Actine microtubules et filaments intermédiaires
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Agenda • • • • Introduction Les microfilaments d’actines Les microtubules Les Filaments intermédiaires Objectifs • Connaître les protéines composant le cytosquelette et leur mode d'assemblage en filaments ou en tubes. • Etablir le rapport entre le phénomène de polymérisation/dépolymérisation et le dynamisme des filaments d'actine et des microtubules. • Connaître les protéines motrices et leur interaction avec l'actine et la tubuline. • Pouvoir donner des exemples précis de fonctions cellulaires nécessitant l'intervention directe du cytosquelette. intro 1/ Transport membranaire Vésicules de transport 2/ Traffic vésiculaire RE Le Système endo membranaire Golgi Noyau Proteasome 4/ Adhérence 3/ Cytosquelette Si nous regardons plus en détails, les microtubules : - conservent la forme de la cellule - séparent la cellule lors de la division cellulaire. Les microfilaments eux : - effectuent les courants du cytoplasme -changent de forme lors de l’endocytose et de l’exocytose. ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Le cytosquelette Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Le cytosquelette Le cytoplasme des cellules eucaryotes est soutenu et organisé dans l’espace par un cytosquelette de filament intermédiaires, de microtubules et de filaments d’actine Le cytosquelette est un réseau complexe de filaments et tubules protéiques qui s'étend dans tout le cytoplasme. joue également le rôle d’une musculature cellulaire, responsable des mouvements des cellules elles-mêmes ou des composants cellulaires à l’intérieur des cellules ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Vue d’ensemble Tous les éléments du cytosquelette sont des structures protéiques allongées résultant de la polymérisation d'éléments monomériques. Contrairement au squelette osseux qui est rigide, le cytosquelette cellulaire est une structure très dynamique qui se réorganise continuellement au cours des différents événements cellulaires (migration, division, etc.) Actin subunit Tubulin subunit 10 nm ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Deux types de monomères protéiques sont à la base des polymères fibreux du cytosquelette pour les Microfilaments pour les Filaments d’actine (MA) et les intermédiaires (FI). Microtubules (MT); ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Les éléments du cytosquelette Les éléments du cytosquelette existent sous trois formes en équilibre dans la cellule: néosynthétisés ou issus de car leur fréquence de par des interactions avec la dépolymérisation ; polymérisation/dépolyméris- des protéines associées. ation est élevée ; ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Localisation des éléments du cytosquelette Les éléments du cytosquelette se localisent dans les trois compartiments cellulaires suivants : – le cytosol – le nucléoplasme (en particulier, les lamines qui sont des FI) – la périphérie de la cellule, sous la membrane plasmique, où ils forment le cortex cellulaire. Les microfilaments; l’actine ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Rôle physiologique : intégrité tissulaire en présence de filaments d’actine Intégrité tissulaire en présence de la ceinture d’adhérence Perte de l’intégrité tissulaire en l’absence de la ceinture d’adhérence ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Les fonctions du cytosquelette d’actine Chez les cellules de mammifères, le cytosquelette d’actine est impliqué dans plusieurs fonctions cellulaires, dont la motilité, la sécrétion, la cytocinèse et dans la réponse aux changements extracellulaires à des moments précis de son cycle cellulaire. l’actine joue un rôle dans - l’endocytose, - dans la sélection du site de bourgeonnement, - dans le mouvement des organelles - et également dans la signalisation ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette L’actine monomérique aspect moléculaire C’est une protéine très conservée entre les espèces dont il existe plusieurs isoformes: α β γ Caractéristique: Protéine Globulaire : actine –G , Poids Moléculaire : 42 – 47 kDa, 375 Aa L’actine monomérique Bleu , Actine Vert ATP orange. Gelsolin Rouge, protéines de liaison ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Les filaments d’actine Les monomères d’actine-G s’associent en filaments : actine-F ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Les filaments d’actine : actine - F ATP ATP ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Les filaments d’actine : actine - F Les monomères d’actine-G s’associent en filament,(polymérisation) ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Les trois types arrangements des filaments d’actine Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette La division cellulaire : Cytodiérèse Micrographie en fluorescence d’une division cellulaire : cellule de rein de rat coloré à la fluorescein-phalloïdin Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Les protéines qui contrôlent la polymérisation des filaments d’actine Dans la cellule, la polymérisation des filaments d’actine est contrôlé par des protéines capable de lier l’actine-G ou F Ces protéines sont de quatre type: Ces protéines créent un noyau de nucléation qui permet d’initier la polymérisation de l’actine-G en microfilament Dans la cellule, il en existe plusieurs types: Ces protéines interagissent avec les monomères d’actine-G et maintient celle-ci sous forme liée à l’ATP, ce qui favorise la polymérisation. Et ainsi de maintenir un pool d’actine-G dans le cytoplasme de la cellule, β Il existe trois protéines de séquestration dans la cellule, Les protéines de coiffage sont des protéines qui se lient au extrémités barbées (+) des filaments d’actine-F et empêche l’ajout de nouveaux monomères d’actine, La twinfiline est capable de jouer deux rôles liée à un monomère d’actine-G, elle se lie aussi au filament d’actine et empêche l’assemblage d’autres monomères Dans la cellule il existe plusieurs protéines de fragmentation, elles sont comme leur nom l’indique, capable de cliver les filaments d’actine-F, Les principales protéines de fragmentation (sevrage) En présence de Ca2+, la gelsoline se fixe au polymère d’actine et crée une coupure engendrant la dislocation du filament d’actine RÔLE PHYSIOLOGIQUE La 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. ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie La cicatrisation 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 α-actinine) assurent le lien entre les microfilaments et les molécules d’adhérence (intégrines). ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Les fibre de tension Il ne faut pas confondre les points focaux avec les hémidesmosomes car ils ont la même localisation membranaire (pôle basal de la cellule épithéliale). Ils différent essentiellement par le type de filaments qui leur est associé, il s’agit d’actine pour les points focaux et de filaments intermédiaires pour les hémidesmosomes. ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Aspect mécanique Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Ségrégation tissulaire au cours de l’embryogenèse: Formation du tube neuronal par mouvements progressives de la ceinture d’adhérence Ceinture d’ adhérence La contraction progressive des filaments d’actine des ceintures d’adhérence ainsi que des expressions différentielles de molécules d’adhérence participent à la formation de la gouttière neurale, puis du tube neural. Contraction progressive des filaments d’actine ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Aspect moléculaire de l’architecture cellulaire Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Microvilli de la membrane plasmique Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Organisation du muscle strié Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Aspect moléculaire Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette La migration cellulaire Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Déplacement de l’actine (contraction du sarcomère) dû au changement de la position de la tête de myosine ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Aspect physiologique de la contraction musculaire Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette La présence de Ca2+ permet l’interaction entre la myosine et l’actine Cours de Cytologie Effets de toxines et autre molécule: La phalloïdine produite par l’amanite phalloïde a la propriété de se lier aux filaments d’actine. Elle s’oppose à leur dépolymérisation causant ainsi leur accumulation et donc un dysfonctionnement cellulaire. La cytochalasine B a aussi une origine fongique et elle inhibe la polymérisation de l’actine ce qui altère l’organisation du réseau des filaments d’actine. Dynamique membranaire PHYSIOLOGIE DE LA MEMBRANE Les microtubules a- et b-tubuline ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Les microtubules Les microtubules existent dans tous les types cellulaires chez les vertébrés supérieurs (à l’exception des hématies). Ils sont particulièrement nombreux dans les neurones du cerveau, où ils représentent environ 20% des protéines solubles ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Les microtubules aspect général : Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Les microtubules : Les microtubules sont des tubes cylindriques de 250A° de diamètre, de longueur variable et sont en général rectilignes Les microtubules sont généralement associés en structures complexes dont: . centriole . axonèmes des cils et des flagelles ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Les microtubules : Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie le centriole Formé d’un ensemble de microtubules associés par groupe de trois triplets et on compte toujours par centriole 9 triplets qui sont régulièrement espacés Dans un triplet, les microtubules sont associés sur toute leur longueur et ont en commun une partie de leur paroi. Des ponts unissent longitudinalement les triplets voisins. A l’exception des végétaux supérieurs, les cellules des eucaryotes possèdent au moins deux centrioles comportant chacun 9 triplets. ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie le centriole Une cellule en interphase, renferme deux centrioles situés près du noyau et placés perpendiculairement l’un à l’autre,. Cette paire de centriole et appelée diplosome - Lorsque les centrioles sont très nombreux, ils sont souvent situés près de la surface cellulaire à la base des cils et flagelles. ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette le centriole Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Rôle structurel Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Les constituants Structure de la microtubule Cette protéine est l'unique constituant des microtubules. La tubuline s'associe en dimères (tubuline-tubuline) Les dimères se polymérisent ensuite pour former des protofilaments. Chaque protofilament est lui-même constitué de dimères de tubuline, tubulinealpha et tubuline-bétâ. L'association de 13 protofilaments forme un filament creux de microtubule. ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Assemblage du protofilament à partir de monomère de tubuline dimère La dynamique (la polymérisation) les microtubules sont des structures polaires : une extrémité est capable de croissance rapide (extrémité plus), alors que l'autre extrémité se trouve le plus souvent enchâssée dans le centrosome (extrémité moins). La dynamique ( le phénomène catastrophe) Les cellules peuvent modifier cette instabilité dynamique par des protéines qui s'associent aux microtubules sur toute leur longueur : les "microtubule-associated proteins » MAP2 (200 kDa), ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Axonèmes des cils et des flagelles Les cils et les flagelles sont des digitations mobiles de la surface cellulaire qui sont animés par des mouvements pendulaires ou ondulants. Ils sont limités par la membrane plasmique et leur longueur est de 5 à 10 µ pour les cils et de 50 µ pour les flagelles. A l’échelle ultrastructurale, il n’y a pas de différence essentielle entre l’anatomie des cils et celle des flagelles, c’est leur longueur qui les différencie. Cils et flagelles renferment un faisceau de microtubules orientés parallèlement au grand axe de la digitation. Cet arrangement géométrique très précis porte le nom d’axonème ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Le mouvement cilaire : Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Rôle dans le mouvement intracellulaire Les microtubules périphériques sont munis sur toute leur hauteur de paires de "bras" constitués d'une protéine, la dynéine et la kinésine, munie d’une activité ATPase. ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Rôle dans le mouvement intracellulaire Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Comment une molécule de kinésine marche ? le long de la surface d'une molécule de MT avec une fixation / relâchement en alternance de ses "pieds". “Walking” end of a kinesin molecule Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Protéines motrices interagissant avec les microtubules Cours de Cytologie Dynamique membranaire PHYSIOLOGIE DE LA MEMBRANE RÔLE THÉRAPEUTIQUE ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Intérêt pharmacologique des MT: Les microtubules; cible de la thérapie anticancéreuse Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Intérêt pharmacologique des MT: Les microtubules; cible de la thérapie anticancéreuse Certaines toxine et drogues (celles qui inhibent la mitose) affectent la polymérisation ou la dépolymérisation des tubulins Taxol, drogue anti-cancer, stabilise les microtubules. Colchicine se lie au tubulin et bloque la polymérisation les microtubule dépolymérise hautement Vinblastine cause une dépolymérisation et formation de vinblastinetubuline paracrystal Nocodazole cause une dépolymérisation des microtubules. Les filaments intermédiaires kératine vimentine lamine desmine neurofilament ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Les filaments intermédiaires Les filaments intermédiaires ont un diamètre de 10 nm, intermédiaire entre celui des microfilaments d’actine et les microtubules, d’où leur nom. Ils proviennent de la polymérisation de monomères fibreux. filaments intermédiaires desmosome ARCHITECTURE CELLULAIRE Cours de Cytologie Cytosquelette Les filaments intermédiaires - Ce sont les éléments les moins dynamiques du cytosquelette. - Ils sont très importants pour la structure du noyau - Ils permettent l'ancrage des organites épithélium Tissus de connexion, cellules musculaire et cellule gliale Cellules nerveuse Chez les cellules animale ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie La composition des monomère fibreux : Chaque monomère est composé de trois domaines : – un domaine central hydrophobe organisé en hélice alpha. Il est très conservé d’une famille de filaments intermédiaires à l’autre ; – une extrémité N-terminale et une extrémité C-terminale de longueur variable. Ces extrémités portent des sites de phosphorylation et de O-glycosylation. La composition des monomère fibreux : monomère fibreux Chaque monomère est composé de trois domaines : domaine central hydrophobe extrémité N-terminale extrémité C-terminale Organisé en hélice alpha. Il est très conservé d’une De longueur variable. famille de filaments Ces extrémités portent des sites de phosphorylation et de O-glycosylation. intermédiaires à l’autre ; ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Filament intermédiaire Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Rôle physiologique Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Les filaments intermédiaires : Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cycle de croissance d’un poil Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Filaments intermédiaires (lamine) dans le noyau Cours de Cytologie ARCHITECTURE CELLULAIRE Cytosquelette Cours de Cytologie Remarque : – Contrairement à la plupart des microfilaments d’actine et aux microtubules, les filaments intermédiaires sont des polymères stabilisés et non polarisés, ayant un rôle plutôt structural dans la cellule. – Les filaments intermédiaires sont présents dans le cytosol et le nucléoplasme. – Des trois constituants du cytosquelette, les filaments intermédiaires résistent le mieux aux forces d’étirement ou de déformation. Le génome de certains virus pathogènes pour l’Homme code des protéines capables de désorganiser les FI dans les cellules infectées. Ex. : Le virus d’Epstein-Barr (EBV, famille de l’herpès) cible les filaments intermédiaires des lymphocytes ( mononucléose infectieuse) le papillomavirus cible des filaments intermédiaires de cytokératine des cellules basales de l’épithélium malpighien du col utérin ( cancer de l’utérus). Le cytosquelette rencontré uniquement chez les cellules eucaryotes ,est un système formé de microstructures protéiques fibreuses, qui est solidaire de la membrane plasmique et des organites, ainsi que de l'enveloppe nucléaire. Le cytosquelette confère une forme à la cellule. Il est également responsable de la dynamique cellulaire
