Biologie cellulaire du 27 janvier

1
Biologie cellulaire du 27 janvier
La communication cellulaire.
Il y a entre 1013 et 1014 cellules chez l’être humain et 200 types cellulaires différents environs.
Pour que le tout ait une fonction coordonnée, il faut que ces cellules communiquent, il y a
donc des échanges en permanence entre tous ces types cellulaires. Ce n’est pas qu’un besoin
de communication, c’est un besoin physiologique puisque les cellules sont spécialisées, elles
produisent différentes substances qui vont être communiquer aux autres cellules de
l’organisme.
-Exemple des AA : La tyrosine est synthétisé uniquement dans le foie. La glutamine dans le
fois et les reins alors que ces 2 AA sont nécessaires à toute synthèse protéique donc utilisés
par tous les cellules de l’organisme. S’il n’y avait pas synthèse de ces AA, il n’y aurait plus de
vie cellulaire possible.
-Exemple de la glycémie = concentration de glucose dans le sang : quand elle augmente, elle
induit la synthèse et libération d’insuline par les cellules du pancréas. L’insuline, au niveau
des cellules adipocytaires et musculaires va augmenter l’absorption de glucose d’où une
diminution de la glycémie donc retour à la normal qui lève l’induction de l’expression de
l’insuline par le pancréas. Donc la glycémie reste constante.
-La cellule reçoit et émet de nombreux signaux en permanence donc ça implique des
structures de réception de ces messages (récepteurs) et les structures d’intégration c’est à dire
qu’une cellule peut recevoir 2 messages simultanée qui vont dans le même sens ou dans le
sens opposé donc la cellule va intégré et répondre de façon adapté à ces 2 messages.
-La communication est une nécessité physiologique pour un problème de coordination mais
c’est aussi et surtout une nécessité biologique car une cellule isolée qui ne reçoit aucun signal
meurt. En d’autre terme les organismes pluricellulaires comprennent des entités sociales.
Comme toujours les cellules tumorales sont l’exception à la règle.
-La cellule communique avec son environnement qui est : les autres cellules voisines ou
éloignées, la matrice extra cellulaire (ciment des cellules) et le milieu intérieur donc les
fluides aqueux dont la composition en PH et la composition ionique est très importante.
-Différents types de communication :
-les jonctions communicantes ou GAP qui mettent les cytoplasme des cellules voisines
en communication.
-les contacts directes entre les cellules par des structures spécialisées.
-les signaux diffusibles hydrophobe ou hydrophile qui sont organisés en système
endocrine, paracrine, autocrine et synaptique.
-L’ensemble de ces signaux induit des changements de l’activité cellulaire qui sont la
réponse biologique.
I/ Jonction communicante ou Gap jonction.
On voit ici deux cellules voisines, leurs membranes accolées au niveau de la jonction. Une
jonction Gap est le regroupement d’un certain nombres de structures qui fait entre 0,2 et 0,3
micromètre de diamètre. Entre 2 membranes il y a normalement un écart de 20 nm et au
niveau de la jonction GAP celui ci est réduit à 3nm. Chaque entité qu’on va décrire est une de
ces petites structures. Chaque particule est en faite un canal qui met en communication les 2
cytoplasmes des cellules voisines donc ici c’est un regroupement de plusieurs centaines de
canaux entre 2 cellules. Un canal est formé d’un connexon qui est une structure avec 6 entités
individuelles : 6 connexines. Le connexion est transmembranaire et en face de cette cellule un
autre cellule présente la même structure et 2 connexons ensemble forment un canal
transmembranaire. La fonction de ces canaux est de laisser passer certaines molécules d’un

2
cytoplasme à un autre et la seule condition pour cela c’est qu’ils aient une taille assez petite :
de 100 à 1500 Dalton ; les grosses molécules ne passent pas donc il y a les ions, les
nucléotides, les AA isolés qui peuvent passer.
- Structure d’une connexine : Les connexines sont une famille de glycoprotéines
transmembranaires de 23 à 43 kDa. On les retrouve dans différents tissus, elles sont
différentes d’un tissu à l’autre. Pour donner un exemple on parle des cellules épithéliales qui
ont beaucoup de connexons mais il y en a aussi au niveau des neurones.
L’interaction entre les connexines est dépendante du calcium et ce sont des interactions
homophiles c’est à dire qu’une connexine entre en connexion avec une connexine de même
type. Sur la connexine, il y a les 2 extrémités dans la partie intracellulaire et 4 domaines
transmembranaires composés d’hélice alpha. A droite de la figure on voit un modèle pour
expliquer l’ouverture/fermeture du système avec un glissement des unités les unes par rapport
aux autres qui va obturer le canal, ce sont des structures régulables.
- Fonction : Faire communiquer 2 cytoplasmes donc ça sert au couplage métabolique de deux
cellules voisines donc faire passer des petites molécules ou un mouvement d’ion (courant
électrique). Ce qui passe sont les sucres, les AA, les nucléotides, l’ATP, l’AMP et surtout
l’AMPc qui est un second messager : c’est un élément de la réponse cellulaire donc quand une
cellule en produit elle va le faire passer dans les cellules voisines qui vont répondre au même
message de façon simultanée.
-On le retrouve au niveau des synapses électriques donc entre 2 neurones : dans ce cas la
communication synaptique est quasiment instantanée c’est donc adapté pour les systèmes
rapides comme dans la réponse au stress (retrouvé chez les insectes dans la fuite) et on le
retrouve dans le système nerveux central dans des zones de mémorisation.
-La synthèse et leur ouverture est réglé physiologiquement. Ca sert à la synchronisation des
contractions musculaires notamment l’utérus lors de l’accouchement : le myomètre synthétise
beaucoup de connexines juste avant l’accouchement et cette synthèse s’arrête juste après pour
favoriser la synchronisation des mouvements.
-L’ouverture et la fermeture du système se fait par un glissement des unités les unes par
rapport aux autres, elle se fait en réponse à certains paramètres physico-chimiques comme
l’augmentation de calcium intracellulaire : en effet si une cellule est lésé et qu’il y a une
brèche dans la membrane, le calcium va entrer et il faut pas que le désordre lié à cette brèche
se répercute sur les cellules voisines donc les connexons vont se fermer pour ne pas répandre
le problème.
-Mise en évidence des connexines en thérapeutique : Exemple de thérapie suicide : On
utilise une prodrogue qui est le Ganciclovir qui n’a aucun effet sur les cellules. Par contre s’il
est transformé par l’enzyme HSV tk (thymidine kinase du virus herpes simplex), il devient
mortel pour la cellule. En faite aucune cellule n’exprime cette enzyme donc on a d’abord une
phase où on fait exprimer cette enzyme par les cellules que l’on veut tuer donc on injecte le
gène correspondant dans un groupe de cellules qu’on veut tué. Ultérieurement on administrera
le ganciclovir qui ne sera transformé que dans ces cellules. Le ganciclovir va être phosphorylé
dans la cellule et la 1er phosphorylation est faite par HSV tk et il devient un analogue de la
guanosine triphosphate donc il entre en compétition avec la guanosine triphosphate lors de la
synthèse de l’ADN et il va bloquer le processus. Donc quand une cellule se divise, s’il y a du
ganciclovir phosphorylé, cette cellule va mourir par apoptose. On s’est aperçut qu’il n’est pas
indispensable de faire exprimer ce gène par toutes les cellules qu’on veut tuer : si un certain
pourcentage de la population tumorale exprime HSVtk, les cellules alentours vont aussi
mourir puisque le ganciclovir transformé en drogue toxique va ensuite circuler d’une cellule à
une autre par les jonctions GAP. Il y a pourtant un problème pour la thérapie : les cellules
tumorales ne sont pas coopératives c’est à dire qu’elles expriment souvent des connexines
mutées donc non fonctionnelles ou n’expriment pas de connexines donc pas de jonction entre

3
les cellules et en réalité en majorité ce système ne peut pas être appliqué si on n’a pas modifié
la cellule.
- Expérience pour le démontrer chez la souris : Chez souris, on greffe des cellules
tumorales qui sont des cellules C6 de gliomes. Ces cellules expriment ou non HSV tk (on les
a modifié avant). Ensuite on traite ou non les souris avec le ganciclovir. On mesure ensuite le
volume des tumeurs que l’on va comparer d’un groupe à l’autre. Dans le 1er groupe il y a des
C6 normales, il y a un volume tumoral conséquent. Si on rajoute du ganciclovir il y a une
petite modification du volume mais pas significatif donc pas de différence. Si on rajoute que
des cellules qui expriment HSV tk mais sans ganciclovir la modification n’est pas
significative. Si les cellules expriment HSV tk et qu’on rajoute le ganciclovir le volume
tumoral est réduit. La différence entre les 2 dernières colonnes est une durée de traitement
avec ganciclovir.
- Autre représentation où survit des souris : Les cellules C6 normal avec le ganciclovir : il n’y
a pas d’effet donc il n’y a plus beaucoup de souris. A l’opposé les souris traitées et qui ont les
C6 tk survivent bien et en grand nombre.
- Représentation en RMN : C’est l’image de ce qui est dit précédemment.
II/ Molécules d’adhérence.
- Mise en évidence : On prends chez un embryon de vertébré des cellules de rétines ou des
cellules de foie. On les dissocie, on les marque : les rendre fluorescente et séparément (une
population rouge et une verte) et on les remets en contact en culture ensuite. On attends
quelques heures et là on observe que les cellules se sont ré associées en fonction de l’organe
d’origine. On montre donc qu’elles peuvent s’associer mais qu’en plus cette association est
spécifique, c’est une reconnaissance exclusive. Les structures responsables de cela sont les
molécules d’adhérences qui sont des molécules de surface qui ont une affinité pour les
composants de la cellule voisine. On les appel aussi CAM (molécule d’adhérence cellulaire).
Elles possèdent un domaine extra cellulaire qui permet la reconnaissance et fixation d’une
autre molécule ; une domaine transmembranaire et un domaine intracellulaire qui sera en
relation avec le cytosquelette afin de pouvoir résister aux contraintes physiques.
1) Les cadhérines :
Dans l’exemple précédent, les molécules d’adhérence étaient des cadhérines (dépendantes du
calcium) qui sont des molécules homophiles qui interagissent uniquement entre elles. On dit
homo ou hétérophile en fonction qu’elles agissent entre elles et homo et hétéro type en
fonction que ça va associer des cellules de même type ou non. Donc précédemment c’était
homophile homotype. Les cellules hépatiques exprimaient la E cadhérine et les cellules
rétiniennes la N cadhérine. Pour que ces cellules se reconnaissent en fonction de l’origine, il
faut des molécules différentes d’une cellule à une autre : la E cadhérine sur les cellules
épithéliales, la N cadhérines sur les cellules d’origine nerveuse et la VE cadhérine sur les
cellules endothéliales. Ces cellules permettent une adhérence spécifique du type cellulaire.
Elles participent donc à l’assemblage tissulaire notamment au cours de l’embryogenèse.
Elles sont en permanence exprimées à la membrane (leurs expression est constitutive) et leur
activité est dépendant du calcium c’est à dire que si on rajoute à une culture cellulaire ou à un
tissu de l’EDTA (chélateur du calcium) on supprime la fonction des ces molécules et les
isolées.

4
2) Les sélectines :
Reconnaissent des résidus glucidiques à la surface des protéines ou des lipides. C’est une
interaction hétérophile : protéine/sucre. Elles ne sont exprimés qu’après une activation
cellulaire donc leur expression n’est pas constitutive. Ce sont des molécules de signalisation
c’est à dire une fois qu’elles ont interagit avec leur substrat, elles vont envoyer un signal à la
cellule.
- Fonction : le recrutement des leucocytes au niveau d’une paroi vasculaire. En règle général
quand un vaisseau est normal, les leucocytes passent dans le vaisseau sans adhérer à la paroi.
Ici est représenté la paroi de l’endothélium (cellules endothéliales) et des sélectines sont ici
exprimés mais pas à la surface de la cellule, dans des vésicules dans la cellule donc non
fonctionnelles. Il s’agit ici d’une veinule post capillaire c’est à dire l’endroit où le recrutement
se fait le plus efficacement. Lorsqu’il y a une infection ou une lésion, le tissu réagit et il y a
une réaction inflammatoire : les éléments synthétisés alors sont le Il1 et le TNF qui sont les
agents pro inflammatoires principalement responsable du recrutement des lymphocytes. Sous
l’influence de l’Il1 et du TNF, les cellules endothéliales vont exprimer les sélectines à la
membrane et le recrutement peut alors commencer.
La 1er phase est la capture des lymphocytes : ceux ci circulent vite dans les vaisseaux et les
sélectines one une faible affinité pour leur ligant donc ne piègent pas d’un coup les leucocytes
donc il faut les freiner, les faire adhérer plus fermement afin qu’ils soient arrêter. Il y a
d’abord un premier contact, ensuite le rolling c’est à dire que le lymphocyte roule à la surface
du capillaire. Ensuite d’autres molécules entrent en jeux avec une adhérence plus ferme : les
intégrines qui vont définitivement figer le lymphocyte à la surface du capillaire et à partir de
là le lymphocyte peut entrer dans le tissu, c’est la diapédèse, pour aller au site
d’inflammation.
III/ FAS et FAS ligant (Fas L) : Contact cellulaire mais aucun rôle dans l’adhérence.
-Fas L est un membre de la famille des TNF ( = qui agit sur la cellule et qui va régler
l’équilibre survit/apoptose de cette cellule). C’est une protéine transmembranaire et existe
aussi sous forme soluble. Elle fait 278 AA et 40 kDa. En condition normal, il est exprimé par
les cellules lymphoïdes activées au niveau de l’œil, du testicule et du cerveau. En pathologie il
est exprimé par les cellules tumorales. Associé à Fas L il y a :
-Fas qui est une protéine transmembranaire et c’est une molécule qui fait partit de la famille
des récepteur du TNF. De 335 AA et 50kDa. Son expression est pleitrope c’est à dire que
toutes les cellules de l’organisme l’exprime.
-Représentation d’un système Fas/Fas-L au niveau d’une cellule effectrice immunitaire : un
lymphocyte et une cellule cible que le lymphocyte va devoir tuer. Le lymphocyte exprime
Fas-L et la cellule cible Fas. Lorsque ces deux composants entrent en interaction, il y a des
trimères qui vont se former et sous cette forme trimérique la molécule Fas est activé. Ensuite
il y a une cascade complexe dans laquelle entre en jeux les caspases qui conduit à l’apoptose
de la cellule cible. Fas-L est surtout connu dans son implication dans l’élimination des
cellules cibles du système immunitaire.
-Contre exemple : Implication du système Fas et Fas-L dans les privilèges immuns.
Si ce système permet aux cellules immunitaires de tuer leurs cibles, il permet aussi à d’autres
cellules de tuer les cellules du système immunitaire. Une privilège immun est un site où les
réponses immunitaires sont faibles ou absentes. Ce sont donc des sites où les greffe de tissus
prendront plus facilement. Les sites de privilèges immuns physiologiques sont l’œil, le
cerveau, le testicule, l’ovaire, l’utérus au moment de la grossesse pour ne pas rejeter le fœtus.
Cette propriété est associé au fait que ce sont des tissus très fragile : Si on pense au cerveau ou
à l’œil, on peut imaginer les dégâts que feraient une réaction inflammatoire dans ces tissus :

5
on considère qu’il faut éviter l’inflammation donc on chasse les cellules immunitaires de ces
tissus c’est donc une faiblesse protectrice.
-Pour qu’il y ait rejet de greffe, il faut que les antigènes du greffon soient présenter au
système immunitaire de l’hôte. Medawar a démontré qu’il existait des sites de privilèges
immuns : il faisait des greffes de peau chez des lapins dans le cerveau. S’il immunisait le
lapin avant, la greffe était rejeter. S’il n’immunisait pas le lapin, la greffe n’était pas rejeter
Cela veut dire que lorsque le tissu est mis dans le cerveau, le cerveau n’est pas capable de
présenter l’antigène. Mais si le système immunitaire connaît déjà l’antigène, il est capable de
retrouver ce tissu même dans le cerveau. Il a démontré que les greffes dans le cerveau était
beaucoup plus efficace et duraient beaucoup plus longtemps que partout ailleurs, il a donc
définit les sites de privilèges immuns.
- Application de cette observation :
- Chez la souris MBP - - (KO) : n’exprime pas MBP qui est une protéine faisant partit de la
myéline qui est essentielle au fonctionnement du neurone. Chez ces souris on fait une greffe
de bulbe olfactif de souris normal MBP + + et non seulement la greffe n’est pas rejeter mais
des oligodendrocytes qui fabriquent la myéline vont migrer du greffon dans le cerveau de
l’hôte et myéliniser les neurones de l’hôte. Donc dans les sites de privilèges immuns on peut
faire des greffes cellulaires aisément et en 1994 chez des humains on a greffé du cerveau du
SNC d’embryon chez des patients atteints de Parkinson dont une partie du cerveau a
dégénérée et sur la période d’étude de 3 ans, des symptômes disparaissaient : les fonctions
étaient donc en partie réparées.
- Constitution de ce site de privilège immun : le cerveau. Il y a l’isolement du cerveau vis à
vis du reste de l’organisme et en particulier du système vasculaire. Il y a la barrière hémato
encéphalique qui est une structure particulière des vaisseaux qui va rendre « le cerveau
étanche » et elle va en particulier empêcher l’entrée des éléments immunitaires telles que les
anticorps, les protéines du complément indispensable à la réaction immunitaire. Donc il est
plus difficile d’avoir une réaction immunitaire dans le cerveau. Par ailleurs les cellules du
SNC expriment moins les protéines du CMH et peuvent donc moins présenter les antigènes.
Donc il est plus difficile d’initier une réponse immunitaire dans le cerveau. C’est un tissu où il
y a peu de recrutement de lymphocytes activés c’est à dire même en réponse à un stress
intracérébral, les leucocytes auront du mal à entrer dans le cerveau ou à effectuer leur fonction
L’expression de Fas-L par les cellules du SNC va empêcher les cellules lymphocytaires d’être
pleinement fonctionnelles : lorsqu’elles entrent dans le cerveau et qu’elles se trouvent au
contact étroit d’une cellule qui expriment Fas-L, ces cellules immunitaires risquent être
induites en apoptose.
- Autre privilège immun : Les cellules tumorales expriment aussi Fas-L quelques soit leur
origine. Donc lorsqu’un lymphocyte s’approche pour tuer la cellule tumorale, elle aussi
exprime Fas-L et généralement c’est la cellule tumorale qui l’emporte donc non seulement ne
va pas réussir à éliminer les cellules tumorales mais c’est celles ci qui vont éliminer le
système immunitaire qui est dirigé contre la cellule tumorale.
- Les cellules infectées par HIV expriment aussi Fas-L en réponse à une protéine de HIV qui
induit l’expression de Fas-L ce qui fait que quand les lymphocytes T4 viennent au contact des
cellules infectées, celles ci vont mourir donc c’est un système d’échappement de ces cellules
pathologiques au système immunitaire en utilisant les outils du système immunitaire.