Ultrastructures Cellulaires Membrane plasmique Transports Récepteurs membranaires Molécules d’adhésion Cytosquelette Organites cellulaires Réticulum endoplasmique Appareil de Golgi Lysosomes Péroxysomes Mitochondies La membrane Plasmique • La membrane plasmique est à l'interface entre le milieu extracellulaire et intracellulaire. Elle permet un échange sélectif bidirectionnel et dynamique de molécules organiques, d'ions et de gaz entre les deux milieux. La structure moléculaire de la membrane plasmique lui confère des rôles et des fonctions extrêmement variés. ARCHITECTURE MOLECULAIRE • Epaisseur totale: environ 75 nm • double couche lipidique • des protéines auxquelles s'associent des glucides du coté extracellulaire Microscopie électronique Cell coat extracellulaire Double couche lipidique Couches osmophiles Couche osmophobe intracellulaire Architecture moléculaire COMPOSITION CHIMIQUE • Des lipides 40% • Les protéines 60% • Des Glucides Les Lipides membranaires • 55% de phospholipides • 25% de cholestérol • 20% de glycolipides Les phospholipides Deux régions: - région hydrophobe (= partie apolaire) constituée par les deux chaînes d'acides gras - région hydrophile (= partie polaire) constituée par le reste de la molécule phospholipides Les glycérophospholipides • - phosphatidyl-choline • - phosphatidyl-éthanolamine • - phosphatidyl-sérine • - phosphatidyl-inositol bisphosphate (PIP2) • acide phosphatidique (constituant mineur) 3/Les sphingophospholipides Exemple:La sphingomyéline: Elle résulte de l'association de la phospho-choline avec un acide et la sphingosine Le cholestérol • possède un groupement polaire et un groupe stéroïde Les glycolipides • • Ils font partie du groupe des sphingolipides. Ils résultent de l'association de la sphingosine avec un sucre (en général le galactose) et d'un acide gras de poids moléculaire élevé. Les Protéines • Composants majoritaires de la membrane plasmique et de l'ensemble des membranes biologiques (50 à 70% en masse). On distingue deux grands groupes: • 1/Protéines membranaires intégrales • 2/Protéines périphériques 1/Protéines membranaires intégrales • • traversent la bicouche lipidique par une ou plusieurs chaînes hélicoïdales d'acides aminés hydrophobes et exposent à chacune des deux faces de la membrane (faces extracellulaire et intracellulaire) des acides aminés possédant des groupements polaires. Elles possèdent très souvent un groupement glycosylé greffé sur l'extrémité du domaine extracellulaire 2/Protéines périphériques • • • • • Dans la majorité des cas, elles sont associées à la face intracellulaire de la membrane plasmique et constituent donc des appendices rattachés à la surface membranaire. Selon la nature de l'association, on distingue deux grands groupes de protéines périphériques: La protéine peut être associée à la face intracellulaire (majorité des cas) de la membrane après liaison covalente d'une chaîne lipidique par un mécanisme enzymatique. Cette addition lipidique permet l'ancrage de la protéine à la membrane plasmique ou à des membranes d'autres compartiments cellulaires Selon la nature de la chaîne lipidique, on parle de myristoylation, palmitoylation et d'isoprénylation. - Myristoylation: addition de myristate (acide gras saturé en C14) sur une glycine de l'extrémité N terminale par une liaison amide. Phénomène co-traductionnel. - Palmitoylation: addition d'acide palmitique (acide gras saturé en C16) sur une cystéine de l'extrémité C terminale par une liaison thioester. Phénomène posttraductionnel. - Isoprénylation: addition de chaînes farnésyl (C15) ou géranylgéranyl (C20) sur une cystéine au voisinage de l'extrémité C terminale. Phénomène post-traductionnel Modifications des protéines par les lipides 2/Protéines périphériques • La protéine peut être associée à une protéine transmembranaire par une liaison non covalente et sera située sur la face intracellulaire (majoritairement) ou extracellulaire Les Glucides • Les glucides membranaires sont généralement de petits glucides ramifiés comportant moins de 15 monomères et ils sont situés dans le domaine extracellulaire. • *Les glucides varient entre les espèces, entre les individus d'une même espèce, voire entre les types de cellules d'un même organisme. Les sucres se lient par covalence à: * des protéines (glycoprotéines) lors des modifications posttraductionnelles de celles-ci. * des lipides (glycolipides ) • Dans la membrane plasmique les glycoprotéines sont majoritaires et elles sont localisées dans le feuillet externe. Chez les animaux, les glucides forment un feutrage souple appelé glycocalyx (= cell coat = monteau cellulaire). Glucides Glycosylations • • • • • Glycosylation en O: sucres liés à l'oxygène du groupement hydroxyl de la sérine ou la thréonine. Le sucre lié à la sérine ou la thréonine est souvent l'acide Nacétylneuraminique (GalNAc). Glycosylation en N: sucres liés à l'azote du groupement amide de l'asparagine. Le sucre lié à l'asparagine est le N-acetylglucosamine (GlcNAc) Les chaînes glucidiques liées en N ou en O sont très différentes. Les chaînes liées en O sont plus courtes et plus variables que celles en N, et ne contiennent en général qu'un, deux ou trois résidus glucidiques. Les chaînes en N peuvent former de véritables arborisations. PROPRIETES ET FONCTIONS LIEES A LA COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MEMBRANE • L'ensemble des propriétés et fonctions de la membrane sont dues aux lipides, aux protéines et aux glucides qui la constituent Les lipides • • • Compartimentation – l'étanchéité à l'eau et ainsi qu'à l'ensemble des molécules solubles dans l'eau. Diffusion et fluidité membranaire – empêche la libre diffusion d'ions inorganiques ainsi que le libre passage des macromolécules. – permet le passage de molécules liposolubles. – Le déplacement latéral des lipides définit la fluidité. Cette propriété physique dépend de la température et de la composition chimique en lipides. – Les acides gras à longue chaîne diminuent la fluidité alors que les acides gras non saturés l'augmentent. – Le cholestérol, a tendance à rigidifier la membrane. Cette fluidité aura pour conséquence de permettre les insertions et les mouvements des divers éléments constitutifs de la membrane tels que les protéines Assymétrie suite • Asymétrie • asymétrie en terme de distribution des lipides membranaires. Dans la majorité des cellules la phosphatidyl-choline est essentiellement dans le feuillet externe alors que la phosphatidyl-sérine, la phosphatidyl-éthanolamine et les phosphoinositides sont dans le feuillet interne Les protéines • • • • • • Elles confèrent à la membrane la plupart de ses fonctions: 1. Protéines transporteuses - Transport de petites molécules et d'ions * transport facilité par une protéine transporteuse (petites molécules) ou une protéine canal (ions), selon un gradient de concentration. A noter que le transport passif ne nécessite pas de protéine transporteuse. * transport actif, contre un gradient de concentration, nécessite de l'énergie. - Transport de macromolécules et de particules * exocytose et endocytose 2. Protéines réceptrices de l'information extracellulaire (protéines membranaires intégrales) – Récepteurs. • • 3. Protéines de l'adhésion cellulaire (protéines membranaires intégrales) - Protéines d'adhésion intercellulaire - Protéines d'adhésion de la cellule aux protéines de la matrice extracellulaire • 4. Protéines impliquées dans les mécanismes de reconnaissance cellulaire Protéines qui portent des chaînes d'oligosaccharides dont le rôle principal est de permettre au système immunitaire de reconnaître ses propres cellules (= marqueur cellulaire). Ces glycoprotéines appelées protéines CMH (complexe majeur d'histocompatibilité). 5. Protéines impliquées dans la fixation des virus, des toxines et de substances médicamenteuses 6. Protéines impliquées dans la forme et la migration cellulaire: Ces protéines de la membrane plasmique ont un rôle d'ancrage avec le cytosquelette. Le remaniement permanent du cytosquelette est responsable de la forme et de la migration cellulaire. – • • • collagène, laminine, fibronectine...) Les glucides • * Reconnaissance : les motifs glucidiques (glycolipides et gangliosides) des glycoprotéines ont des propriétés antigéniques (exemple: les groupes sanguins). • * Participation à l'environnement local, les glucides sont des molécules très polaires. • * Renforcement de la membrane LE TRANSPORT MEMBRANAIRE • I/TRANSPORT DES PETITES MOLÉCULES – Réguler des échanges bidirectionnels de molécules et d'ions entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire – assurés par deux grandes classes de protéines: les protéines canal et les transporteurs. – L'ensemble de ces protéines se distingue selon deux critères • le nombre des molécules transportées. – • le sens du transport Elles se subdivisent en trois catégories: - les protéines de type uniport (ou uniporteurs) - les protéines de type symport (ou symporteurs) - les protéines de type antiport (ou antiporteurs) Protéines transporteuses Types de transport -Transport passif -Transport actif A/ Le transport passif (perméabilité passive = diffusion) • Il est régi uniquement par des lois physico-chimiques, on distingue – Diffusion simple – Diffusion facilitée Diffusion simple • • • un processus non sélectif puisque toute molécule qui se dissout dans la membrane plasmique est capable de la traverser s'effectue toujours dans le sens du gradient de concentration Facteurs régulant la diffusion simple – - la liposolubilité – - le poids moléculaire – - l'ionisation • la bicouche lipidique de la membrane plasmique est imperméable aux molécules chargées – la surface d'échange – l'épaisseur de la membrane Diffusion simple Diffusion simple Diffusion facilitée • s'applique au transport membranaire de diverses molécules polaires (oses, nucléosides) et certains ions. • • • pris en charge par une protéine transporteuse (= transporteurs, perméases) Le flux net est dicté par le gradient de concentration, comme dans le cas de la diffusion simple, et aussi par le potentiel électrique au travers la membrane pour les molécules La diffusion facilitée est un mécanisme saturable,La vitesse de transport atteint un maximum (Vmax) lorsque le transporteur est saturé Diffusion Facilitée Diffusion Facilitée • La diffusion facilitée est assurée par • des transporteurs • des protéines canal (= canaux) des transporteurs • lient de façon spécifique les molécules à transporter (sucres, acides aminés, nucléosides) • elles subissent des changements conformationnels qui permettent à la molécule de traverser la membrane et d'être libérée sur l'autre face Les transporteurs de glucose • • assurent la diffusion facilitée du glucose distingue plusieurs isoformes (selon la vitesse et la capacité de transport de glucose. • Le transporteur GLUT1 est ubiquitaire et assure le transport basal de glucose (première source . d'énergie) dans l'ensemble des cellules de l'organisme • Le transporteur GLUT4 est spécifiquement exprimé dans les muscles squelettiques et le tissu adipeux. Il permet d'augmenter de façon importante et rapidement l'utilisation de glucose de ces tissus en réponse à une hyperglycémie et hyperinsulinémie (repas). • Le transporteur GLUT2 est exprimé dans les hépatocytes et la cellule bêta du pancréas endocrine Transporteurs de glucose Les Protéines canal (= canaux transmembranaires) • protéines canal forment un pore au travers la membrane qui, lors de son ouverture (contrôlée), permet un libre passage (libre diffusion) de toutes molécules ayant une charge et une taille appropriées • protéine intégrale constituée d'un ensemble de sous unités. – - les canaux ioniques Ils permettent de laisser passer les ions au travers la membrane plasmique. la – régulation de leur ouverture et de leur fermeture est responsable de la transmission des signaux électriques - les connexines: elles sont constituées de 6 unités qui forment un canal permettant le passage de molécules (d'un poids moléculaire < 1kDa : Ca++, IP3, AMPc...) entre deux cellules – les aquaporines (AQP): permettent aux molécules d'eau de traverser la membrane – canaux voltage-dépendants: ils sont sensibles aux variations de potentiel transmembranaire. Ils s'ouvrent en réponse à une dépolarisation et se ferment lors d'une hyperpolarisation. Exemple: les canaux K+ et Na+ des nerfs et des muscles – canaux activés par des ligands (récepteurs canaux): ils s'ouvrent en réponse à la liaison d'un neurotransmetteur ou d'autres molécules signal Le transport actif • mécanisme responsable du maintien de la différence de concentration de part et d'autre de la membrane. Il permet le transport contre un gradient de concentration. Il nécessite de l'énergie. L'énergie peut être obtenue à partir de: • L’hydrolyse de l'ATP ou • D’un gradient de concentration 1/ Transport actif nécessitant une hydrolyse de l'ATP • Les "Pompes • Les transporteurs ABC Les "Pompes • • Les "pompes" ioniques sont responsables du maintien des gradients ioniques au travers la membrane plasmique. Ces protéines sont codées par un ensemble de 43 gènes. La protéine la plus étudiée est la pompe Na+/K+. La protéine de transport est une ATPase Na+/K+ dépendante. Il s'agit d'une protéine intégrée dans la membrane, formée de quatre unités (2 alpha et 2 beta). La sous unité alpha possède les sites de liaison de Na+et K+. Pompe Na/K ATPase Rôles de la pompe Na+/K+ • • maintenir les deux gradients ioniques (Na+et K+) permettre le transport actif (co-transport) de nombreuses molécules (glucose, acides aminés, phosphate nucléotide, bicarbonate, Cl-) car le gradient de sodium est aussi utilisé comme source d'énergie pour le transport. • maintenir de la pression osmotique Les transporteurs ABC • • • ABC (ATP binding cassettes) protéines possèdent toutes un domaine de liaison de l'ATP Ils utilisent l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour transporter des molécules très variées (sucres, acides aminés, ions, produits chimiques toxiques). – le canal Cl-, situé dans les cellules épithéliales de la trachée Transport actif nécessitant un gradient de concentration • Dans ce type de transport le gradient électrochimique d'un ion donné va fournir l'énergie pour transporter une molécule vers l'autre face de la membrane plasmique. Ce sont des transports couplés (= co-transport). – Exemple: Transport utilisant le gradient de concentration de Na+ Cas du Transport de glucose dans la cellule intestinale • * Transport utilisant le gradient de concentration de Na+ TRANSPORT MEMBRANAIRE DES MACROMOLECULES ET DES PARTICULES • L'exocytose: – Mécanisme de sécrétion cellulaire • L'endocytose: – la pinocytose – l'endocytose par récepteur interposé • La phagocytose • Mecanismes de transport Actif LES RÉCEPTEURS • adaption physiologie en réponse à des variations de l'environnement extracellulaire afin d'assurer un fonctionnement normal de l'organisme • système de communication intercellulaire (molécules signal et cellules cibles • L’interaction entre la molécule informative à une protéine de la membrane plasmique que l'on appelle récepteur provoque une réponse biologique (sécrétion, prolifération, différenciation, migration, mort cellulaire...). • les récepteurs de la membrane plasmique intègrent l'ensemble des signaux extracellulaires et de déclenchent une cascade d'évènements intracellulaires (phosphorylation/déphosphorylation) conduisant à la réponse biologique LES RÉCEPTEURS À SEPT DOMAINES TRANSMEMBRANAIRES • • • • • • • • Ces protéines présentent une structure commune à sept hélices alpha transmembranaires. Il existe 3 boucles extracellulaires (E1, E2 et E3) et 3 boucles intracellulaires (I1, I2 et I3). L'extrémité amino-terminale de la protéine est extracellulaire et l'extrémité carboxyterminale est intracellulaire. Ces protéines sont sujettes à des modifications post-traductionnelles (Nglycosylation, acylation par des composés lipidiques). On distingue 3 familles de récepteurs sur la base de similarité de séquence: - Famille A : La plus importante, elle inclut les récepteurs de la lumière (rhodopsine), de l'adrénaline,de la noradrénaline, des opiacés, ainsi que de l'olfaction et du goût. - Famille B : Contient seulement ~25 membres, et elle inclut : - les récepteurs des hormones peptidiques: la famille des récepteurs de la famille de l'hormone du peptide gastro-intestinal (sécrétine, glucagon, vasoactive intestinal peptide = VIP), de la growth-hormone-releasing hormone (GHRH) de la corticotropinreleasing hormone (CRH), la calcitonine et l'hormone parathyroïdienne - les récepteurs des neuropeptides. - Famille C : Peu de membres et elle inclut la famille des récepteurs des hormones glycoprotéiques (LH, FSH, TSH), les récepteurs métabotropiques du glutamate, du GABA (GABAB-R) Récepteurs à 7 domaines LES RÉCEPTEURS À ACTIVITÉ ENZYMATIQUE • Ces récepteurs ont une activité enzymatique intrinsèque. • On distingue 3 types de récepteurs – Le récepteur à activité guanylate cyclase – Les récepteurs à activité tyrosine kinase – Les récepteurs à activité sérine thréonine kinase Le récepteur à activité guanylate cyclase • Le récepteur est une protéine transmembranaire et le seul ligand connu à ce jour est le facteur natriurétique atrial (ANF), sécrété par l'atrium de l'oreillette. Le récepteur peut aussi être localisé dans le cytosol et son ligand est le monoxyde d'azote (NO). Dans les deux cas, le ligand active le récepteur ce qui conduit à la conversion du GTP en GMP cyclique. Les récepteurs à activité tyrosine kinase • protéines kinases représentent environ 2% des protéines codées par le génome des eucaryotes. Elles représentent la 3ème protéine la plus commune dans le génome humain. • Elles catalysent le transfert du dernier phosphate (en position γ) de l’ATP sur des résidus tyrosines (Tyr), sérine (Ser) ou thréonine (Thre) de protéines cibles • Les protéines kinases intégrées dans la membrane ont un rôle de récepteurs de signaux extracellulaires. • Les récepteurs qui possèdent une activité tyrosine kinase intrinsèque catalysent le transfert du phosphate de l’ATP sur des résidus tyrosines. • Ils ont un rôle important dans le contrôle du cycle cellulaire, de la migration cellulaire, du métabolisme cellulaire, de la prolifération et la différentiation cellulaire. • • • - un domaine extracellulaire généralement glycosylé, avec un domaine de liaison du ligand, - un domaine transmembranaire (une simple hélice), - un domaine cytosolique avec une séquence d’environ 100 acides aminés et qui possède une activité protéine tyrosine kinase (PTK) intrinsèque, - et enfin d’autres séquences régulatrices qui sont sujettes à des autophosphorylations et des phosphorylations par des protéines kinases hétérologues. Les récepteurs à activité sérine thréonine kinase • • • • Les récepteurs qui possèdent une activité sérine thréonine kinase intrinsèque catalysent le transfert du phosphate de l’ATP sur des résidus sérines et thréonines. Ils ont un rôle important dans le contrôle de la prolifération la différentiation, la migration et l’apoptose. Le récepteur du TGF β (Transforming Growth Factor) est le prototype de récepteur à activité sérine thréonine kinase. Structure : L’ensemble des ligands de la super-famille du TGF β interagit avec des récepteurs transmembranaires du même type que le récepteur du TGF β. Ils sont constitués du récepteur de type I et type II. Chaque type de récepteur est constitué d’environ 500 acides aminés avec un domaine extracellulaire glycosylé d’environ 150 acides aminés. Le domaine sérine/ thréonine kinase est cytosolique et en position C terminale. - Les récepteurs canaux • • On peut les subdiviser en : - Récepteurs canaux cationiques : – • - Récepteurs canaux anioniques : – • • • - récepteurs de l'acétylcholine (type nicotinique : nAch-R) - récepteurs de la sérotonine (type 5-HT 3-R) - récepteurs du glutamate (iGlu-R) et de l’aspartate - récepteurs de l'acide γ amino-butyrique (type GABA A et GABA C ) - récepteurs de la glycine Structure : ls ont tous la particularité d’être constitués de plusieurs sous-unités, chacune d’elles ayant 4 domaines transmembranaires Le récepteur nicotinique de l’acétylcholine (nAch R) est formé de deux sous-unités α, une sous-unité β, une sous-unité γ et une sous-unité δ. Ces sousunités présentent entre elles des homologies de séquence et une organisation transmembranaire similaire. Les deux sites récepteurs de l’acétylcholine sont situés dans le domaine extracellulaire de chaque sous-unité α. Les 5 sous-unités sont assemblées en un pentamère α2 β γ δ qui forme une rosette et délimite le pore aqueux. Le récepteur GABA A est constitué d’un ensemble de 5 sous-unités et la forme majoritaire est un pentamère α1 β2 γ2 . LES MOLÉCULES D’ADHÉRENCE • Toute cellule d’un tissu est en contact avec : • - un réseau complexe de macromolécules sécrétées : la matrice extracellulaire (=tissu conjonctif) qui remplit l’espace intercellulaire • - une cellule contiguë • L’ensemble de ces interactions cellule-matrice extracellulaire et cellule-cellule est dû à des protéines de la membrane plasmique : les molécules d’adhérence (Cell Adhesion Molecules= CAM). PROPRIÉTÉS GÉNÉRALES DES MOLÉCULES D’ADHÉRENCE • Permettre la reconnaissance (identification) spécifique entre deux cellules ou entre une cellule et la matrice extracellulaire • Assurer la structure tridimensionnelle (cohésion) des tissus en permettant la formation de contacts stables entre deux cellules ou entre une cellule et la MEC (adhérence structurelle) • Transmettre des signaux intracellulaires qui vont modifier la structure, via le cytosquelette, ou les fonctions de la cellule. Cette forme d’adhérence est fonctionnelle. Sur ce point, les molécules d'adhérence peuvent être considérées comme des « récepteurs », LES TYPES D’INTERACTIONS ENTRE CELLULES ET MOLÉCULES D’ADHÉRENCE • Selon si les cellules qui adhèrent entre elles sont de même type ou de types différents, l’interaction cellulaire est définie comme étant homotypique ou hétérotypique, respectivement. • Selon si les molécules d’adhérence impliquées sont de même type ou de type différent, leur interaction est définie comme étant homophylique et hétérophylique, respectivement * JONCTIONS CELLULE-CELLULE ET CELLULEMATRICE ADHÉRENCES JONCTIONNELLES PRINCIPALES FAMILLES DE MOLÉCULES D’ADHÉRENCE • Les CAM sont regroupées en superfamilles multigéniques codant pour des glycoprotéines transmembranaires classées selon leurs caractéristiques structurales. On distingue: • Les Immunoglobulines – N-CAM (Neural Cell Adhesion Molecule) – les protéines d'adhérence endothéliales • ICAM1,2,3 (intercellular adhesion molecule): • VCAM (vascular cell adhesion molecule • • • • Les cadhérines Les intégrines Les sélectines les connexines Immunoglobulines • C’est une super famille ayant une structure moléculaire caractéristique (brins anti-parallèles, stabilisés par des ponts bisulfures). • Structure : le domaine extracellulaire comporte 5 domaines immunoglobuline-like et 2 domaines fibronectine de type III. Le processus d’adhérence de l’ensemble de ces protéines est indépendant du Ca++ extracellulaire. • Elles ont des fonctions très diversifiées. Certaines ont un rôle majeur dans la réponse immunitaire (immunoglobulines, molécules HLA (Human Leucocyte Antigen), récepteur antigénique des lymphocytes), d’autres sont des molécules d’adhérence que l’on peut regrouper en 2 grandes familles : . la N-CAM (Neural Cell Adhesion Molecule) • - expression dans les neurones (car initialement découverte au niveau de ce type cellulaire) et dans les cellules musculaires et les lymphocytes les protéines d'adhérence endothéliales • ICAM1,2,3 (intercellular adhesion molecule): – interactions de type hétérotypique et hétérophylique. Exemple : ICAM1 est exprimée par la cellule endothéliale et interagit avec l’intégrine αL/β2 du neutrophile pour permettre son adhérence et ultérieurement sa migration vers le site inflammatoire • VCAM (vascular cell adhesion molecule) – interactions de type hétérotypique et hétérophylique. Comme ICAM1, elle est exprimée par la cellule endothéliale et interagit avec l’intégrine α4/β1 du neutrophile afin de permettre son adhérence * Les cadhérines • • • • • • • • • Une trentaine de membres dont l’expression est spécifique du tissu. Elles sont dénommées par une lettre qui rappelle le tissu où elles ont été découvertes et où elles sont exprimées de façon préférentielle. - Structure : le domaine extracellulaire possède 5 domaines EC1à EC5 ayant une homologie de structure avec les immunoglobulines . On distingue deux grands groupes : Les cadhérines « classiques »: * la E-cadhérine : initialement décrite dans les cellules épithéliales (E) où elle a un rôle dans la genèse et la maintenance des cellules épithéliales ainsi que dans les cellules embryonnaires au stade morula. * la N- cadhérine : initialement décrite dans les neurones (N) * la P- cadhérine : initialement décrite dans le placenta (P) et dans les épidermes. * la VE cadhérine : décrites dans les cellules endothéliales et vasculaires (=Vascular Endothelial cadherine) • Les cadhérines « non classiques • desmogléines 1&3 • - localisation membranaire : dans les desmosomes qui sont particulièrement nombreux dans les tissus soumis à un stress mécanique (épiderme, épithélium intestinal, muscle cardiaque, muscle utérin, gencive…) • - interaction avec le cytosquelette : le domaine cytosolique est associé à des protéines (desmoplakines I&II et plakoglobine) qui forment une plaque fibreuse à laquelle sont liés les filaments intermédiaires (kératines) du cytosquelette. Les intégrines • Ce sont des hétérodimères constitués de deux sous-unités α et β. Il existe une grande diversité combinatoire. Actuellement, 18 chaînes α et 8 chaînes β sont décrites • La liaison avec les protéines se fait grâce à l’interaction de l’intégrine avec certaines séquences d’acides aminés biologiquement actives telles que: RGD (le plus souvent), DGEA, LVD • Il existe 3 types de liaison entre intégrines et matrice : * * Les sélectines • • • • • • • Famille de trois molécules d’adhérence: - L (leucocytaires), - P (plaquettaires), - E (endothéliales). Elles interviennent essentiellement dans le compartiment vasculaire en réponse à une inflammation afin de permettre le ralentissement et l’adhérence des leucocytes et, ultérieurement, leur extravasation. Elles sont aussi impliquées dans l’adhérence des monocytes et des neutrophiles aux plaquettes activées. Domaine extracellulaire Chaque sélectine est constituée : - d’un domaine lectine de type C (120 acides aminés) en N-terminal - d’un domaine de type EGF (35-40 acides aminés) - de 2 à 9 répétitions consensus ( ~ 60 acides aminés) qui sont retrouvées dans les protéines régulatrices du complément Le domaine intracellulaire : Il est très court : respectivement 17, 32 et 35 acides aminés pour la L, E et P sélectine * • Les sélectines se lient à des structures glucidiques à la façon des lectines, ce qui leur a valu leur nom de sélectines. Les ligands biologiques des sélectines appartiennent à la famille des mucines. Ce sont des protéines qui portent localement une haute densité de chaînes oligosaccharidiques liées en O. • l’adhérence entre cellules est transitoire et non jonctionnelle contrairement à ce qui est observé avec les cadhérines, qui lorsqu’elles interagissent entre elles forment des jonctions d’ancrage (jonction adhérentes, desmosomes). La L-sélectine: • Expression constitutive par les leucocytes • *Interaction avec différents ligands : CD 34, Mad CAM1 (Mucosal adressin cell adhesion molecule 1), Gly CAM1 (Glycosylation-dependent cell adhesion molecule 1), qui apparaissent au niveau des cellules endothéliales activées par des cytokines (histamine , thrombine) lors de l’inflammation. • L’interaction est de courte durée car le domaine extracellulaire est rapidement clivé et libéré sous forme soluble. Cette interaction contribue au ralentissement (rolling) des leucocytes (neutrophiles) près du site inflammatoire. • L’interaction avec Gly CAM1 au niveau des cellules endothéliales des nodules lymphatiques permet le homing des lymphocytes. les connexines • Les connexines sont les membres d’une famille multigénique (une vingtaine de membres chez l’homme) nommés d’après leur poids moléculaire (Cx26, Cx32, etc.) • Ce sont des protéines à 4 domaines transmembranaires avec une boucle intracellulaire et deux boucles extracellulaires, les terminaisons amine et carboxyle étant intracellulaires. La terminaison carboxyle confère probablement une spécificité fonctionnelle puisqu’on y retrouve selon les connexines des résidus phosphorylables ainsi que des sites potentiels d’interactions avec d’autres protéines. Les connexines sont assemblées par 6 et forment une entité protéique fonctionnelle : le connexon, qui possède en son centre un canal transmembranaire, afin de laisser diffuser des petites molécules et certains ions. Interactions : Le connexon d’une cellule interagit avec le connexon d’une cellule adjacente et l’ensemble forme un canal intercellulaire. Les canaux sont regroupés en plaques membranaires appelées jonctions communicantes (gap-junctions). Les connexons d’un même canal intercellulaire peuvent être constitués de connexines identiques ou différentes. • • • • * LE CYTOSQUELETTE • Le cytosquelette est un ensemble complexe de filaments et tubules protéiques présent dans toutes les cellules eucaryotes. On distingue 3 types de réseaux qui sont classés selon le diamètre de la structure protéique : • 1- les microfilaments (5-9nm - filaments d'actine) • 2- les filaments intermédiaires (10nm) • 3- les microtubules (25nm) * • • • • • • • Ils ont en commun les points suivants : - structures dynamiques qui se réorganisent au cours de différents évènements cellulaires (migration, cytodiérèse, séparation des chromosomes, mouvements des organites et des vésicules de sécrétion … - polymères d’éléments monomèriques. - associations directes à des protéines cytoplasmiques (protéines motrices, protéines responsables de l’organisation spatiale des réseaux et protéines sous-membranaires : α-actinine ankryne, dystrophine, spectrine…) et indirectes à des molécules d’adhérence. Les liaisons des protéines à chacun des éléments du cytosquelette leur confère des propriétés structurelles et fonctionnelles spécifiques (ancrage, organisation spatiale, stabilité , consolidation, étirement , contraction, traction, transport intracellulaire…). Ils se singularisent par : - leur localisation cellulaire. - leur fonction. Les microfilaments (filaments d’actine) • Les microfilaments sont constitués de monomères d’actine qui représentent, selon le type cellulaire, entre 1 à 10% de la quantité totale des protéines. Dans la cellule ils se présentent soit sous forme de monomère globulaire (actine G) soit sous forme de polymère (actine F) car ils ont un aspect filamenteux. • On distingue 3 classes : • α actine, présente dans les cellules musculaires (muscles squelettiques striés et muscles lisses) β et γ actine dans les autres cellules * • L’actine G se polymérise en présence d’ATP (lié à l’actine) et le filament formé est une structure polaire. Il a une extrémité à croissance rapide (nommée « + ») puisque environ 1000 monomères peuvent être ajoutés par seconde et une extrémité à croissance lente, voire très lente, (nommée « - » ). A noter que l’ATP n’est pas indispensable à la polymérisation mais il est requis lors de la dépolarisation et converti en ADP. • De nombreuses protéines (ARP2/3= Actin Related Proteins ; CapZ) initient la polymérisation alors que la gelsoline peut créer une scission du filament et éviter la repolymérisation. • Un microfilament est constitué d'une double hélice d'actine polymérisée . • A noter que les filaments d'actine sont associés en microfilaments dans les cellules non musculaires, en myofilaments dans les cellules musculaires. * * * • Une des fonctions majeures des microfilaments, comme celles des microtubules, est d’assurer les mouvements cellulaires • * 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 Transport de vésicules : • Les vésicules de sécrétion sont essentiellement transportées le long des microtubules. Cependant, dans la phase finale, le transport de la vésicule est assuré par les microfilaments grâce à une protéine motrice, la myosine I, qui leur est associée.. * • • • • 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). * Les filaments intermédiaires • A la différence des microfilaments et des microtubules, les protéines constituant ce réseau sont extrêmement variées et leur nature chimique diffère selon le type cellulaire et la localisation intracellulaire. Par ailleurs, ce ne sont pas des protéines globulaires. • On distingue 7 grands types: Filaments intermédiaires Structure des filaments intermédiaires Propriétés • - A la différence des microfilaments et microtubules : • * l’assemblage des protéines est spontané et elles ne sont pas associées au GTP ou à l’ATP. • * le filament n’a pas de polarité. • - Le réseau de filaments est une structure dynamique régulée par des kinases et phosphatases. Il se réorganise au cours de nombreux processus physiologiques : mitose, migration des lymphocytes… Fonctions • les kératines – assurent la cohésion entre cellule et matrice – formation de la couche cornée • la vimentine – Participe à l’adaptation des cellules au stress mécanique • la desmine – confère aux muscles leur aspect strié en microscopie optique • les lamines rôle de soutien de l’enveloppe nucléaire Les microtubules • • présents dans l’ensemble des cellules eucaryotes. fortement représentés dans : – – les neurones où ils ont un rôle fondamental dans le transport axonal des vésicules dans des cellules à forte activité sécrétoire • constitués de dimères de tubuline α et β. • Chaque monomère peut s’associer au GTP mais seule la tubuline β peut échanger son GTP • microtubules sont des structures polaires comme l’actine des microfilaments avec une extrémité (+) à croissance rapide dirigée vers la périphérie de la cellule et une extrémité (-) qui est associée au centrosome. • Les microtubules sont des structures dynamiques • Il y a cependant des structures stables à base de tubuline qui sont représentées par : – - les paires de centrioles (ensemble de microtubules rayonnants enchâssés dans cette zone. – - les corpuscules basaux qui sont situés à la base des cils et des flagelles. – - les cils et les flagelles. Protéines associées • MAP (microtuble-associated proteins) – organisent et stabilisent le réseau de microtubules • kinésines et dynéine – assurent le transport des organites et des vésicules vers différents compartiments de la cellule en se déplaçant sur le microtubule * • • • . Transport des vésicules de sécrétion . Transport des vésicules d’endocytose, phagocytose, pinocytose . . Transport des vésicules membranaires entre le réticulum endoplasmique et le Golgi • Tri et adressage des protéines dans les cellules polarisées (épithélium des tubules rénaux, intestin…) – Les vésicules membranaires issues du Golgi et dans lesquelles sont enchâssées les protéines destinées au pôle apical ou baso-latéral sont transportées par les protéines motrices le long des microtubules . – Mouvement des organites
