les microtubules

BIOLOGIE CELLULAIRE
PARTIE 1: LE CYTOSQUELETTE (R. MARSAULT)
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➤ INTRODUCTION
•Toutes les cellules eucaryotes possèdent dans leur cytosol un réseau de filaments
protéiques très organisé et qui remplit de nombreuses fonctions: le cytosquelette."
•Il est impliqué aussi bien dans le maintien de la forme des cellules que dans ses
modifications, dans le mouvement des organites à l’intérieur du cytoplasme, dans les
déplacements des cellules dans un milieu ou sur un support et dans leur division. "
•Le cytosquelette se compose: "
-des microtubules, d’un diamètre de 24 nm"
-des filaments d’actine, d’un diamètre de 7 à 9 nm"
-des filaments intermédiaires, d’un diamètre intermédiaire aux précédents (≃ 10 nm)."
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CHAPITRE 1: LES MICROTUBULES
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I - STRUCTURE ET RÉGULATION
!!A) Rappels sur la structure
•Dès les années 60 on a mis en évidence ces structures en forme de petits tubes de 24
nm de diamètre."
• L’unité de ces microtubules est un hétérodimère de
tubuline α et de tubuline β."
• La tubuline est une protéine d'à peu près 55 kDa. "
• On peut observer une extrémité C-terminal qui fait
saillie en dehors de l'hétérodimère et donc en dehors
du microtubule. Les interactions du microtubule avec
des protéines partenaires se font pour la plupart sur
l’extrémité C-terminal."
• Ces sous-unités ont une activité de liaison du GTP : "
- Au niveau de la sous-unité α, on trouve le site N
pour non-échangeable ou non-hydrolysable."
- Au niveau de la sous-unité β, on trouve le site E
pour échangeable ou hydrolysable."
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•La structure de ces tubulines ainsi que la séquence de leurs gènes est extrêmement
conservée. Cependant, il existe une certaine variabilité:"
-Existence d'isotypes (≠ isoformes: les isotypes sont des protéines de la même
famille de gène, les isoformes sont plusieurs formes d’une même protéine): "
‣Il existe plusieurs tubulines β (6 chez les mammifères) et plusieurs tubulines α,
codées par des gènes différents. Cela induit des différences surtout au niveau des
extrémités C-terminal donc des différences dans l’interaction avec un certain
nombre de protéines partenaires. "
‣Ces isotypes sont spécifiques à certains tissus (exemple: β3 est spécifique des
neurones)."
-Modifications post-traductionnelles extrêmement nombreuses:"
‣Elles peuvent avoir lieu soit sur l'hétérodimère alpha α-β directement, soit sur le
microtubule polymérisé. "
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‣Un grand nombre de modifications post-traductionnelles touchent l'extrémité C-
terminale (Note: cette diapo est non-exhaustive). "
‣Elles impliquent des enzymes. Exemple: La détyronisation se fait par la carboxy-
peptidase (cette détyronisation est très importante dans la régulation de
l'interaction avec la kinésine). "
‣Très souvent, ces modifications sont associées à la stabilisation du microtubule.
Exemple: L’acétylation permet une plus grande stabilité des cils ou flagelles. "
‣Note: Les extrémités C-terminal sont riches en glutamate donc chargées
négativement, et les charges négatives sont impliquées dans les interactions avec
les protéines partenaires."
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•Il existe aussi des isoformes de la tubuline, dont les fonctions sont encore soumises à
discussion: "
-La tubuline γ est impliquée dans la biogenèse des microtubules"
-La tubuline δ joue un rôle dans les corps basaux (corps à la base des flagelles et cils)
et les centrioles "
-La tubuline η aurait une importance dans la duplication des corps basaux"
-La tubuline ε a des fonctions qu’on ne connaît pas encore."
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B) Polymérisation des microtubules
➤ Polarité structurale
•Dans les bonnes conditions, les hétérodimères α-β s'empilent toujours avec la même
orientation pour former une structure appelée protofilament. Cela signifie qu'on aura
une polarité structurale: si à une extrémité on a une unité α, de l'autre côté on trouvera
une sous-unité β."
•Au niveau du site E, des acides aminés catalysent l’hydrolyse du GTP en GDP. On a
donc:"
-au niveau de la sous-unité α du GTP"
-au niveau de la sous-unité β du GDP généralement."
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➤ Le microtubule
•De manière générale, un microtubule est constitué de 13 protofilaments. "
•Les interactions permettant l’association de ces protofilaments sont essentiellement
latérales, entre sous-unités de même isoforme. "
•Ces interactions donnent lieu à une structure très contrainte, avec un décalage par
rapport à l’axe."
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➤ Polarité fonctionnelle
•À la polarité structurale s’ajoute une polarité fonctionnelle."
•Expérience: "
-À partir d’un fragment préconstitué (fragment de flagelle ou de cil), les auteurs ont
fait varier les concentrations de tubuline et ont défini une concentration critique:"
‣Au-dessus de la concentration critique on observe une polymérisation."
‣En-dessous de la concentration critique on observe une dépolymérisation."
-Les auteurs ont observé une instabilité dynamique plus forte d'un côté que de
l’autre: "
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‣Si on se place au-dessus de la concentration critique, l’incorporation des tubulines
se fait de chaque côté mais un côté est plus instable (il y a constamment
dépolymérisation et polymérisation). "
‣Si on se place en-dessous de concentration critique, il y a dépolymérisation des
deux côtés mais,un côté est plus instable."
•Cette expérience montre que les 2 extrémités des microtubules ne sont pas
équivalentes au niveau fonctionnel:"
-L’extrémité plus est celle où on observe le plus d’instabilité dynamique."
-L’extrémité moins est celle où on observe le moins d’instabilité dynamique."
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!C) Centrosome
•Expérience: "
-In vivo, on utilise des molécules fluorescentes pour mettre en évidence la dynamique
de la biogenèse des microtubules. Ici, du FITC est utilisé. Aujourd'hui, on utilise
plutôt des protéines fluorescentes du type gfp. Les chimistes ont ici greffé un
groupement fluorescent sur de la tubuline qui a été injecté par des moyens
physiques (pas au moyen d’un plasmide)."
-Après 20 minutes seulement, on observe le réseau interphasique typique des
microtubules."
-Cette expérience montre la capacité d'incorporer de la tubuline marquée même en
période interphasique en très peu de temps, c’est donc très dynamique."
-La colchicine est un agent dépolymérisant du cytosquelette de microtubules, dont
l'action est réversible. En lavant les cellules pour éliminer la colchicine et en
incorporant à nouveau de la Tubuline-FITC, on observe le centre organisateur des
microtubules (COMT) ou centrosome chez les mammifères."
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