le cytosquelette - Faculté de Médecine de Limoges
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LE CYTOSQUELETTE LE CYTOSQUELETTE UE2‐PAES S1 2010/2011 Faculté de Médecine‐Université de Limoges D F j TERRO (3ème étage‐bureau 315) Dr Faraj TERRO é b 315) 1 LE CYTOSQUELETTE I. GENERALITES II‐ LES FILAMENTS D’ACTINE ET PROTEINES ASSOCIEES A‐ Structure et organisation dans la cellule B‐ Dynamique y q des filaments d’actine: C‐ Processus impliquant les filaments d’actine : quelques exemples 1)‐ Cytosquelette d’actine et mouvement cellulaire 2)‐ Cytosquelette d’actine et contraction cellulaire 3)‐ Cytosquelette d’actine et transports cellulaires 4) Cytosquelette d 4)‐ d’actine actine, architecture et adhérence cellulaires 5)‐ Cytosquelette d’actine et mitose : rôle des filaments d’actine dans la cytodièrèse III‐ LES MICROTUBULES ET PROTEINES ASSOCIEES A‐ Structure et organisation dans la cellule B‐ Dynamique des microtubules C‐ Fonctions cellulaires dépendant des microtubules et protéines associées 1‐ Microtubules, MAP, structuration du cytoplasme et transports cellulaires 2‐ Microtubules,, MAP,, centrosome,, cils,, flagelles g et corpuscules p basaux a‐ Centrosome b‐ Cils et flagelles D‐ Microtubules, MAP et pathologies humaines IV – FILAMENTS INTERMEDIAIRES ET PROTEINES ASSOCIEES A‐ Structure et organisation dans la cellule B‐ Dynamique des filaments intermédiaires C‐ Classification des filaments intermédiaires D‐ Fonctions i d filaments des fil i intermédiaires édi i E‐ Filaments intermédiaires et pathologies humaines V‐ CONCLUSIONS 2 Les trois types de filaments du cytosqueltte NH2 Tubuline Actine COOH Domaine central en hélice α Variable selon le type de FI 7 nm Cortex cellulaire Lumière 10 nm 25 nm Centrosome Filaments d’actine ou microfilaments Microtubules Lamina Filaments intermédiaires 3 Coiffes ATP et GTP Polymères instables Monomères Monomères Monomères Protéines associées Polymères stabilisés Filaments Protéines associées 4 Filaments d’actine : structure et organisation dans la cellule ADP ADP ADP ADP ATP ADP ATP ATP ATP ATP Filaments d’actine Faisceau étroit Réseau gel Faisceau large Cortex cellulaire Filopodes Fibres de stress Fibres de stress 5 Filaments d’actine : Dynamique C i Croissance Echange ADP/ATP g / Nucléation/Stabilisation / ATP ATP ATP ATP ATP ATP ADP Complexe de nucléation Arp2/3 ATP EXT (+) ADP ATP Monomère (actine G) Dimère Trimère Stable Instables Monomères ADP + Hydrolyse de L’ATP de LATP ADP ADP _ Pi Recyclage ADP Dépolymérisation EXT (‐) Filament d’actine (F ti ) (F‐actine) 6 Filaments d’actine : Dynamique Nucléation : Phase de latence Elongation : Phase de croissance Plateau : Phase d’équilibre % d’acttine dans le filament Concentration de monomères dans la phase d’équilibre = Cc Filament d’actine en croissance Monomères d’actine Oligomère Temps après ajout de Mg2+ Cc: Concentration critique 7 « Treadmilling »: déplacement des filaments d »: déplacement des filaments d’actine actine « « comme un tapis roulant comme un tapis roulant » 8 Protéines associées à l’actine : les protéines agissant sur la polymérisation ou la dépolymérisation des FA Protéines la thymosine β Mode d’action Séquestre les monomères d’actine et empêche tout assemblage la profiline Stimule la polymérisation à l’extrémité (+) en favorisant l’échange ADP/ATP au niveau de l’actine G (compétition avec la thymosine) la formine Se lie aux monomères d’actine, initie la polymérisation à l’extrémité (+) et facilite l’action de la profiline le complexe Arp2/3 la cofiline/ADF la cofiline/A F Actin‐ thymosin EXT (+) EXT (+) la profiline Forme un site de nucléation (formation de réseau de FA) La cofiline se lie préférentiellement à l’actine‐ADP au niveau de l’extrémité (‐) couvre le FA et impose une torsion supplémentaire lé i au FA ce quii affaiblit ff ibli la l liaison entre molécules d’actine et accélèrent leur dissociation. ATP ADP + ADP ATP ATP EXT (‐) le complexe Arp2/3 9 Toxines du cytosquelette d’actine Nom Origine Latrunculine Cytochalasines Mode d’action Éponge de feu ramifiée (Latrunculia Magnifica) Se lie aux monomères d’actine et les stabilisent entraînant (indirectement) ainsi une dépolymérisation des FA Moisissure (Helminthosporium Dermatioideum) Bloquent la polymérisation d’actine en se fixant sur l’extrémité (+). Résultat net = une dépolymérisation des FA Amanite phalloïde Bloquent la dépolymérisation des FA en se fixant sur leur côté : effet stabilisateur. Un des remèdes à l’empoisonnement est de manger de grandes quantités de viande crue dont l’actine crue dont l actine piège les phalloïdines piège les phalloïdines ⇒ baisse de la toxicité. Phalloïdines Cytochalasine EXT (+) ( ) Latrunculine ATP ADP ADP ADP Hydrolyse Hydrolyse de l’ATP ADP ADP ADP ATP ADP Dépolymérisation Phalloïdine EXT (‐) 10 Organisation des FA dans une cellule mobile Contacts focaux Fibres de stress Filopodes Cortex cellulaire Réseau Faisceaux larges (contractiles) α actinine α‐actinine Faisceaux étroits Fascine Dimère de filamine Faisceau contractile : espace entre filaments est large permettant à la myosine II de s’intercaler Réseau lâche et flexible Faisceau parallèle : faisceau étroit et rigide empêchant la myosine II de passer 11 Deux types de faisceaux d’actine Filaments d’actine Fimbrine, villine (microvillosité) α‐Actinine (muscle squelettique) Faisceau contractile : espace entre filament est large p g Permettant à la myosine II de s’intercaler Faisceau parallèle : faisceau étroit et rigide empêchant la myosine II g p y de passer 12 Modèle d’expansion du réseau de FA au niveau de la pointe d’une cellule qui se déplace Membrane plasmique Cofiline Désassemblage Transport de monomères d’actine p Assemblage Complexe ARP p 13 Filaments d’actine et mobilité cellulaire 14 Sarcomère, en microscopie électronique Muscle Fuseau de myofibres Membrane plasmique Myofibrille Strie Z Bande I Noyau Strie Z Bande A Bande I Sarcomère Sarcomère Strie Z Bande I Bande A Bande A Bande I Strie Z 15 Organisation des filaments contractiles dans le sarcomère α‐ actinine Strie Z Strie Z Tropomoduline CAP Z Titine Nebuline Filament épais (filament de myosine) Filament mince (FA) Tête de Myosine Ext (‐) Bande I Bande Ext (+) Bande I 16 Cytosquelette d’actine et endocytose Membrane plasmique Remaniement local du cortex d’actine Vésicule d’endocytose Queue d’actine Déplacement Centre de la cellule Dynéine Intracellulaire + Réseau de FA en cours de polymérisation cours de polymérisation Microtubules Extracellulaire Déformation de la membrane Déformation de la membrane plasmique et remaniement du cortex d’actine Polymérisation des FA Polymérisation des FA et formation de la vésicule d’endocytose Propulsion de la vésicule d’endocytose 17 Cytosquelette d’actine et Exocytose Déplacement de la vésicule p vers MP (FA+ Myosine courte) Fusion des membranes et Exocytose Membrane plasmique l Fil Filament d’actine d’ i Gelsoline + Ca++ + Kinésine + Microtubules Déplacement de la vésicule (MT+Kinésine) INT Myosine courte Clivage des FA par la gelsoline ÆDésagrégation locale du cortex cellulaire 18 Clivage des FA par la gelsoline Clivage des FA par la gelsoline Gelsoline Ca++ Clivage et Coiffe Filaments d’actine 19 Filaments d’actine et adhérences cellulaires 20 ORGANISATION MOLECULAIRE DES JONCTIONS ETANCHES occludine claudine Cellule A MP de la cellule A Espace intercellulaire MP de la cellule B Domaines extracellulaires extracellulaires courts Cellule B ZO = zonula occludens Domaine cytosolique lié à des protéines d’ancrag (exemple : protéines ZO) protéines d’ancrage liées aux filaments d’actine 21 JONCTIONS ADHERENTES ET JONCTIONS ETANCHES DANS LES TISSUS EPITHELIAUX JONCTIONS ETANCHES DANS LES TISSUS EPITHELIAUX microvillosités Filaments d’actine dans les microvillosités Jonctions étanches Jonctions adhérentes cadhérines dhé i ceinture d’adhérence MP latérales des cellules épithéliales p 22 = jonction C‐C par cadhérines classiques avec ancrage aux filaments d’actine JONCTION ADHERENTE CELLULE A CELLULE A MP MP CELLULE B CELLULE B CADHERINES Protéines d’ancrage Filament d’actine Filament d actine (caténine, vinculine, α‐actinine) 23 SUPERFAMILLE DES CADHERINES = CAM Ca CAM Ca++‐dépendantes dépendantes Liaison cellule‐cellule : cadhérines CADHERINES organisées g en dimère Espace extra‐cellulaire MP Caténines = prot. d prot. d’ancrage ancrage Filament d’actine 24 Microvillosités Coiffe terminale (matériel dense) Ext + filaments d’actine Membrane plasmique Myosine‐I (bras latéraux) Protéines de réticulation (fimbrine et villine) ( ) 25 Filaments d’actine et contacts focaux () (‐) (+) Protéines d’ancrage d ancrage 26 Structure et organisation des microtubules Fibroblaste + GTP _ Protofilaments Lumière Ext (+) Centrosome Ext (‐) 27 Instabilité dynamique des microtubules Coiffe GTP Région moins stable de microtubule contenant des dimères de tubiline‐GDP Croissance raccourcissement Hydrolyse du GTP et perte de la coiffe 28 Toxines des microtubules Nom Origine Mode d’action Colchique d’automne ou Safran Batar Se fixe sur les monomères de tubuline et empêche p leur polymérisation, ce qui conduit au final à la dépolymérisation des MT. Elle bloque la mise en place du fuseau mitotique q et p par conséquent q la division cellulaire Pervenche de Madagascar (vinca) (Catharanthus roseus) Se fixent sur les dimères de tubuline entraînent leur agrégation et empêchent leur polymérisation. polymérisation Ce sont des toxines antimitotiques utilisées en chimiothérapie anti‐ cancéreuse. Elles bloquent la mitose en inhibant la formation du fuseau mitotique . Epines de l’if Se fixe sur les MT constitués et stabilise leur structure en bloquant leur dépolymérisation ce qui les rend non fonctionnels et tue préférentiellement les cellules mitotiques. La Cholchicine La Vinblastine La Vincristine La Vincristine Le Taxol 29 MAP stabilisatrices des MT dans les neurones Faisceaux larges Faisceaux larges Double immuofluorescence Double immuofluorescence MAP2/ Tau 30 Microtubules et transports cellulaires : les MAP motrices Tête (ATPase) Queue Centripète Vers la périphérie de la cellule Centrifuge 31 Microtubules et transports cellulaires : les MAP motrices Dynéine Flux axoplasmique 32 Le centrosome Sites de nucléation (anneaux de tubuline γ) (anneaux de tubuline γ) Matrice de MAP de MAP Paire de centrioles (diplosome) tubuline γ tubuline α Centrosome Site de nucléation tubuline β Microtubules Protofilament Protéines MAP associées à l’anneau de tubuline γ 33 Le centriole Microtubules A,B,C , , Liaison transversale Centriole Centriole en coupe Centriole en coupe Centriole en coupe Microscopie électronique 34 Organisation des microtubules dans un cil (ou flagelle) 35 Matrice de MAP Lame protéique ou bras radiaire Liaison transversale ( (nature protéique ) p q ) Microtubules : ABC A,B,C 3 protofilaments en 3 t fil t commun entre 36 Microtubules : B et C Bras de dynéine interne Bras de dynéine externe Pont de nexine B A A Structure 9+0 B A B Doublet de MT périphériques A et B 37 Bras radiaire Bras de dynéine interne Bras de dynéine externe Pont de nexine Doublet de MT D bl t d MT centraux Gaine interne A B A Axonème (structure 9+2) B Doublet de MT périphériques A et B périphériques A et B 38 Bras radiaire Doublet de MT D bl t d MT centraux Gaine interne A B A Axonème (structure 9+2) B Doublet de MT périphériques A et B périphériques A et B 39 Battement ciliaire/mouvement de flagelle B A B A Protéines éi de liaison Hydrolyse de l’ATP Les MT se plient base 40 Structure et organisation des filaments intermédiaires Monomère Domaine central en hélice α Dimère torsadé en hélice α Tétramère apolaire é è l Protofilament Filament intermédiaire = 8 protofilaments 8 protofilaments 41 Les différentes familles de filaments intermédiaires Famille : nb d’isoformes Lamines : 3 (A, B, C) Vimentine : 1 Vimentines Desmine : 1 GFAP: 1 Périphérine : 1 1 Cytokératines : 20 type I (acide) type II (basique) Neurofilaments N fil t : 3 (NF‐L, NF‐M, 3 (NF L NF M NF‐H) Expression cellulaire Commentaires sur leurs fonctions /applications Noyau de toutes les cellules eucaryotes Constituent la lamina nucléaire. Maintien de la position du noyau dans la cellule et de l’intégrité de l’enveloppe nucléaire Cellules mésenchymateuses, épithéliales et non épithéliales (fibroblastes, leucocytes,…) Identification de ces cellules par immunohistochimie anti‐ vimentine permet de distinguer les fibroblastes des cellules musculaires (desmine +) dans des sarcomes) Spécifiques des cellules musculaires Relient les filaments contractiles entre eux, à la membrane plasmique et à l’enveloppe nucléaire Astrocytes y ((SNC)) Cellules de Schwann non myélinisantes (SNP) Identification des astrocytes y p par immunohistochimie anti‐ GFAP: détermination des tumeurs d’origine astrocytaire pour les distinguer des métastases ou des tumeurs développées à partir d’oligodendrocytes Certains type neuronaux : Formation des axones et dendrites dans le SNP Toutes les cellules épithéliales et annexes épidermiques (cheveux, poils, ongles) ‐ Dans les épithéliums malpighiens, comme l’épiderme, les FI de cytokératines constituent des faisceaux très denses , ancrés sur la plaque dense des desmosomes (adhérence cellulaire). ‐ Immunohistochimie pour les cytokératines permet un diagnostic différentiel entre carcinomes (cancer de type épithélial et sarcomes (cancers des cellules conjonctives). Neurones (axones et dendrites) d dans le SNC et SNP l SNC t SNP (nestine : FI dans les cellules souches neurales) Dans les neurones, les neurofilaments participent à la f formation de l’axe des dendrites et des axones et déterminent ti d l’ d d d it td t dét i t leur calibres. Ils confèrent une résistance de l’axone (peut faire jusqu’à 1m) aux diverses contraintes 42 GFAP : Glial Fibrillary Acidic Proteins, SNC: Système Nerveux Central, SNP: Système Nerveux Périphérique Filaments intermédiaires et adhérences cellulaires dans la cellule épithéliale 43 DESMOSOME cadhérines desmosomales = jonction C‐C avec ancrage aux filaments Intermédiaires Plaque desmosomale = domaine cytosolique des CAM associé à des protéines d’ancrage ( desmoplakine, plakoglobine ) Filaments intermédiaires ancrés à la plaque desmosomale la plaque desmosomale (= kératine dans les cellules épithéliales) MP CELLULE A MP CELLULE B 44 HEMIDESMOSOMES = jonction C‐MEC par intégrines avec ancrage aux filaments intermédiaires filaments intermédiaires Situés au pôle basal des c. épithéliales Æ Adhérence à la lame basale Filaments intermédiaires (kératine) Protéines d’ancrage intégrines MEC = lame basale 45
