Parcours 3 – Cours 5
Cours du 04/11 reporté au
24/11/15
Christian Poüs
RT : Helena Allera
Serena Anifrani
Cytosquelette et dynamique cellulaire :
physiologie et criblage thérapeutique
I. Les microtubules
A- La dynamique des microtubules
B- L’extrémité (+) du microtubule
C- Les régulateurs : les MAPs
D- Facteurs déclenchant les catastrophes
E- Régulateurs de la dynamique : les modifications posttraductionnelles
F- L’extrémité (-) du microtubule
G- Test 1
II. Agents pharmacologiques
A- Colchicine
B- Taxol
C- Traitements
D- Conséquences de la réduction de la dynamique moléculaire
E- Moteurs moléculaires
F- Dynamique microtubulaire lors de la métaphase
G- Test 2
III. Cibles thérapeutiques
A- Fonctions ciblées
B- Néo-angiogenèse
IV. Les microfilaments
Lorsque l'on évoque le cytosquelette, on cite 3 composants :
 Les microtubules
 Les microfilaments d'actine
 Les microfilaments intermédiaires (non évoqué dans ce cours)
Les composants du cytosquelette sont en interaction les uns avec les autres ou au moins avec un
des deux autres. En revanche les fonctions de ces composants sont étudiées de manière
individuelle pour simplifier les choses.
I.
Les microtubules
Les microtubules prennent deux organisations différentes en fonction de la cellule :
 en interphase :
o positionner les organites et les structures cytoplasmiques voire d'autres
éléments du cytosquelette;
o organisation de voies de signalisation (ex : la transmission de la membrane
plasmique au noyau est modulée par les éléments du cytosquelette);
o polarité et migration.
 en mitose :
o formation d'un fuseau pour l'alignement et la ségrégation des chromosomes.
Les microtubules représentent une cible thérapeutique majeure notamment dans les
cancers : la cible privilégiée étant le constituant élémentaire du microtubule, le dimère de
tubuline (sous forme libre ou à l'état de microtubule il va être capable de lier des molécules à
action thérapeutique).
Il y a de nombreux sites de liaison possibles de molécule à action thérapeutique sur la tubuline
dont au moins 5 connus. Il y a donc une grande richesse de molécules pouvant s’y fixer.
A. Dynamique des microtubules
Le dimère de tubuline = une molécule α et β de tubuline qui sont associées et qui lient chacune
un nucléotide guanidique : le GTP pour l’α tubuline quelques soient les circonstances et soit du
GTP soit du GDP pour la β tubuline.
La β tubuline est un site échangeable : on peut passer d'un GDP à un GTP pour
permettre l’assemblage des tubulines. L’interaction entre les deux protéines va bloquer
l’accession du nucléotide guanidique à la poche de liaison dans la molécule d’α tubuline et va
donc empêcher cet échange, donc on aura toujours une molécule d’α tubuline liée à du GTP.
Le principe de l'assemblage de la tubuline pour former un polymère est : une molécule α
et β va être capable de s'incorporer dans un polymère : lorsque qu’un nouveau dimère lié au GTP
va venir se fixer sur le microtubule, l’ α tubuline du nouveau dimère va être en interaction avec
la β tubuline déjà présente sur le microtubule : cette interaction va stimuler l’activité GTPase
portée par la β tubuline : les molécules ayant été incorporées anciennement vont se
retrouver à l’état GDP donc toutes les dernières molécules incorporées vont conserver un
état GTP.
L’assemblage des dimères mène à la formation d’un protofilament. Ce protofilament
s’assemble à d’autres protofilaments pour former une structure cylindrique creuse constituée de
13 protofilaments, c’est le microtubule.
L’essentiel du microtubule est donc associé à du GDP sauf au niveau de la coiffe de GTP.
Attention : les microtubules sont polarisés : les 2 extrémités ne sont pas équivalentes :


extrémité ancienne (-)  α tubuline
extrémité nouvelle (+)  β tubuline
En réalité les microtubules sont dynamiques : l'incorporation de dimères se fait sous forme de
feuillet pour former le cylindre du microtubule  les deux extrémités se rapprochent dans la
longueur en fermant ainsi le cylindre.
B. L'extrémité (+) du microtubule
-moteurs moléculaires
-kinésines vers +
-dynéines vers La dépolymérisation est rendue possible par la perte de la coiffe de tubuline GTP
(permet l’assemblage et la stabilité du protofilament).
La perte de cette coiffe permet aux protofilaments d'adopter une conformation
relâchée qui est en réalité portée à l’intérieur d’une molécule de GDP et permet au
protofilament de se courber vers l'extérieur du cylindre (à l’image d'une peau de banane que
l'on épluche) et les tubulines de GDP vont être libérées retournant ainsi à leur état libre dans
le cytosol où elles vont subir des échanges nucléotidiques pour retourner à l’état de tubuline
GTP.
Le principe d'équilibre entre forme libre et protofilament est une alternance d’une
phase de croissance et de dépolymérisation (la dépolymérisation est plus rapide que
l'assemblage).
La transition entre ces deux phases s’appelle la catastrophe.
Les microtubules en cours de dépolymérisation peuvent éviter une dépolymérisation totale et
être sauvée pour repartir vers une phase d’assemblage : c’est le sauvetage.
Ces propriétés permettent aux microtubules d'adopter un comportement dynamique :
c’est l’instabilité dynamique (alternance phase de croissance et de dépolymérisation).
Le comportement d'un microtubule donné est indépendant d'un microtubule voisin.
Etude d’un astère (structure de microtubules étoilés) au cours du temps :
Un astère : des microtubules reliés autour du centrosome.
Les microtubules sont reliés autour du centrosome. On voit qu'entre deux temps différents, des
microtubules se sont créées, allongés et se sont dépolymérisés. Cette étude démontre cette
instabilité dynamique au pôle (+).
Pour information : cette expérience est réalisée in vitro.
Si on trace une évolution de la taille d'un microtubule au cours du temps on y retrouve les
différentes phases.
Croissance Catastrophe Sauvetage Dépolymérisation
 Phase de croissance lente
 Catastrophe
 Sauvetage
On peut mesurer les choses et les quantifier et à partir de ces documents on évalue des
fréquences de catastrophe, des vitesses de dépolymérisation…
Dans une cellule in vivo, l'instabilité dynamique existe aussi. On retrouve un comportement
dynamique avec alternance de phases de croissance, de dépolymérisation, de catastrophe et de
sauvetage.
À noter : tous les microtubules ne présentent pas de grandes amplitudes et de variations de
longueur importantes. Cela traduit d'une stabilité des microtubules qui a une importance
physiologique.
Récapitulatif :
 L’instabilité dynamique a lieu à l’extrémité (+).
 La coiffe de GTP permet la polymérisation.
 S’il y a perte de cette coiffe, il y a dépolymérisation (catastrophe).
 Cette dépolymérisation peut-être contrebalancée par un sauvetage permettant une
nouvelle phase de croissance.
En utilisant un anticorps recombinant sélectionné contre une tubuline GTP non
hydrolysable en GDP (c’est le GTPγ S), si on regarde le marquage, aux extrémités (+) on a un
microtubule avec un marquage rouge : présence de la coiffe avec GTP et dans la structure
interne il y a aussi un marquage rouge : conservation de la conformation tubuline GTP.
 Cela permet d'obtenir une corrélation avec la localisation des sauvetages (ressemble
à une empreinte conformationnelle) : où il y a ce signal débute la phase de sauvetage.
Ceci illustre les propriétés dynamiques liées au bout (+) : traduction de la propriété de la
tubuline une fois assemblée dans la cellule.
Même si cette dynamique est possible in vitro, dans la cellule le microtubule va interagir avec
d'autres organites qui vont pouvoir amplifier ces propriétés dynamiques.
C. Les régulateurs : les MAPs (microtubule-associated proteins)
Les protéines MAPs vont interagir avec les microtubules en les tapissant et peuvent
stabiliser l’édifice moléculaire en s’associant à des tubulines voisines. Ces MAPs
correspondent aux MAPs structurales. Parmi celles-ci, certaines vont se lier spécifiquement au
voisinage de l’extrémité (+) ce sont les plus-end tracking proteins (+TIPs).
♡♡♡ EB1♡♡♡ : end-binding one : rôle de régulation de la dynamique des microtubules car
empêche les catastrophes et donc il y a polymérisation jusqu'à la périphérie de la cellule.
EB1 sert de plate-forme de recrutement de +TIPs associées ayant chacune un rôle sur la
dynamique microtubulaire (croissance, dépolymérisation, sauvetage, catastrophe).
EB1 (dimère) possède :
 2 domaines CH : interaction directe avec la tubuline
 Un domaine hydrophobe central qui permet de recruter des protéines possédant une
séquence tétrapeptidique : Sérine-X-Isoleucine-Proline (Ser-X-I-P)
 Séquence C-terminal : composée de 2 acides glutamiques et d’une tyrosine ou une
phénylalanine (acide aminé aromatique). Cette séquence mime la séquence C-ter de l’α
tubuline et sert à recruter des protéines comme CLIP 170 qui vont interagir avec les
tubulines.
On a donc différents moyens pour associer à l’extrémité (+) des microtubules des protéines
partenaires.
Etude de l’expression de la protéine EB couplée à la GFP dans une cellule : polymérisation de
microtubule au voisinage de l’extrémité (+).
♡♡♡ Treadmilling ♡♡♡ : les protéines qui vont être présentes dans le cytosol à l’état libre et
qui rencontrent une extrémité (+) en croissance vont être recrutée sur cette même extrémité
(exemple : les +TIPs). Ensuite ces protéines ne vont pas à la périphérie de la cellule, elles vont
être libérées au même endroit quand l'extrémité (+) sera passée (pas de transport).
Cela permet à la plupart des protéines +TIPs de suivre EB. Cependant il y a quelques
exceptions dont la protéine APC : protéine anti-oncogène (mutation d’APC notamment dans
cancer du côlon) participe à la voie de signalisation des Wnt. Elle se retrouve à l’extrémité (+)
car elle est motorisée. Elle peut former un complexe avec EB1 et une protéine MDIA (facteur
de nucléation des microfilaments d’actine) et va bloquer la nucléation au bout (+) des
microtubules en y formant une coiffe  blocage d’échanges de tubulines  stabilité du
microtubule.
Ainsi certains microtubules vont rester en pause et montrer une dynamique très stable.
♡♡♡ CLIP 170 ♡♡♡ : 1ere +TIP découverte dans les années 90
 comportement de type comète (treadmilling)
 facteur de sauvetage
Si on prend des cellules (-CLIP170) : polymérisation jusqu’à la périphérie puis catastrophe sans
possibilité de sauvetage.
80% des sauvetages résultent de l'action de CLIP170.
D. Facteurs déclenchant les catastrophes
♡ MCAK ♡ : mitotic centromere associated kinesin : moteur moléculaire (kinésine) découvert
lors de la mitose. Elle se concentre aux extrémités et stimule la dépolymérisation.
 Dépolymérase
 Hydrolyse ATP (conversion de l’énergie chimique en énergie mécanique pour
permettre la courbure des protofilaments et faciliter la dépolymérisation)
 Ce moteur MCAK présente une séquence Ser-X-I-P : recrutement par EB1 pour aller à
l’extrémité (+) et peut se déplacer sur microtubule.
 In vitro, MCAK peut aller aussi à l’extrémité (-) et dépolymériser aussi. MCAK se
concentre où les protofilaments se courbent. /!\différent in vivo /!\
Question : MCAK enlève-t-elle la coiffe ?
On ne sait pas ce qui est capable d'enlever la coiffe (pas formellement démontré).
E. Régulateurs de la dynamique : les modifications post-traductionnelles
Les microtubules stabilisés vont accumuler des modifications de la tubuline.
La tubuline a une séquence C-terminale : EEY (Acide glutamique-Acide glutamique-Tyrosine) :
 Détyrosination : La perte de cette tyrosine en 451 (détyrosination) pas de
dépolymérisation car la tyrosine 451 recrute des +TIPs (CLIP170, MCAK même si elles
sont recrutées par leur interaction avec EB1, la tubuline reconnait aussi cette séquence).
Les microtubules sont beaucoup plus stables car ils ne présentent pas de phase de
sauvetage ni de catastrophe et n’ont pas les facteurs favorisant ces deux événements.
Ces modifications post-traductionnelles sont en général réversibles et on peut refaire des
microtubules tyrosinés.

Acétylation de la lysine 40 qui se trouve à l’extrémité (-) qui correspond à une boucle à
l’intérieur de la tubuline : marqueur important de la stabilisation du microtubule.
Le treadmilling est aussi applicable à la tubuline :
 Cible thérapeutique
In vitro :
S’il y une perte du coté (-) et une polymérisation du coté (+) : on se rend compte que la tubuline
va à un moment être relâchée dans le cytosol au même endroit (onde de polymérisation dans le
cytosol : la tubuline ne bouge pas bien que l'onde se propage de proche en proche).
Ces mécanismes de coupure sont importants quand les cellules veulent rebrancher leur
microtubule dans des régions différenciées.
Exemple : branchement de dendrites dans les neurones, on a besoin que les microtubules
puissent se cliver localement grâce à des katanines ou des spastines et générer un nouveau bout
(+) et un nouveau bout (-) permettant de faire croitre des branchements.
F. L’extrémité (-) : attachement au centrosome
Le centrosome est composé de 2 centrioles : assemblage de triplets de microtubules. Les
deux centrioles sont perpendiculaires et autour de cet ensemble, il y a matériel amorphe, péricentriolaire contenant des structures en forme d'anneaux ouverts (γ-turc/γ-tubulin ring
complex) et servent à assembler sous forme d’un pas d’hélice des molécules de γ tubuline, qui
sert à recruter les premières molécules de tubuline qui vont former le début du microtubule,
c’est la nucléation.
Ces complexes de γ tubuline sont maintenus sous cette forme grâce à des protéines accessoires
qui viennent former ces anneaux ouverts qui contiennent 13 sous-unités  13 protofilaments
dans un microtubule.
Le centrosome est en général à proximité du noyau
La nucléation des microtubules ne se situe pas qu’au niveau du centrosome. Elle peut aussi
avoir lieu à proximité de l’appareil de Golgi avec des modalités particulières, bien qu’utilisant
aussi des γ tubulines.
G. Test 1
1) EB1 est une +TIP : vrai
2) Une catastrophe précède toujours une dépolymérisation : vrai
3) Les microtubules en croissance ont une coiffe de tubuline GDP : faux GTP
4) Les kinésines vont vers bout (-) : faux, ce sont les dynéines.
5) Les microtubules dont les extrémités (+) sont libres peuvent faire treadmilling : nécessaire
mais pas suffisant, il faut aussi que le côté (-) soit libre.
6) EB1 fait du treadmilling au bout (+) des microtubules en croissance : vrai
7) CLIP 170 est une dépolymérase : faux, CLIP 170 est facteur de sauvetage.
8) La coiffe des microtubules stables comprennent APC : oui
9) dans la tubuline GTP seule la sous unité b lie le GTP : faux
10) L’instabilité ne concerne que le bout (+) : oui (dans les conditions in vivo)
II.
Agents Pharmacologiques
A. Colchicine
La colchicine est poison du fuseau mitotique. Elle se lie à la tubuline de manière quasi
irréversible.
La structure : association de 2 sous-unités de tubuline α / β / α / β associée à RB3 (statmine :
protéine qui séquestre les dimères de tubuline : régule le pool de tubuline soluble dans le
cytosol)
La tubuline est sous forme β-GDP et est de forme courbe qui rappelle les protofilaments qui se
courbent pendant la dépolarisation  permet la fixation de la colchicine entre α et β du
même dimère.
La colchicine empêche la tubuline de se redresser à l’état GTP et empêche l’incorporation de
tubuline dans le microtubule.
 Molécule antipolymérisante
B. Taxol® - paclitaxel
Taxol - paclitaxel (extrait de certaines espèces d’ifs): molécule utilisée en thérapeutique
contrairement à la colchicine : se lie à la β tubuline à l'intérieur du cylindre de microtubule et
rigidifie la β tubuline (structure plus droite) liaison du taxol permet la stabilisation et
l’assemblage de microtubules (stimule la polymérisation) y compris de tubuline pas à l'état
GTP (ex : in vitro si on prend une tubuline à l’état GDP et que l’on ajoute du taxol on obtient un
microtubule).
C. Traitements

Colchicine, vinblastine (alcaloïde) ou nocodazol = antipolymérisants.
o A forte concentration (1-20 μ mol) : disparition du réseau.
NB : concentration de tubuline dans la cellule : 10-20 μ mol/L.
Question du professeur : Comment des protéines antipolymérisantes impliquent une
dépolymérisation ?
Cette molécule séquestre la tubuline soluble et ainsi empêche la croissance mais il y a toujours
des catastrophes mais moins de sauvetages ce qui cause ainsi la dépolymérisation du
microtubule.
o A faible concentration (400nm/L): stabilisation du microtubule, disparition de
l’aspect dynamique.
A faible concentration la vinblastine et la colchicine peuvent s’incorporer au microtubule : 1-2
molécule(s) de vinblastine par microtubule  réduction de 50% du treadmilling et de
l’instabilité dynamique.

Taxol
o Augmentation du nombre de microtubules  aspects de fagot :
polymérisation intense de la tubuline.
o A faible concentration il va aussi réduire l’instabilité dynamique.
D. Conséquences de la réduction dynamique moléculaire
La conséquence majeure de cette réduction de la dynamique moléculaire : est une
conséquence observée au cours de la mitose : ségrégation anormale des chromosomes dans
les cellules traitées.
Rappel :
 Prométaphase : accrochage des chromosomes par les kinétochores au fuseau mitotique.
 Métaphase : alignement sur la plaque métaphasique : checkpoint mitotique: si tout va
bien on passe à l’anaphase.
 Anaphase : séparation des chromosomes.
 Télophase : séparation des cellules.
Avec taxol ou vinblastine/vinflunine à faible concentration : anomalies de répartition
des chromosomes  les cellules qui ne peuvent pas franchir le checkpoint mitotique vont
entrer en apoptose ou vont présenter une aneuploïdie qui va les forcer à mourir.
E. Moteurs moléculaires
Les moteurs moléculaires : certains vont avoir des activités de transport :
 MKAC : famille des kinésines 13, 2 têtes motrices et une petite région qui permet de
les accrocher ensemble.
 Kinésine 5 : 4 têtes motrices avec une région hélicoïdale. Elle est impliquée dans la
formation et l’organisation du fuseau mitotique.
 Kinésine 1 : ubiquitaire, à 2 têtes motrices.
On connait 14 familles de kinésines différentes. Il y a environ 40 kinésines dans le corps humain.
Les kinétochores : capturent les microtubules qui émanent du fuseau ou génèrent leur propre
microtubule  résultat : un chromosome est attaché à un kinétochore.
Le fuseau mitotique est entretenu par des kinésines 5 qui vont marcher simultanément
sur des microtubules antiparallèles  glissement de l'un par rapport à l'autre (le bas bouge en
même temps que le haut) permet d'avoir une distance suffisante pour permettre la ségrégation
des chromosomes (si les chromosomes sont non distants : aneuploïdie).
F. Dynamique microtubulaire lors de la métaphase
Au cours de la mitose : on observe une variation importante du treadmilling et de la dynamique
microtubulaire.
Pendant la métaphase quand les chromosomes sont prêts  treadmilling  instabilité
dynamique  accrochage du microtubule en périphérie :
 A l’extrémité (+) : polymérisation
 A l’extrémité (-) : les dynéines sont associées à une protéine NUMA : interaction avec
des microtubules voisins parallèles : maintien du faisceau du microtubule mais très
resserré (c’est un peu l’inverse de la kinésine 5).
La katanine (coupe dans des régions intermédiaires du microtubule) dissocie les
microtubules du centrosome : extrémité (-) est libre : dépolymérisation possible
Permet le treadmilling mais surtout un réel mouvement, un flux vers le pôle (les molécules
de tubuline vont bouger). Ce flux polaire va stabiliser les oscillations des chromosomes sur la
plaque équatoriale. La stabilisation est essentielle pour franchir le point de contrôle.
Une altération de l’instabilité dynamique et du treadmilling : oriente les cellules vers la mort.
G. Test 2
1) La colchicine est un agent dépolymérisant : faux, c’est un antipolymérisant.
2) Le paclitaxel est la dénomination internationale du taxol : oui
3) Le paclitaxel se lie à l’α tubuline : faux c’est à la β tubuline
4) La vinblastine stabilise le microtubule à concentration submicromolaire (nm) : vrai
5) La transition métaphase-anaphase nécessite du treadmilling : oui
6) La kinésine 1 écarte les pôles du fuseau mitotique : faux, c’est la kinésine 5
7) MCAK est tétramérique : faux dimérique (kinésine 5 tétramérique)
8) Les kinésines 5 sont des dépolymérases : faux  MCAK dépolymérase
9) Un microtubule peut incorporer des complexes tubuline-colchicine : oui
10) La tubuline GDP liant le taxol ressemble tubuline GTP : oui au point de vue de la rigidité et de
la conformation.
III.
Cibles thérapeutiques
A - Fonctions ciblées
On sait que la mitose est une cible des traitements anti-tubulines : à faibles doses, le
cytosquelette est stabilisé, ce qui empêche le treadmilling et l’instabilité dynamique d’avoir lieu
efficacement dans la mitose, et entraîne donc la mort des cellules par apoptose.
Cependant, des études portant sur l’index mitotique (= nombre de cellules en mitose, sur 1000,
à un moment donné) dans les tumeurs remettent en question cette notion.
Exemple : Sur 5 études de cancer du sein, on observe entre 1.2 et 6 cellules en mitose sur 1000
=> Incompatible avec une cible thérapeutique majeure.
Ainsi, bien qu’elle soit une cible thérapeutique réelle, la mitose n’est pas la cible thérapeutique
majeure des traitements anti-tubuline : il est difficile d’expliquer comment les molécules antitubuline peuvent avoir un effet sur le plan thérapeutique en ne fonctionnant que par ciblage des
mitoses dans les tumeurs.
Ces résultats s’expliquent par deux phénomènes :
 Les effets de certains agents anti-tubuline (notamment, le taxol) pendant la mitose se
répercutent après la fin de la mitose : les cellules font des mitoses à aneuploïdie (le matériel
génétique est mal ségrégué).
 Entraîne la mort cellulaire à long terme.
 D’autres fonctions biologiques essentielles à la survie de la cellule, au cours de
l’interphase, qui reposent sur les microtubules, sont ciblées.
 Entraîne la mort cellulaire/ inhibition de la croissance tumorale.
Ces fonctions sont :
- Signalisation (les microtubules sont souvent utilisés par la cellule pour transporter des
signaux)
- Vascularisation tumorale (la survie des cellules tumorales dépend de la néo
angiogenèse)
- Migration cellulaire (la néo angiogenèse implique la migration de cellules
endothéliales)
- Apoptose
- Traffic membranaire
- Modulation de l’autophagie
La vascularisation tumorale et la migration cellulaire sont deux cibles très importantes des
agents anti-tubuline.
B - Néo angiogenèse
Les cellules tumorales émettent des facteurs pro angiogéniques qui entraînent la création
de nouveaux capillaires : elles génèrent un gradient chimiotactique, qui attire des cellules
endothéliales vasculaires. Ces cellules vont alors se différencier et devenir des cellules meneuses
pour la migration, puis créer de nouveaux vaisseaux par division cellulaire (observable in vitro
avec des cellules traitées et mises en culture).
Cette vascularisation est indispensable pour assurer la survie des cellules tumorales (apport
de nutriment et d’oxygène, qui permet d’éviter la nécrose).
Problème : On veut utiliser des agents anti-tubuline pour tuer les cellules tumorales,
sans détruire les cellules qui forment les néo vaisseaux.
On observe que, à faibles concentrations d’anti-tubuline, la réponse des cellules tumorales est
différente de celle des cellules endothéliales.
Exemple : Graphes d’instabilité dynamique de cellules traitées par des concentrations de 2 à 20
nM/L de vinflunine ou de paclitaxel.
(Des faibles concentrations correspondent à 2 à 5 nM/L, tandis que de fortes concentrations
sont de l’ordre de 20 à 200 nM/L.)
On retrouve les effets stabilisants des microtubules à des concentrations de 20nM/L ou 1000
nM/L avec la vinflunine comme le paclitaxel.
Cependant, à faibles doses (moins de 10 nM/L), on constate une accélération de la dynamique
des microtubules (plus de catastrophes, plus de sauvetages), spécifique des cellules épithéliales
tumorales, qui est aussi délétère pour la survie de la cellule qu’une stabilisation de l’instabilité
dynamique.
 Les effets des anti-tubuline sont donc concentration dépendants et différents par
rapport aux cellules épithéliales tumorales.
Remarque : La cellule a besoin de contrôler l’intervalle dans lequel s’établit la dynamique
des microtubules : si celle-ci est trop rapide, ou trop ralenti, la cellule meurt.
Expérience : Travaux sur le phénomène de chimiorésistance (exemple du taxol).
On utilise des cellules rendues chimiorésistance en les cultivant à de très faibles doses de taxol
(inférieures à celles nécessaires pour tuer les cellules), que l’on augmente progressivement.
On obtient des cellules dont l’IC50 (concentration de taxol nécessaire pour tuer 50% des cellules)
est multiplié par un facteur 20 à 40.
On observe que si on retire le taxol du milieu, on entraîne la mort des cellules : l’accélération
brutale de la dynamique des microtubules est délétère à la survie des cellules (elles sont non
seulement adaptées, mais dépendantes du taxol).
En résumé :
À des concentrations faibles : augment de instabilité dynamique -> perturbation des fonctions
en interphase, et donc inhibition de la morphogenèse et de mobilité cellulaire.
À des concentrations supérieures à 10 nM/L : stabilisation des microtubules -> perturbation de
la prolifération et de la division cellulaire => entraîne une orientation vers apoptose.
 Effets anti-angiogéniques.
IV. Les microfilaments d’actine
Les microfilaments d’actine sont également un élément majeur du cytosquelette,
impliqué notamment dans la migration cellulaire.


Ils ont pour sous-unité élémentaire la molécule d’actine
Celle-ci lie l’ATP (et non la GTP de la tubuline)


La croissance a lieu à l’extrémité +, la dépolymérisation, à l’extrémité –
Ils sont capables de treadmilling quand les 2 extrémités sont libres
 Ils ont une grande plasticité : ils sont capables de s’organiser en structures très
différentes qui accompagnent les changements dynamiques et d’état de la cellule :
o Les filaments peuvent être réticulés pour former un gel (dans le cytoplasme)
o Les filaments peuvent s’assembler de manière parallèle ou antiparallèle pour
former des structures plus rigides, qui sous-tendent la membrane (ex : filopodes)
o Les filaments peuvent s’organiser de façon branchée, en particulier lors de la
migration des cellules.
A. Cellule immobile
Les fibres de tension (ou fibres de stress) sont de gros faisceaux de fibres d’actine
parallèles, qui contiennent des moteurs moléculaires (de la famille des myosines). Ces fibres de
tension d’ancrent des complexes, correspondant où point d’ancrage de la cellule à son support.
Quand la cellule est dans une phase immobile, on peut observer des fibres de tension qui
parcourent la cellule, généralement sous forme de grands traits traversant le cytoplasme,
formant des structures qui sous-tendent la membrane : cela provoque des ondulations
importantes de la membrane.
B. Cellule en migration
1) Les filaments d’actine
La cellule en cours de migration s’organise de façon différente.
Dans le sens où s’effectue la migration de la cellule, sous la membrane, se forme un épais réseau
d’actine polymérisée de façon dendritique (ou arborescente) grâce à des molécules (en
particulier Arp 2/3) qui branchent les filaments d’actine avec un angle déterminé de 70° : cela
forme un lamellipode.
À l’arrière du front d’avancée, les filaments d’actine dépolymérisent : les molécules d’actine ADP
sont libérées, sont rééchangées avec de l’ATP dans le cytoplasme par des systèmes cellulaires,
puis repolymérisent en avant du front sous la membrane plasmique. Ces molécules d’actine
génèrent une multitude de petits câbles rigides qui permettent de pousser la cellule en avant.
Les adhérences focales correspondent aux régions où la cellule adhère à son substrat.
Celles-ci sont labiles (instables dans le temps), car la cellule se déplace : en même temps qu’une
nouvelle adhérence focale est créée à l’avant du front (permet d’avancer), une ancienne
adhérence se résorbe à l’arrière.
Au niveau de ces adhérences a lieu la polymérisation de l’actine qui se fait en 2 temps :
- Dans un 1er temps, une nouvelle sous-unité d’actine est incorporée :
l’élongation du réseau d’actine pousse la membrane en avant, ce qui fait reculer le filament
d’actine (due à la tension exercée)
- Dans un 2e temps, il y a une contre action par des systèmes de
phosphorylation qui pousse le filament d’actine en avant, ce qui pousse la membrane et fait
avancer la cellule.
L’ensemble est coordonné et nécessite la présence d’adhérence focale à proximité immédiate du
front de migration.
Certaines protéines interviennent pour rapprocher les filaments d’actine au complexe
transmembranaire (molécules adaptatrices), telles que la vinculine, la taline ou la paxiline par
exemple. Les intégrines permettent d’accrocher la cellule à la matrice extracellulaire.
2) Les microtubules
La cellule en migration réorganise également son réseau microtubulaire.
Quand la cellule reçoit un signal d’attraction pour migrer dans une direction, son réseau
de microtubules s’organise de telle sorte que le centrosome et l’appareil de Golgi soient
placés en avant du noyau, dans l’axe de migration.
Cela s’effectue par une action motrice de type dynéine qui s’accroche à l’enveloppe nucléaire et
aux microtubules, et de type myosine, pour repositionner le noyau.
Les microtubules sont orientés vers le front de migration car il joue un rôle essentiel
dans la migration cellulaire : ils permettent d’acheminer le matériel nécessaire pour faire
maturer les adhérences focales, puis pour les faire disparaître.
Ils transportent notamment des complexes de signalisation (dont APC, qui stabilise les
microtubules au contact des adhérences focales) et des protéines capables d’unir les
microtubules aux adhérences focales et fibres de tension associées.
Il y a un véritable ciblage des adhérences focales par les microtubules, qui permet un turn over
des adhérences focales, et donc la migration de la cellule.
Les agents anti-tubuline ont donc un effet sur la migration.
Exemple : Vinflunine appliquée à des cellules en migration.
En l’absence de vinflunine, la vitesse de migration est de 20 µm/min, et on a une direction de
migration donnée (qui peut varier).
Avec 0.5 nM/L de vinflunine, on perd près de la moitié (40%) de la vitesse de migration, et la
direction devient erratique.
On remarque également dans la cellule témoin la présence d’EB 1 aux extrémités des
microtubules en croissance qui permet de cibler les adhérences focales ; alors qu’en présence de
vinflunine, on perd complètement EB1 aux extrémités et les microtubules ne sont plus capables
de cibler les adhérences focales : la migration cellulaire est alors fortement perturbée.
Conclusion
Le cytosquelette permet l’organisation du cytoplasme et des organites, et a un rôle
important dans :
- L’ancrage au substrat et aux cellules adjacentes
- Les propriétés mécaniques du tissu
- La migration cellulaire
Le cytosquelette est une cible thérapeutique importante.
On sait cibler la dynamique microtubulaire en mitose (moteurs moléculaires du fuseau
mitotique), mais également en interphase (signalisation et migration cellulaire).
On ne sait pas encore cibler la dynamique des filaments d’actine (trop toxique pour l’instant).
Les anticancéreux anti-tubuline ont des effets biphasiques ou multiphasiques, dépendant de la
concentration (difficile de faire la relation exacte entre la concentration efficace et l’effet
observé, car la cellule concentre les molécules dans son cytoplasme) et en fonction de la nature
de la cellule :
- Action anti-mitotique
- Action sur les fonctions interphasiques
- Effets anti-angiogéniques et anti-migratoires
 Important dans la prolifération et la survie des cellules tumorales, et dans leur
capacité à métastaser.
Mot du RT : Cours assez simple et énormément de rappels de la P1. Il est important de savoir à
quoi servent : EB1, CIP 170 et MCAK ; et de connaître les effets des anti-tubuline.