a and Robert J. Linhardt
Synthèse du collagène, élastine, fibrilline (kératinocytes) mais aussi orientation Figure 19-62 Collagène 25% masse des protéines humaines Forme des grosses fibres (500 nm de diamètre et 1 à 10µm de long) assez rigides, grâce composition en aa particulière, très résistantes à l étirement (Gly-Pro-X)-(Gly-Pro-X)-(Gly-Hyp-X)-(Gly-Pro-Hyp)-..(Gly-X-Y)-(Gly-Pro-X)-(Gly-Pro-X)-(Gly-Hyp-X). Gly petit aa Pro ou Hyp, permet de faire des angles (coudes) qui vont stabiliser la triple hélice Gènes : 30 différents (beaucoup d exons (42)) mais 27 types de collagènes différents chez humains exons des domaine hélicoïdaux = multiple d 1 séquence de 18 aa (6 tours d hélice) Duplication d un exon primaire (54 pb, 18 aa) 0,29nm Liaison H exons des domaine non hélicoïdaux = séquences différentes, aa de domaines globulaires Figure 19-63 Molecular Biology of the Cell
Figure 19-66 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) RER Golgi glycosylation 1050 aa 300 nm Tropocollagène insoluble S-S: guident mais aussi empêchent l enroulement intracellulaire
Rôle de ces liaisons pour la résistance tendons) Lysyl oxydase: substitution d un NH2 par CHO puis réaction d aldolisation. Autre possibilité par liaison entre 3 Hyp Renouvellement du collagène Collagénase (métallo protéines) Durée de vie assez longue, quelques mois (scorbut) voir années dans l os Maladie : scorbut, os de verre
Formes principales: coll I (90% du coll), XII, VI, XIV VIII, X XIII Table 19-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Biologie cellulaire Pollard et Earnshaw Figure 31. 2 AF fribrile d ancrage MB membrane basale Orientation des molécules de collagène Au moment de la sécrétion par interaction avec le cytosquelette (protéines transmembranaires) mais aussi grâce à l interaction de collagènes de petites tailles qui se fixent aux fibrilles et orientent la formation des fibres (ex col XII qui se fixe sur col I et col IX qui se fixe sur col II) Suivant le tissu l orientation des molécules sera différente: Peau sorte de tissage en osier qui permet une résistance dans toutes les directions Tendon, ligaments: fibres orientées en parallèle permettant une résistance entre 2 points Os: fibres organisées en plaques superposées presque perpendiculairement
Fibres élastiques Peuvent se déformer (150% de la taille initiale) Elastine, fibrilline et fibuline TC qui ont besoin d élasticité (ex: derme, vaisseaux, poumons ) les fibres de collagène sont mélangées avec des fibres élastiques. L ensemble confère une élasticité et évite la rupture Tropo élastine: 750 aa, beaucoup aa hydrophobes (90%), riche en pro et gly (peu de lys). Pas de glycosylation, quelques hyp et pas de Hyl Synthèse et sécrétion de tropo élastine soluble qui ensuite s interconnecte par aldolisation des lys (LOX-L) pour donner l élastine Renouvellement: inexistant à partir de la puberté car la LOX-L n est plus produite Dégradation: élastase sécrétée par fibro, macrophage et PNN Micro fibrilles formées entre autre de fibrilline (glycoprotéine soluble). Ponts S-S entre fibrilline et élastine Ces micro fibrilles constitue une sorte d échafaudage pour la formation des fibres d élastine Figure 19-71 Molecular Biology of the Cell
Glycoprotéines de la MEC: servent à organiser la MEC et servent de support à la migration des cellules. Caractéristiques communes : protéines à domaines = sites de fixation spécifiques pour différentes macromolécules Fibronectine FN III Région ancrage aux intégrines RGD commun à autres protéines Figure 19-72 Molecular Biology of the Cell FN I, FN II, FN III motifs répétitifs agencés différemment dans les différents domaines Fibronectines dans la salive Permet interaction des cellules avec la MEC. Très importante au cours du développement et chez adulte dans régénération des tissus Homodimères de 2500aa environ assemblées par ponts S-S en c-term 1 gène (humain) 50 exons et 20 épissages alternatifs possible
Figure 19-73 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-74 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Définition : tissu conjonctif et MEC Exemple de différents types de MEC Analyse des constituants protéines protéoglycanes Relation cytosquelette -MEC Lame basale: un type particulier de MEC apparence composition rôle exemple de rôle dans la cicatrisation MEC chez les plantes
Cellules adipeuses, de Schwann Figure 19-39 Molecular Biology of the Cell) Figure 19-40 Molecular Biology of the Cell
HS Collagène type VII, III, XVIII (PG) Figure 19-41 Molecular Biology of the Cell Composants: protéines fibreuses et PGs. Variation dans la composition des LB mais également des composant communs : Laminines, col IV, nidogène et perlécan Composants de la lame basale synthétisés par les cellules de la MEC mais aussi les autres cellules (épithéliales, endothéliales, musculaires.)
Collagène IV Figure 19-42a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) S-S entre les 3 chaînes Collagène VII Chez l homme 5 a, 3 b et 3 g Soit actuellement 15 trimères de laminines différents avec spécificités différentes Chez la drosophile 2 trimères de laminines différents a1β1γ1, a1β2γ1 a2β1γ1 a4β2γ1 a3β3γ2 (laminine 5) épithélium, endothélium synapse muscles striés entre derme et épiderme entre derme et épiderme
N
Figure 19-43 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Liaison à la MEC grâce à des intégrines. Ces protéines transmembranaires (dans les desmosomes ponctuels et les hémidesmosomes ou encore dans les desmosomes ceinturants ) peuvent se lier à pratiquement toutes les molécules de la matrice extracellulaire. Les intégrines étant elles-mêmes reliées au cytosquelette (actine, tonofilaments de kératine ), la MEC interagit avec le cytosquelette (elle oriente le cytosquelette parallèlement aux molécules de la MEC et inversement). 1400-1600 aa Figure 19-46 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 20-50 aa a 160 kd b 120 kd Figure 19-45 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Richard O. Hynes1 Cell, Vol. 110, 673 687, 2002
Rôle de la lame basale et de la MEC dans la cicatrisation cutanée Figure 23-3 Molecular Biology of the Cell Michel Hirn Caillot = MEC temporaire plaquette + fibrine +fibronectine + aiiib b3 protection du tissu et support pour la migration des cellules (fibro, cell sanguines, endothéliales) Plaquette : libération de cytokines, facteurs de croissance (PD EGF, PDGF; dégranulation) Synthèse de hyaluronane (acide hyaluronique) Extravasation par sélectine et modif intégrines Neutrophiles et macrophages : nettoyage sécrétion de cytokines, de facteurs de croissances (FGF, TNF, EGF..) Réaction inflammatoire
Destruction du caillot et remplacement de celui ci par MEC : synthèse des produits de la MEC par macro et fibro (collagène, fibronectines, GAG..), Angiogenèse à partir des vaisseaux lésés, Transformation des fibroblastes (TGFb) en myo fibroblastes = cellules contractiles type cellules musculaires lisses. Synthèse et sécrétion de collagène, expression de α1β1 et α2β1qui permet la fixation au collagène et la contraction Entraînent fermeture de la plaie. Traction sur les constituant de la MEC en migrant dessus grâce aux pseudopodes et filopodes Contraction du TC permet le rapprochement des 2 bords de l épiderme lésé Migration des cellules souches des kératinocytes, prolifération et reformation des différentes couches de l épiderme et de la LB (synthèse Laminine). Migration grâce aux lamellipodes et filopodes Dans le TC sous jacent les myo fibro entrent en apoptose Toutes les cellules qui migrent synthétisent et sécrètent des protéinases pour dégrader le caillot et la MEC (collagénase, gélatinase) qui sont des métallo protéines matricielles (MMP). Indispensable pour la migration mais aussi pour la libération des facteurs de croissance ou des cytokines fixés sur les GAG. Cicatrisation normale Cicatrisation anormale, les myofibro n ont pas été détruits = contraction et bourgeonnement
Matrice extracellulaire des plantes = parois des cellules végétales Parois rigide qui protège contre déformation et donne une forme à la cellule P et M Curie 40 ch Rôle de squelette, de protection de chaque cellule, de transport à travers des conduits qui relient les cellules Parois cellulaires dépendent de la différentiation spécialisation des cellules Composée de cellulose, hémicellulose, pectines, protéines (lignine dans les cellules âgées) Figure 19-78 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
P et M Curie Fibrilles de cellulose polymères de glucose associés en fibre Xyloglycane (famille des hémicellulose) Polymères de glucoses avec ramifications (xylose, galactose, ramnose) pectines Pectine très négatives (ac galacturonique) donc très hydratée HRGP (Hyp Rich glyco Protéine) deux chaînes liées par liaisons entre Tyr, donne, en fin de croissance de l apex, une rigidité à la parois
P et M Curie Eau, ions (ca++, H+), protéines (peroxydases endo xyloglucane transférases, pectines méthyl estérases, pectinases
5.2. LES FACTEURS DE CROISSANCE REGENERATIVE ET LEUR FONCTION * Epithelial Growth Factor : Chaîne 53-amino acid polypeptide Libérée durant dégranulation des plaquettes Stimule réépithélialisation, angiogénèse, et activité collagénase * Fibroblast Growth Factor Stimule : angiogenesis, prolifération cellulaire endothéliale, synthèse collagène, contraction plaie, synthèse matrice, épithélialisation, Produit Keratinocyte growth factor * Platelet Derived Growth Factor Produit par les granules alpha des plaquettes, Activent TGF-b Stimule : neutrophiles et macrophages, chémotaxie, mitogénèse des fibroblastes et cellules muscle lisse, synthèse collagène et activité collagénase, angiogénèse * Transforming Growth Factor - Beta Présent dans les granules alpha des plaquettes. S oppose à l inhibition de la cicatrisation de la lésion causée par les glucocorticoïdes Stimule les monocytes pour sécréter FGF, PDGF, Tumor Necrosis Factor - Alpha (TNF-a), et Interleukin-1 Stimule chémotaxie et prolifération des fibroblastes; Puissant stimulateur de la synthèse du collagène * Transforming Growth Factor Alpha. Variant de Epithelial Growth Factor. Produit par plaquettes activées, macrophages, et kératinocytes Stimule la croissance cellulaire mésenchymale, épithéliale, et endothéliale. Stimule chemotaxie endothéliale * Interleukin 1 Stimule prolifération lymphocyte. Influences activité collagénase Les principaux facteurs de croissance * transforming growth factor beta (TGF-b) * platelet-derived growth factor (PDGF), PDEGF patelet-derived epidermal. * insulin-like growth factor (IGF) * vascular endothelial growth factors (VEGF) * epidermal growth factor (EGF) * fibroblast growth factor-2 (FGF-2)
Intervalle de durée 10mn à 4 jours 4è au 6è jour 6è au 10è jour 10è au 20è jour Etape Exsudation Détersion Bourgeonnement Epidermisation ou épithélialisation Remodelage Caractéristique Erythème, œdème Rouge et granuleuse Rosée Rosée et peu élastique Processus Inflammation, Exsudat plasmatique, Hémostase Production de substance fondamentale, bourgeons endothéliaux, néo vascularisation Migration, multiplication et différenciation des kératinocytes. Création d'un épiderme fonctionnel à partir des bords de la plaie Contraction de la peau, réorganisation des vaisseaux sanguins, réapparition des annexes. Cellules en jeu et fonction Afflux de leucocytes et macrophages, nettoyage du tissu mort et des bactéries Les fibroblastes (producteurs de collagène) deviennent mobiles et contractiles (myofibroblastes). Cellules endothéliales (bourgeons épidermiques) Kératinocytes Fibroblastes et cellules différenciées.