Aspects cellulaires et moléculaires de la détermination, de la

Aspects cellulaires et moléculaires
de la détermination, de la différenciation et de la morphogenèse
I) Introduction
On parle souvent de cycle vital, et il est représenté de manière générale pour tous les
organismes. A partir d'un ovule et d'un spermatozoïde, on obtient un zygote qui va s'engager dans un
processus développemental : il va alors générer des milliards de cellules, regroupées dans 100 à 150
types cellulaires différents. Comment les cellules vont-elles se différencier à partir d'une cellule
unique ?
La cellule œuf est une cellule totipotente, et au cours du développement, on voit apparaître des
différences à partir de cette cellule unique, pour finalement aboutir à des cellules unipotentes : ainsi,
un neurone restera un neurone toute sa vie et il sera incapable de faire autre chose. En réalité, le
passage de la cellule totipotente à la cellule unipotente nécessite de nombreuses étapes de
détermination, puis une seule étape de différenciation, qui mènera à la cellule finale. Les cellules
unipotentes n'exprimeront alors plus que 15 à 20% de leur génome, alors qu la cellule œuf peut
l'exprimer potentiellement dans sa totalité : finalement, le processus de différenciation revient à une
perte de potentialité. L'analyse in vitro de tous les phénomènes de la différenciation sont utiles afin
de connaître les bases des mécanismes et les molécules engagées, mais on n'a jamais une vue
globale…
La détermination se fait par des étapes successives qui empêchent les cellules de revenir en
arrière : ces étapes sont donc irréversibles. A chaque étape, la cellule va s'engager dans une voie,
dans un état particulier grâce à des facteurs qui la poussent dans cet engagement : c'est le
"commitment".
1) Les principales étapes de l'embryogenèse
Le zygote va subir les différentes étapes de la segmentation pour former une masse de cellule,
le blastocyste, composé de 60 à 6000 cellules, selon les organismes. De l'œuf au blastocystes, on ne
peut observer que de nombreux phénomènes de multiplication cellulaire, mais le blastocyste va
ensuite montrer des mouvements cellulaires : c'est la gastrulation. Elle permet le rapprochement de
territoires initialement très éloignés les uns des autres, mais aussi la formation des 3 feuillets
embryonnaires (ectoderme, endoderme et mésoderme) à partir desquels se formeront tous les
organes. C'est pendant la gastrulation que la différenciation cellulaire commence, même si cette
différenciation n'est pas encore visible.
A la fin de la segmentation, on a eu en fait regroupement de cellules "identiques", et après la
gastrulation, les différents territoires ainsi formés vont acquérir des destinées très différentes. Ainsi,
le neuroblaste et l'épiblaste sont des territoires initialement semblables, mais elles vont subit une
différenciation différente : ces cellules étaient initialement au pôle animal, puis elles se sont
différenciées en cellules de l'épiblaste, mais elles suivront ensuite des lignées très différentes selon
leur position, puisque les unes donneront des cellules rétiniennes et les autres des cellules de moelle
épinière par exemple.
2) L'ovocyte
a) Asymétrie de l'ovocyte
L'ovocyte d'amphibien est de grande taille (1 mm) et il est hétérolécithe : dans la partie
végétative, on retrouve de grosses plaquettes vitellines, alors que dans le pôle animal, on ne retrouve
que de petites plaquettes. De plus, le pôle animal est recouvert par un calotte noire, qui permet de la
différencier encore plus.
Pendant l'ovogenèse, les ovocytes stockent de nombreuses réserves afin d'être capable d'assurer
les nombreuses divisions cellulaires liées au développement, mais aussi de nombreuses molécules
informatives permettant la différenciation, appelées facteurs maternels. Tout comme les réserves de
vitellus, les molécules informatives se répartissent de manière irrégulière dans l'ovocyte : finalement,
l'ovocyte est complètement asymétrique, et la différenciation des cellules va dépendre de la position
des cellules par rapport à ces molécules.
L'asymétrie de l'ovocyte est important surtout pour les molécules informatives puisque c'est le
e
1 stade de la différenciation. Pendant la division, on peut obtenir 2 types de cellules filles selon le
sens et le type de la division : elle sera symétrique si les 2 cellules filles sont semblables (pôle
animal vers pôle végétatif) ou asymétrique si les cellules filles sont différentes (division équatoriale).
On devra donc connaître le sens des divisions afin de comprendre l'initiation de la différenciation, et
ce sont les facteurs maternels qui vont les contrôler.
Chez les Amphibiens, ce sont les facteurs maternels qui permettent la formation des
macromères au nord, et des micromères au sud, alors que chez les Mammifères, l'œuf va donner par
de multiples divisions des cellules toutes identiques qui se différencieront par des facteurs externes
et par des interactions cellulaires. Chez les Ascidies, le cytoplasme de l'œuf présente lui-même des
territoires très différents, et les divisions cellulaires permettent d'isoler ces différents territoires
cytoplasmiques très différents les uns des autres : on dit que l'on a une différenciation prédestinée.
Ceci dit, entre les Mammifères et les Ascidies, on aura toute une gamme d'organismes dont la
différenciation se fera à la fois par des facteurs maternels intrinsèques et par des facteurs externes (et
donc par des interactions), en des proportions différentes.
b) Expérience de Millman
Millman a pris une morula de Mammifère et il en a séparé puis marqué les blastomères par
coloration. On va alors les cultiver in vitro, puis one n choisit une au hasard que l'on place dans une
autre morula. Selon la zone où on place la cellule colorée, on la retrouvera dans différentes zones du
blastocystes : dans le bouton embryonnaire si on la place à l'intérieur de la morula, dans le
trophectoderme (devient le placenta) si on la place à la périphérie. C'est donc que les cellules ne sont
pas prédestinées au stade morula, et leur différenciation ne se fait apparemment que par la position
dans l'embryon.
Les contacts de la cellule colorée avec les autres cellules de la morula diffèrent selon la zone
où on la place : elle aura soit une zone sans contact (si on la place en périphérie), soit toutes les
zones en contact avec d'autres cellules. Ce sera peut-être les contacts, complets ou non, avec
l'extérieur et les autres cellules qui détermineront le devenir de la cellule. Au bout du compte, cela
mènera à des divisions asymétriques, comme chez les Amphibiens.
c) Les théories sur les mécanismes de la différenciation
La 1e théorie est une théorie préformiste : elle assure que tout est formé à l'avance et donc que
les cellules étaient prédestinées dès leur apparition. Le principal exemple sur lequel se sont appuyés
les préformistes est l'Ascidie : en effet, si on enlève un bout du cytoplasme de ces larves, alors il est
impossible d'obtenir un individu adulte entier.
La 2e théorie est une théorie épigéniste, qui assure que tout peur être modifié. Les exemples qui
appuient cette théorie sont nombreux : chez tous ces embryons, si on enlève une cellule, alors on
assiste à un phénomène de régulation qui permet de combler le manque.
Cependant, le pourcentage d'héritage par rapport à la signalisation est variable, et on pourra
trouver tous les intermédiaires entre ces 2 théories. On prend par exemple le développement de
l'oursin : le zygote présente déjà une asymétrie puisque le cytoplasme est coloré en orange dans sa
partie équatoriale. On sait que cette asymétrie déjà visible dans la cellule œuf se retrouve plus tard,
puisque la zone colorée donne les macromères, alors que les 2 autres régions non colorées donneront
des mésomères au pôle animal et des micromères au pôle végétatif.
Si on sépare les 2 premiers blastomères, alors on pourra tout de même obtenir un embryon
normal, donc on a un développement par régulation. Après quelques divisions du zygote, on peut
voir apparaître les 3 différents types de blastomères : on sépare les mésomères des macromères et
des micromères, et on étudie le devenir de chacun des 2 groupes cellulaires.
Les mésomères vont se développer en une blastula hyperciliée qui ne pourra pas subir la
gastrulation, alors que l'ensemble des macromères et des micromères peut redonner un embryon
normal. C'est donc qu'à ce stade on a eu un développement préformiste.
L'embryon d'oursin a donc un mécanisme de développement à la fois régulé et en mosaïque.
On a un partage entre un aspect régulé et un aspect préformé, et selon l'axe de division que l'on
choisit, on pourra faire ressortir l'un de ces 2 aspects. Le temps va aussi intervenir, car les
blastomères se différencient au cours du temps, et finissent par être difficilement remplacé par
régulation. Chez l'homme, ce sera l'aspect régulé qui dominera pendant tout le développement.
d) La différenciation au sens strict mène à un état stable
Pendant tous les 1e stades du développement embryonnaire, les cellules ne sont pas vraiment
différentes les unes des autres, et c'est à un moment donné et sous l'effet de certaines molécules que
va s'engager la différenciation. Avant ce stade, on n'avait que des cellules pouvant potentiellement
donner des cellules différenciées : ainsi pour les muscles, les myoblastes ne sont pas différenciés en
apparence, et pourtant, elles ne peuvent donner que des myocytes. Ce sera l'action d'un facteur
particulier qui permettra la différenciation morphologique.
Mésoblaste → mésoderme → mésoderme para-axial → somites → myotome → myoblastes
↓
muscles ← myocytes
Au niveau des myoblastes, la différenciation est déjà irréversible, et l'établissement de la
différenciation au sens strict donne un état stable : les cellules différenciées ne pourront plus donner
autre chose, et la différenciation mène à une fonction unique et irréversible. Il existe des états
pathologiques où l'état stable n'est plus conservé : on a alors des transformations malignes qui
provoquent la prolifération intense des cellules différenciées. La transformation va en réalité faire en
raccourci le chemin inverse de la différenciation, et les cellules initialement différenciées pourront
alors exprimer des facteurs embryonnaires. Les verrous établis pour conserver l'état stable ont été
levés et si on connaît ce qui est levé, alors on pourra comprendre ce qui fait qu'une cellule est
différenciée.
e) L'apoptose.
Pour une cellule, le "suicide" est essentiel pour le développement. On sait que l'on peut avoir
des morts cellulaires par sénescence : à chaque division, les extrémités télomériques sont dégradées
petit à petit et au bout d'un moment, la cellule devient anormale et meurt. La mort cellulaire
programmée, appelée apoptose, obéit à un mécanisme particulier : la cellule peut encore se diviser,
mais elle se suicide. C'est un phénomène nécessaire pour maintenir l'homéostasie : en effet, le
nombre de cellules d'un organe doit rester stable, et cela ne se peut que par destruction des cellules
surnuméraires (la nature n'est pas économe…).
Un neurone, lors de sa formation, a pour but d'envoyer un axone vers un muscle donné pour y
établir une connexion. En réalité, il va envoyer plusieurs axones en même temps et le 1e qui arrive au
but va provoquer la destruction des autres cellules par apoptose. Cela permet d'assurer qu'au moins
une cellule arrivera à son but, puis on élimine ce qu'il y a en trop. Pour sculpter les organes, on doit
donc supprimer des éléments : c'est par exemple le cas de la palmure des doigts, qui est conservée
chez les canards mais supprimée chez la plupart des Mammifères et Oiseaux.
L'apoptose est donc nécessaire au bon développement, mais il ne faut pas qu'elle se fasse sur
n'importe quelle cellule, et si on comprend les mécanismes qui régissent l'apoptose, alors on
parviendra peut-être à tuer les cellules tumorales…
3) La totipotence
On sait que la différenciation cellulaire aboutit à des cellules unipotentes, et cet état est stable.
Cela signifie que la cellule a une fonction bien définie mais on peut se demander ce que devient le
génome non exprimé : y a-t-il moyen de contrer l'irréversibilité ?
Chez les végétaux, on peut prendre n'importe quelle partie de la plante pour reformer une
plantule puis une plante entière, à la condition de connaître les conditions le permettant.
Pourrait-on faire la même chose chez les animaux ? Certains ont relaté qu'à partir d'une côte on
peut reformer un être en entier (mythe d'Adam), mais cette expérience n'a jamais été réalisée donc a
priori, ce n'est pas possible. Chez les Planaires, on a une régénération possible car l'adulte possède
des cellules souches totipotentes qui peuvent redonner un organisme dans sa totalité, mais chez les
Invertébrés évolués et les Vertébrés, ces phénomènes sont impossibles.
Certains ont donc pensé que le génome non nécessaire est détruit lors de la différenciation.
Chez certains Nématodes, on a effectivement perte d'une partie du génome lors de la différenciation,
sauf pour les cellules de la lignée germinale. C'est Weissman qui a fait cette observation, et c'est lui
qui a été à l'origine de la séparation des lignées germinales et somatiques, suite aux observations des
Nématodes.
Cependant, cette observation n'est pas applicable chez la plupart des animaux, même si on a
quelques cas particuliers. Ainsi les hématies perdent leur noyau, le génome est très fortement
amplifié dans les cellules de glandes salivaires de drosophile (phénomène de polyténie). Cela reste
des cas particuliers, et dans le cas général, le génome est simplement inhibé et c'est cela qui
permettra la différenciation.
Les expériences de clonage ont démarré chez les Amphibiens par Briggs et King : on prend un
ovocyte de type II et on le choque pour mimer la pénétration du spermatozoïde. On détruit alors le
noyau restant par rayonnements UV : on réalise donc une énucléation. L'œuf est activé, mais c'est
une cellule sans noyau. On prend alors une blastula dont on sépare les blastomères : on choisit une
cellule, à partir de laquelle on récupère un noyau diploïde, que l'on place dans l'œuf énucléé activé.
Dans certaines conditions, on pourra obtenir un adulte normal à partir de cet œuf de nouveau
diploïde. C'est donc qu'une cellule de la blastula peut redonner un organisme entier, alors qu'il
existait déjà des territoires présomptifs, et donc des amorces de différenciation : elle n'était pas
suffisamment stable pour être irréversible, donc on a pu reprogrammer les cellules. Au stade gastrula
précoce, cela marche également de temps en temps, mais au stade gastrula, la différenciation semble
trop avancée pour permettre la reprogrammation. Briggs et King ont donc de nouveau prouvé
l'irréversibilité de la différenciation.
Gurdon a repris les expériences de Briggs
et King, mais il a cette fois-ci pris des cellules
différenciées, car il était persuadé que l'on
pouvait reprogrammer toutes les cellules. Il a
cultivé in vitro des kératinocytes de patte
d'Amphibien, et il a vérifié que ces cellules ne
donnent naturellement que des kératinocytes en
culture.
Il a alors prélevé le noyau d'une de ces cellule et l'a placé dans un œuf énucléé activé : on peut
observer un début de segmentation, mais qui ne se poursuit que très peu de temps. Juste avant la
mort de cet amas cellulaire, il a prélevé le noyau d'une des cellules et l'a placé de nouveau dans un
œuf énucléé activé : la segmentation s'est prolongée légèrement. Il a refait cette manipulation une
dizaine de fois et il a pu recréer un organisme, mais à certaines conditions : il fallait que le noyau
récupéré soit toujours remis dans un œuf énucléé activé, et que le noyau soit placé dans des
conditions de division cellulaire pendant plusieurs cycles. Cela signifie donc que pour reprogrammer
une cellule, des facteurs cytoplasmiques sont nécessaires, de même que de nombreuses mitoses. Cela
signifie également que la différenciation n'est pas complètement irréversible, et que l'on peut lever
les verrous installés.
-Rm- Il y a quelques années, on a pu reproduire cette expérience avec un œuf énucléé activé et
des noyaux de glandes mammaires de brebis c'est ainsi qu'est née Dolly.
4) La trans-détermination.
Si un homme se blesse l'œil, alors on pourra observer une prolifération cellulaire pour contrer
la perte due à la blessure. De temps en temps, certaines cellules ne restent pas ce qu'elles étaient :
soumises à un processus inflammatoire, certaines cellules qui subissent une forte prolifération
peuvent changer de destinée.
Chez la Drosophile, la larve va donner l'adulte par une métamorphose au cours de laquelle
apparaissent des appendices. Cela se fait à partir des disques imaginaux : ce sont de petits massifs,
qui sont des invaginations de l'ectoderme et qui apparaissent après l'éclosion. Sous l'influence de
l'ecdysone, ces massifs se différencient pour donner l'imago. Si on prend un disque et qu'on le place
complètement ailleurs, alors il se formera l'organe que le disque devait donner initialement. Ainsi, on
pourra tout à fait avoir des antennes dans la partie postérieure de l'animal… C'est donc que dans les
disques imaginaux, les cellules sont déjà déterminées, et ce dès la fin du processus embryologique.
Hadorn a prélevé le disque génital d'une larve et l'a placé dans l'abdomen d'une mouche adulte.
Il est baigné par l'hémolymphe et va alors se diviser, mais on n'observe aucune différenciation, car
on n'a pas de métamorphose. Après la mort de la mouche adulte, on prélève alors une partie du
massif cellulaire obtenu, et on le place dans une autre mouche… Après plusieurs transferts, on le
replace dans une larve : souvent, le disque redonnera une plaque anale (destinée normale), mais cela
peut changer si les transferts sont suffisamment nombreux : c'est de la trans-détermination. Les
cellules sont capables de conserver leur destinée pendant un certain temps, mais après un certain
nombre de divisions cellulaires, on peut les reprogrammer.
→ cf document page suivante
Certains chercheurs ont prélevé les muscles d'apparence striée d'une méduse : ils ont alors
réalisé des cultures de ces cellules isolées les unes des autres, et ont obtenu des muscles "striés". Au
bout d'un certain temps, les cellules initialement programmées pour donner du muscle "strié"
peuvent donner des cellules de muscles"lisses". En attendant encore, on pourra même obtenir des
cellules de type sensoriel : à partir de cellules mésodermiques, on a donc pu obtenir des cellules
d'origine normalement ectodermiques. Ce qui se produit est donc très important puisque des cellules
d'un feuillet embryonnaire peuvent donner des cellules d'un autre feuillet. La trans-détermination est
ici très poussée, mais cela pose des problèmes…
Finalement, pour modifier la destinée d'un cellule, on doit avoir des conditions très
particulières et surtout une prolifération cellulaire intense.
-Rm- Il existe dans l'organisme des cellules souches que l'on peut reprogrammer assez
facilement pour redonner des cellules différentes. Ces cellules souches sont des cellules
pluripotentes, et on peut modifier leur destinée avec des facteurs particuliers, car elles possèdent en
elles encore plusieurs destinées possibles. Ces cellules souches sont de plus en plus utilisées en
thérapie cellulaire. Avant, on utilisait des cellules ES embryonnaires (cellules souches), puisqu'elles
peuvent donner potentiellement tous les types cellulaires. L'utilisation de cellules souche adulte
permet de faire la même chose, sans le problème éthique. Cependant, les cellules souches ne sont pas
encore utilisables pour obtenir toutes les lignées cellulaires, mais on pense bientôt connaître toutes
les cellules souches que l'on pourra reprogrammer facilement.
5) Régulation de l'expression génique
Pourquoi 80% du génome est-il régulé, et surtout comment ?
Chez les Procaryotes, on sait que l'on a sans cesse des régulations, et notamment grâce aux
opérons, mais chez les Eucaryotes, cela semble beaucoup plus complexe. Il faudrait que l'on ait en
permanence des facteurs négatifs pour inhiber 80% du génome, et des facteurs positifs pour activer
le reste si cela se passait comme chez les Procaryotes.
Dès les blastomères, on a apparition de régulations négatives et positives qui permettent de
verrouiller une partie du génome. Chez les cellules souches, les 2/3 du génome ne sont pas encore
verrouillés mais dans les cellules différenciées, c'est plus des 4/5 du génome qui sont verrouillés. On
a des régulations actives pendant les stades de l'embryogenèse, mais au bout d'un moment, les
verrous devront se maintenir même avec de nombreuses divisions cellulaires. Le blocage ne doit en
fait pas sauter avec la division, mais on a vu qu'on peut passer outre avec une forte prolifération.
a) Principe des régulations de l'expression génique
Le promoteur des gènes et la boîte TATA sont les lieux principaux de la régulation de
l'expression génique. Ce sont généralement des zones ubiquitaires, cad communes à tous les gènes,
et elles subissent l'action de facteurs également ubiquitaires cis (fixés directement sur l'ADN) qui se
fixent sur les séquences trans. Un gène s'exprimera de manière basale si on a ces facteurs
ubiquitaires, mais cela ne reflète pas la réalité. Ce seront les séquences enhancer et silencer qui
permettront à un gène de s'exprimer à certains moments et dans certaines cellules, et qui régulent
donc la spécificité d'une cellule.
Les séquences Locus Control Region régulent des locus chromosomiques, et elles peuvent se
trouver à plusieurs centaines de kbases du gène, et plus souvent des gènes, qu'elle régulent. Pour
connaître les conditions de l'expression et de la régulation des gènes lors de l'embryogenèse, on doit
donc connaître l'emplacement et le fonctionnement de toutes ces zones régulatrices…
b) Quelques exemples
• Le Corpuscule de Barn : Chez les femmes, un des 2 chromosomes X est inhibé, condensé
pour formé la corpuscule de Barn, et selon les différents territoires de l'organisme, le chromosome K
ne sera pas le même (ça ne se fait pas au hasard). Au moment de la méiose, le corpuscule de Barn va
se décondenser, mais dans tout autre état, il va être totalement isolé de toute régulation. La
condensation du chromosome X permet en fait une régulation génique entre mâle et femelle, puisque
l'homme ne possède qu'un seul chromosome X.
La condensation qui atteint le corpuscule de Barn est telle que la régulation n'est plus possible,
sauf pour quelques gènes importants. Le chromosome X commence à se condenser en plusieurs
points, puis le phénomène se propage de proche en proche : le chromosome sera à la fin inaccessible
à toute molécule régulatrice, et donc aux différents systèmes de transcriptions . On va retrouver ce
même phénomène de condensation sur d'autres chromosomes, mais il ne se fera pas sur la totalité du
chromosome.
• L'empreinte génomique parentale EGP : A la suite des expériences de clonage de Briggs et
King et de Gurdon, MacGrath et Solter ont de nouveau réalisé les mêmes types d'expériences, mais
ils ont ajouté un nouveau facteur. Ils ont en effet réalisé des combinaisons de pronuclei (= noyau des
gamètes) paternel et maternel en guise de noyau. Ils ont associé ces pronuclei de manière normale
(un paternel et un maternel) ou anormal (2 pronuclei paternel par exemple). Dans le cas normal, la
cellule œuf obtenue se développe normalement, mais dans le cas anormal, le développement s'arrête
très rapidement, alors que l'amphimixie pouvait se réaliser avec 2 nucléi haploïdes quelconques. En
réalité, si on n'a pas un pronuclei de chaque, alors le développement se fait mal : c'est donc que l'on a
des interactions entre les 2 pronuclei, des complémentarités nécessaires au développement. Tous les
organismes n'ont pas cette EGP : ainsi, elle est beaucoup moins marquée que chez le souris.
Une 2e observation a permis de renforcer cette 1e théorie de McGrath et Solter. En effet,
certaines maladies peuvent se déclarer grâce à l'EPG : malgré un état hétérozygote, des maladies
récessives peuvent se déclarer. On a donc pensé que c'est l'EPG qui a provoqué ces maladies : on
aurait inhibition d'un des 2 allèles, et si c'est l'allèle sauvage qui est bloqué, alors on aura
développement de la maladie. Finalement, on a supposé que l'EPG est un masquage de certains
gènes, spécifique à la mère et au père : chez chaque individu, on aura donc certains allèles qui ne
seront pas exprimé.
L'EGP maternelle et paternelle existe chez tous les individus au niveau de toutes les cellules
somatiques. Cependant, les gamètes qu'un individu va fabriquer lors de la méiose vont avoir une
empreinte spécifique à l'individu : on a annulation de l'empreinte des parents pour en former une
nouvelle. Les mécanismes sont complexes et on ne les connaît pas encore.
On sait que les EGP sont réduites chez l'homme, mais qu'elles sont beaucoup plus marquées
chez la souris. En effet, on sait créer des souris transgéniques en incluant des gènes d'intérêt dans des
cellules souches et en incluant cette dernière dans un blastocyste. Si cette cellule souche intervient
dans la formation des cellules germinales, alors on aura création d'une lignée transgénique.
Cependant, le gène peut s'inclure en n'importe quel point du génome : s'il se retrouve dans une zone
où l'ADN est inhibé par l'EGP, alors il ne s'exprimera pas.
→ Comment le système de l'EGP peut se déprogrammer . Comment ce mécanisme peut-il être
transmis d'une cellule à l'autre lors des mitoses ?
On ne connaît pas encore tous ces mécanismes mais on sait que cela aboutit ç une transmission
de caractères épigénétiques : les gènes ne sont pas modifiés, mais on a un phénotype différent. Si un
gène essentiel est soumis à la fois à l'empreinte du père et de la mère, alors on n'aura jamais
développement. En fait, cette situation est très rare pour 2 raisons : les empreintes ont très peu de
chances de s'exprimer au même endroit, et elles concernent en général de très petits fragments de
l'ADN.
c) Les mécanismes d'inhibition d'un gène
• La méthylation
Dans les zones soumises à une empreinte négative (les gènes ne s'expriment pas), on a
remarqué que l'ADN était méthylé. L'apparition du corpuscule de Barn chez les femmes est
également dû à une méthylation : au point de départ de la condensation, le taux de méthylation est
beaucoup plus important et c'est également le cas pour les EGP. La méthylation est un mécanisme
épigénétique qui intéresse toutes les séquences de régulation, et elle s'exerce surtout au niveau des
cytosines.
La méthylation se fait toujours en des sites particuliers, où on trouve une guanosine et une
cytosine : on doit forcément avoir ce couple de bases pour observer la méthylation, et ce couple se
retrouve sur les 2 brins de l'ADN. Les 2 brins seront méthylés au niveau des tandem CpG grâce à des
méthylases : ces dernières reconnaissent les sites hémi-méthylés, cad les sites où un seul des 2 brins
est méthylé (elles rétablissent l'équilibre entre les 2 brins). Ce phénomène est important au moment
de la division cellulaire, et surtout lors de la réplication : le brin fils n'est pas méthylé, mais les
méthylases réparent très rapidement le déséquilibre. L'état de méthylation de l'ADN est donc
maintenu d'une cellule à l'autre dans une même lignée. L'EPG est fondamentale donc il ne faut pas la
modifier malgré la division cellulaire : on doit donc entretenir cet état.
On dit que l'on a un patron de méthylation spécifique à une espèce, mais aussi à chaque type
cellulaire (il sera différent pour une cellule musculaire et un neurone). Si on modifie par mutation le
gène des méthylases, l'embryon est incapable de se développer : c'est donc que ce gène a une
importance fondamentale. Très tôt, les mécanismes de division et de différenciation nécessitent
l'intervention des méthylases par méthylation et donc blocage de certaines zones. Ces zones en
question contiennent une grande quantité d'îlots de CpG : ils vont réguler l'expression d'un gène en
particulier ou d'une partie du génome.
Quand un gène a subi la méthylation de ses séquences de
régulation, alors il ne pourra plus s'exprimer, mais si on a
déméthylation, l'expression sera possible. Dans le corpuscule de
Barn, toutes les séquences CpG sont méthylées, ce qui explique que
tous les gènes du chromosome X condensé soient bloqués. Si la
méthylation s'applique sur le Locus Control Region, alors ce sera
toute une séquence de gènes qui sera bloquée. Finalement, la
méthylation permet la transmission épigénétique de certains
caractères. Dans les cellules cancéreuses, les gènes initialement
bloqués subissent des modifications malignes : on a alors
déméthylation de séquences de régulation de molécules oncogènes.
Les gènes correspondant à des enzymes de ménage ne sont jamais méthylés car ils
correspondent au métabolisme de base. Par contre, seuls les gènes dits musculaires auront également
un état déméthylé si on se place dans une cellule musculaire. Vu que les méthylases permettent la
transmission du patron de méthylation, la différenciation de la cellule est transmise à toutes les
cellules filles et on n'aura pas de trans-détermination.
Dans un ovocyte, on trouve de nombreux facteurs maternels qui permettent la synthèse de
certaines molécules (ce sont des régulateurs de l'expression génique). Les patrons vont alors s'établir
petit à petit, et de plus en plus de zones seront méthylées. Cependant, les patrons de méthylation qui
permettent la différenciation ne sont pas les seuls mécanismes qui assurent l'entrée dans un voie de
différenciation, mais ils permettent la conservation de la différenciation au cours des différentes
divisions cellulaires. Ces méthylations qui se déroulent pendant tout le développement permettent
donc d'établir une partie de la différenciation et de maintenir l'état différencié. C'est une manière de
maintenir un état donné de manière plus économe en énergie par rapport à la méthode des
Procaryotes, puisqu'on a plus besoin de nombreux facteurs inhibant.
Or, on sait qu'il est possible de reprogrammer un noyau différencié si on prend un ovocyte avec
tous ses facteurs. Le noyau différencié a un patron de méthylation d'une cellule différenciée en
particulier, donc seuls quelques facteurs vont s'exprimer. Pour le reprogrammer, on doit avoir de
nombreuses divisions qui vont permettre de rétablir la compétition de tous les facteurs qui assurent
soit l'hémi-méthylation, soit l'expression du gène.
• Les histones et l'organisation de la chromatine.
Dans un chromosome, on trouve des zones hétérochromatiques fermées constitutivement
(comme les télomères, les centromères…), mais aussi des zones euchromatiques qui peuvent
s'hétérochromatiniser. La DNase I est capable de couper l'euchromatine, mais dès lors que l'on a
condensation de cette euchromatine grâce à de nombreuses protéines, la DNase aura beaucoup de
mal à couper l'ADN. Cependant, même si l'ADN est condensé, certaines séquences restent
accessibles à la DNase, et donc à d'autre facteurs de régulations. OR, une zone condensée correspond
toujours à une zone méthylée : c'est donc que la méthylation intervient dans la condensation de
l'ADN.
L'enroulement de la chromatine nécessite des nucléosomes formant un cœur protéique
(association de 2x 4 histones différents) autour duquel l'ADN s'enroule 2 fois : on a alors formation
de l'euchromatine en forme de collier de perle. L'hétérochromatine prend une forme de solénoïde
(comme un élastique que l'on roule), et la condensation est beaucoup plus grande : l'ADN est alors
piégé au milieu de nombreuses protéines, et la DNase aura très peu d'accès. Le corpuscule de Barn
est dans cet état condensé en solénoïde sur toute sa longueur.
Les extrémités N-terminale de chaque histone sont riches en lysine, et ces résidus peuvent être
acétylées grâce à la HAT (histone acétyl transférase; la réaction contraie est permis par l'a HDAC
histone desacétyl …) : cela va modifier la cohésion du nucléosome. L'histone h1 est, lui,
phosphorylable, et selon l'état de ces 2 types d'histones, on aura une plus ou moins grande solidité du
nucléosome et de la condensation. La transcription en tant que telle n'est pas gênée par la présence
de nucléosomes, mais l'existence de ces protéines au niveau des structures de régulation bloque les
interactions possibles entre l'ADN et les facteurs de régulation : pour exprimer le gène, on devra
donc déplacer le nucléosome, auquel cas la séquence régulatrice pourra accepter des facteurs
régulateurs.
Si les extrémités N-terminales des histones sont acétylées, alors la cohésion sera faible et il
sera facile de déplacer les nucléosomes. Finalement, on aura des différences de traduction des gènes
selon les modifications post-traductionnelles des histones, qui favorisent ou non la transcription d'un
gène.
On sait qu'un noyau possède un patron d'organisation chromatinien qui correspond à sa
fonction : les nucléosomes seront instables au niveau des gènes importants, mais stables sur les
gènes non utiles à la cellule. C'est ce patron que l'on va modifier lorsqu'on reprogramme un noyau,
mais ce n'est qu'au moment de la réplication de l'ADN que l'on pourra faire cette modification. En
effet, c'est uniquement à ce moment que l'ADN est dépourvu d'histones, et on pourra donc avoir une
véritable compétition entre les histones et les facteurs de transcription (régulation). C'est ainsi le cas
dans les ovocytes, où on trouve un très grand nombre de facteurs : il y a tellement de compétition
pour les histones que petit à petit, gène par gène, on va faire sauter l'organisation chromatinienne, ce
qui empêchera la fermeture des séquences régulatrices.
Finalement, on a sans cesse une compétition et c'est cela qui explique la fait que la
reprogrammation nécessite le placement du noyau différencié dans des ovocytes activés.
On peut se demander quel est le lien avec la méthylation, mais cette dernière favorise
l'organisation de la chromatine. Dans le cas d'un gène inhibé par des facteurs de transcription, on
trouve de nombreuses autres molécules qui s'associent au 1e facteurs, et on trouve ainsi HDAC, qui
va désactétyler les histones : le gène va alors être bloqué de manière transitoire. De la même
manière, si le 1e facteur fixé est activateur, une des autres molécules venant se fixer sera l'HAT, qui
permet l'acétylation des histones, et on aura donc possibilité de transcription.
Cependant, sur les îlots CpG (donc on a méthylation) des séquences de régulation, on peut
avoir fixation de protéines particulières qui reconnaissent spécifiquement ces séquences, et on
fixation secondaire de HDAC. Dans ce cas, l'inhibition est pérenne puisqu'il suffit d'avoir une
méthylation pour que la 1e protéine se fixe, entraînant ensuite la désacétylation des histones, et donc
leur stabilité.
Il existe également des chromoprotéines qui se fixent la protéine spécifique aux îlots CpG, et
elles viennent encore favoriser le blocage ou le déblocage de certains gènes : on dit que ces
chromoprotéines ont des chromodomaines qui reconnaissent la chromatine. Certaines pourront
fermer ou ouvrir certains domaines et ainsi renforcer ou au contraire annuler la méthylation. Le plus
souvent, les chromoprotéines favorisent la fermeture de domaine, mais d'autres protéines auront
l'effet inverse.
→ Finalement, de très nombreux facteurs interviennent dans les phénomènes de blocage des
gènes : on a les méthylation, les nucléosomes et les chromoprotéines qui agissent directement sur la
structure tridimensionnelle de l'ADN. Dans les zones où l'EGP s'exerce, tous ces systèmes se mettent
en place pour bloquer un gène ou un ensemble de gènes.
Cependant il demeure un problème : il faut qu'une cellule sache à quel moment établir un
patron, et surtout quel patron établir !! On a vu que chez la méduse, on peut reprogrammer les noyau
jusqu'à les faire changer de feuillet : c'est donc que l'on a placé dans les cultures des facteurs qui
permettent de contrer l'effet des histones et qui vont débloquer les verrous. La dissociation des
cellules musculaires va également intervenir, puisqu'on bloque tous les signaux provenant des
cellules voisines qui favorisaient le maintien d'une cellule dans son état, et on va donc encore
favoriser la reprogrammation.
II) La communication cellulaire
Lors du cycle cellulaire, une cellule peu prendre 3 états différents :
- soit elle se divise selon le schéma normal du cycle cellulaire (elle suit les phases G1, G2
puis la mitose). Il peut arriver qu'une cellule rentre en quiescence après la phase G1, et on dit qu'elle
est en phase G0, mais après un moment, elle reviendra dans le cycle normal.
- soit elle entre dans un voie de différenciation : à ce moment-là, la cellule rentre dans une
phase de quiescence après G1 (c'est la phase G0), puis suit une voie de différenciation
- soit elle subit l'apoptose, et cela se produit en fin de G1 ou de G2.
S
→ Comment les cellules savent lequel des 3 états elle doivent suivre ?
De tout temps, les chercheurs ont cultivé des cellules in vitro, afin d'étudier plus facilement les
phénomènes de différenciation ou de division. Or, ils ont rapidement rencontré un problème :
lorsque le verre est lisse, les cellules se divisent difficilement alors que lorsque le verre est rugueux
ou abîmé, la division est beaucoup plus facile. C'est donc que le support et sa nature sont
indispensables à la division in vitro au moins. Cependant, même avec un support rugueux, les
divisions finissent par s'arrêter assez rapidement malgré l'apport des facteurs essentiels. Ils ont alors
ajouté du sérum, et les divisions ont continuer pendant beaucoup plus longtemps, mais on ne sait pas
vraiment pourquoi, mis à part qu'il doit y avoir des facteurs du sérum qui sont essentiels. La dernière
contrainte à laquelle ont du faire face les chercheurs est qu'une fois la boîte tapissée en entier par les
cellules, al division s'arrête.
Finalement, on a pu en conclure que la division cellulaire nécessite des facteurs sérologiques,
un support bien particulier et qu'elle est soumises à des inhibitions de contact. Les cellules
cancéreuses ont perdu cette inhibition de contact : même si la boîte est pleine, les cellules vont
continuer à se multiplier en se chevauchant. De plus, dans les cas normaux, même si des divisions
surnuméraires se font en épaisseur, l'absence de contact avec la matrice extra-cellulaire va provoquer
la mort de ces cellules. A l'opposé, les cellules cancéreuses ont également perdu toute notion du
milieu environnant, et elle pourront se diviser même sans contact avec la matrice : elles ne
s'intéressent plus aux interactions avec les autres cellules…
On a vu que les cellules nécessitent des facteurs
sérologiques pour se développer : ce sont donc des
facteurs diffusibles, mais il existe également d'autres
types de ligands non diffusibles au niveau des autres
cellules mais aussi de la matrice. Ces différents
ligands sont mis en relation avec des récepteurs et ils
vont alors engager des phénomènes de transduction.
Les récepteurs permettront soir de capter les ligands
diffusibles, soit d'assurer l'accrochage à la matrice,
soit d'assurer les interactions entre cellules.
Grâce aux signaux transduits, la cellules saura à coup sûr la voie dans laquelle elle doit
s'engager (mort, division ou différenciation). Les récepteurs qui interviennent pour les ligands
diffusibles sont de plusieurs types : on a des récepteurs ioniques (on en parlera peu), des récepteurs
couplés à des enzymes et des récepteurs (serpentins) couplés aux protéines G.
Dans les 3 cas, la fixation d'un ligand sur le récepteur entraîne des réactions en chaîne qui
amplifieront le signal. Le plus souvent, on aura des phosphorylations en chaîne et toute la
transduction du signal se basera sur ces réactions en cascade.
1) Les facteurs diffusibles
Les différentes molécules que l'on a caractérisé dans le sérum comme intervenant dans la
division cellulaire sont des facteurs de croissance, et ils sont de natures variées.
a) Les facteurs de l'épiderme EGF
L'épiderme est un organe qui se reforme en permanence, et on a voulu connaître ce qui assurait
la prolifération et la différenciation des cellules. Cependant, l'action des EGF ne se résume pas aux
cellules épidermiques, mais à de nombreux autres types cellulaires (on a juste gardé le nom en
l'honneur du 1e organe où on les a trouvé). Dans la famille EGF, on trouve de très nombreux facteurs
qui sont tous issus d'un facteur ancestral. C'est donc une famille multigénique, mais la caractéristique
commune est que ces facteurs sont de type juxtacrine.
On considère une cellule fabriquant un EGF. Ce facteur sera présent dans différents états dans
la cellule, et les précurseurs sont piégés dans la membrane plasmique : c'est donc que ce facteur
présentait initialement un peptide signal à son extrémité N-terminale (pour que la synthèse se fasse
dans le RE). C'est la partie C-terminale qui est piégée dans la membrane alors que l'extrémité Nterminale dépasse vers l'extérieur. Par des clivages protéolytiques, la partie N-terminale est relarguée
et la partie signalisatrice du facteur (qui correspond sa fonction) est alors accessible, même si elle
reste enchâssée dans la membrane. Si une autre cellule à proximité présente le récepteur à ce facteur,
alors elle pourra reconnaître le signal : cette interaction se fait dans un rayon très petit puisque le
ligand est accroché à la cellule, et c'est dans ce cas que l'on parle de signalisation juxtacrine. On
remarque que la partie signalisatrice est très riche en cystéine, qui permet la formation de ponts
disulfure, et c'est l'organisation des acides aminés qui caractérise la famille des EGF.
-Rm- Si le signal est clivé et donc libéré dans le
milieu, alors il pourra se déplacer et aller à la rencontre des
récepteurs : on parle de signalisation paracrine. Si le signal
agit sur la même cellule qui l'a émis, alors on parle de
signalisation autocrine.
b) Les facteurs des fibroblastes FGF
C'est là encore une famille multigénique et on connaît aujourd'hui une vingtaine de FGF
différents : on a par exemple le FGF1, auparavant appelé FGF acide et FGF2, appelé FGF basique,
mais il existe de nombreux autres facteurs qu se rapprochent des FGF initiaux par leur structure.
Ces facteurs sont présents dès le stade 2 cellules, et on les trouvera dans tous les types
d'organes à tous les stades de développement. Ces facteurs sont donc essentiels au développement et
c'est une famille très large mais essentielle. Tous ces facteurs font entre 15 et 20 kDa, et ils ne
possèdent pas de précurseurs membranaires.
c) Les facteurs de plaquettes PDGF
Ils sont engagés principalement dans la différenciation des plaquettes, mais on peut également
les retrouver dans d'autres zones. Ce sont tous des dimères dont les sous-unités sont identiques ou
différentes, alors que EGF et FGF sont des monomères. Un de ces facteurs est le VEGF (Vascular
endothélial → attention, E pour endothélial et pas epidermal), qui favorise la prolifération et
l'organisation des cellules endothéliales, qui pourront alors former des vaisseaux.
Une cellule cancéreuse ne peut se diviser que si l'apport en nutriments et en O2 est suffisant,
donc si on bloque ces apports, on devrait a priori empêcher leur prolifération . En réalité, elles sont
capables d'exprimer VEGF, qui va alors diffuser vers les cellules endothéliales : on a création d'un
capillaire qui va irriguer spécifiquement la tumeur, qui pourra alors se développer (→ cible de la
thérapie des cancers).
d) Les facteurs de la transformation TGFβ
C'est encore une famille multigénique et son rôle est l'inverse de celui des FGF, puisqu'ils
s'opposent aux facteurs mitogènes. Au cours du développement, c'est la 2e famille essentielle qui va
permettre la régulation de l'effet des FGF (sinon, on aurait une prolifération anarchique). Les
facteurs TGFβ sont des dimères dont les sous-unités sont identiques ou non, et ils sont de plusieurs
types : TGFβ1, TGFβ5, activine, inhibine…
L'activine et l'inhibine interviennent dans la régulation de la sécrétion des hormones sexuelles
au niveau de l'axe HT-HP. En physiologie, inhibine et activine sont considérées comme des
hormones mais comme elles agissent dans un milieu restreint, on préfère les qualifier de facteurs de
croissance. Dans cette famille, on va également trouver les BMP (Bone mophogenetic protein) : ces
molécules sont présentes dès les 1e stades embryonnaires et elles participeront plus tard à la
formation des os.
e) Les cytokines :
Ce sont des facteurs de croissance qui facilitent la division cellulaire et ils sont tous impliqués
dans la prolifération et la différenciation des cellules sanguines. Les CSF seront spécifique d'une
lignée sanguine, et ils permettront la prolifération de ce seul type de cellule. De manière globale, leur
fonctionnement est plus efficace que les autres facteurs, et un signal sera déclenché avec beaucoup
moins de cytokines présentes. C'est donc que l'on a une plus grande affinité des cytokines avec leur
récepteur, et pourtant, une cytokine pourra être captée par plusieurs récepteurs et un récepteur pourra
recevoir plusieurs ligands différents. De plus, le récepteur des cytokines fonctionne de manière un
peu différente que les récepteurs des autres facteurs de croissance.
2) Les récepteurs des facteurs diffusibles
Une fois les ligands fixés sur leur récepteurs, on peut se demander comment sera transduit le
signal et quels seront les facteurs mis en jeu selon les différents types de récepteurs.
a) Les récepteurs enzymes
Ces récepteurs concernent les EGF et les FGF notamment, et ce sont toujours des récepteurs à
activité tyrosine kinase, et la 1e réaction qui fera suite à la fixation du ligand sera donc une
phosphorylation.
On va prendre l'exemple du récepteur à EGF : le
domaine extracellulaire est l'extrémité N-terminale et il
va capter le ligand. Cette fixation va entraîner une
modification tridimensionnelle du domaine
cytoplasmique, mais cela n'est possible que si on a une
oligomérisation des récepteurs (ou au moins une
dimérisation). C'est donc que l'association de plusieurs
récepteurs ayant fixés leur ligand est essentielle à la
transduction. Cela est dû au fait que les ligands sont
présentés aux récepteurs par petits groupes, et on aura autant de récepteurs de que ligands qui se
regrouperont.
On aboutit alors, côté cytoplasme, à l'activation croisée ou à l'auto-activation des 2 récepteurs,
qui subissent donc une véritable synergie. On aura alors phosphorylation d'un certain nombre de
résidus tyrosine au niveau du site catalytique du récepteur, grâce à son activité tyrosine kinase
propre. Ces tyrosines phosphorylées sont ensuite la cible d'un certain nombre de molécules rentrant
dans les mécanismes de transduction.
Ce seront des molécules effectrices provoquant une réaction ou des molécules adaptatrices qui
ne serviront que d'intermédiaires. Dans les 2 cas, ces molécules reconnaissent spécifiquement les
tyrosines phosphorylées, grâce à des domaines particuliers que l'on appelle PTS (phospho tyrosine
binding) et Sh2. On aura alors déclenchement de 3 voies principales :
• La voie de la PLCγ : la PLCγ est activée par fixation aux tyrosines phosphorylées des sites
cytoplasmiques des récepteurs. C'est une molécule accrochée dans l'hémi-membrane interne, et elle
est capable de dégrader les phospholipides membranaires, et notamment le PIP2, qui se transforme
en IP3 et en DG. L'IP3 est relargué dans le cytoplasme, et il provoque la libération massive de Ca2+
piégé initialement dans le RE : la concentration en Ca2+ va donc fortement augmenter, et le pH va
alors être diminué. C'est une réaction physiologique , mais le Ca2+ active des pompes à protons pour
rééquilibrer le pH et les concentrations des différents ions avec l'extérieur. Le Ca2+ va également
aller activer des kinases spécifiques, comme la calmoduline kinase.
Le DG, quant à lui, va activer une autre série de molécules, à commencer par la PKC, qui est
une sérine-thréonine kinase. Elle va elle-même aller phosphoryler d'autres molécules qui seront
constitutives de la cellule ou bien d'autres kinases. Parfois, on peut arriver à la phosphorylation d'un
facteur qui ira modifier la transcription d'un gène.
Finalement, l'activation primaire de la PLC par le contact avec un récepteur ayant fixé son
ligand va permettre une réponse physiologique mais aussi toute une cascade de phosphorylations.
• La voie des MAP kinases (mitogen activating protein kinase) : c'est une voie centrale de la
transduction, et la plupart des signaux passent par cette voie. Cependant, il existe de très nombreuses
voies des MAP kinases, mais elles fonctionnent toutes de la même manière, donc on n'en étudiera
qu'une. Au départ, on a fixation d'une molécule adaptatrice sur les tyrosines phosphorylées : c'est ici
Grb2, qui possède un domaine Sh2 et un domaine de reconnaissance à SOS qui s'appelle Sh3, et qui
reconnaît les séquences riches en proline. SOS n'a rien à voir avec le système de correction de
mutation dans les cellules, mais elle appartient à la famille des GEF (guanosine exchange factor).
Grâce aux GEF, on peut avoir échange d'un GDP contre un GTP afin d'activer une GTPase.
SOS va en fait fixer une GTPase, la Ras (poids moléculaire de 21 kDa), qui est en fait une petite
protéine G. SOS est essentielle à l'activation de la molécule, et une fois l'échange fait, Ras pourra
intervenir avec Raf, qui sera ainsi activée (mais par simple interaction : on n'a pas de
phosphorylation à cette étape).
Raf est une MAP kinase de type sérine-thréonine kinase : elle va phosphoryler d'autres kinases
en cascade, et on la nomme souvent par le terme MAP kinase-kinase-kinase. Elle va en 1e
phosphoryler MEK (c'est une MAP kinase-kinase) qui va elle-même phosphoryler ERK (qui est une
MAP kinase). ERK pourra alors passer dans le noyau afin de phosphoryler des facteurs de
transcription, qui inhiberont ou activeront des gènes de 2 catégories :
- des gènes précoces qui codent pour d'autres facteurs de transcription
- des gènes tardifs qui codent pour des facteurs régulant le cycle cellulaire (comme les
cyclines par exemple).
On sait qu'une cellule reçoit des milliards d'informations en même temps, et elle doit être
capable de les traiter tous. Cependant, elle n'interprètera au final tous ces signaux comme une seuls
action, qui sera soit l'apoptose, soit la division, soit la différenciation. Pour cela, tous les signaux
doivent être correctement intégrés, et le plus souvent, la voie des MAP kinases sera majoritaire.
• La voie de la PI3 kinase : cette enzyme est capable d'hydrolyser les phosphatidyl inositol
membranaires, et elle va reconnaître en 1e lieu les tyrosines phosphorylées grâce à ses sites Sh2 et
PTB. On a alors activation de la PI3 kinase, qui métabolisera tous les phospho-inositol
membranaires. Par exemple, la PIP3 va interagir avec RacGEF, qui permet d'activer Rac par échange
d'un GDP par un GTP.
RacGTP, par des cascades indirectes, va intervenir sur les composants des filaments d'actine
(actine et Gelsolin). Si les filaments sont coiffés par Gelsolin, alors on n'a plus aucune dynamique
car la polymérisation d'actine est impossible. Par contre, RacGTP est capable de lever cette coiffe
donc la réponse à la PI3 kinase permet de rétablir la dynamique cytosquelettique et donc d'adapter la
forme de la cellule à la division cellulaire. Cependant, la PI3 kinase va également provoquer des
cascades de phosphorylations qui peuvent aboutir à la voie des MAP kinases. Finalement, on vient
de décrire 3 voies qui ont apparemment chacune un rôle bien précis, mais en réalité, chacune de ces
voies peut intervenir de nombreuses manières différentes suite à la fixation d'un seul et même ligand
(elles n'ont pas une action spécifique).
-Rm- A la fin de la mitose, les cellules sont plus ou moins rondes, mais en fin de G1, on
observe que les cellules s'étalent sur le support en formant des expansions cytoplasmiques assez
larges. En phase S, les cellules sont très étalées, et elles sont de taille beaucoup plus importante qu'en
G1. En phase G2, la cellule commence à se circulariser pour se préparer à la mitose, mais on a
émission de très nombreux filaments très fins. Les changements de forme de la cellule grâce à
l'intervention du cytosquelette paraît donc essentielle dans le cycle cellulaire.
On connaît actuellement 3 petites protéines G qui interviennent toutes les 3 sur le
cytosquelette: ce sont Rho, Rac et Cdc 42, mais les actions sont tout de même différentes :
- Rac permet l'extension des filaments d'actine par polymérisation : les filaments d'actine
vont alors s'étaler comme un éventail, et le cytoplasme forme une espèce de lamelle. Pendant ce
stade, la cellule est alors appelée lamellipode.
- Cdc 42 permet la formation de pseudopodes et de filipodes, qui sont des extensions
cytoplasmiques très fines observées notamment en G2.
- Rho assure la formation des fibres de stress : les filaments d'actine s'associent pour former
de gros barreaux. Il vont alors entrer en contact avec la myosine, et ils vont alors provoquer des
contractions de la cellule (alors qu'on n'est pas dans la cellule musculaire). Quand la cellule est en
quiescence, les fibres de stress permettent de consolider la structure de la cellule en attendant de
recevoir des informations sur son devenir. Cela permet de lutter contre les contraintes mécaniques
auxquelles elles sont exposées (passage du sang, contraction d'un muscle…).
Les récepteurs de TGFβ sont des récepteurs à activité sérine-thréonine kinase, donc la fixation
du ligand va directement provoquer une phosphorylation des facteurs de transcription, et on aura
donc beaucoup moins d'intermédiaires…
b) Les récepteurs non enzymes
Ils concernent notamment les cytokines, et ils sont toujours basés sur un même modèle
comprenant un domaine cytoplasmique, un domaine membranaire et un domaine extracellulaire. De
temps en temps, ces récepteurs seront constitués par plusieurs sous-unités, mais elles seront toujours
sur le même modèle de base. Si on a 2 sous-unités, alors l'une d'elle sera commune à toutes les
cytokines et l'autre sera spécifique d'une molécule.
Par exemple, le récepteur de LIF est
constitué par 2 sous-unité dont l'une seulement
est spécifique. LE récepteur d'OM est
constitué par 3 sous-unités, dont 2 sont les
mêmes que pour LIF : on a donc un certain
laxisme dans la reconnaissance des cytokines,
puisque le récepteur d'OM peut également
reconnaître LIF. C'est une des grande
particularités des récepteurs des cytokines.
De plus, ces récepteurs déclenchent des voies de transduction par association avec des
protéines kinases (puisque le récepteur lu-même n'a pas d'activité enzymatique propre). Lors de la
fixation du ligand, on observe des phénomènes d'oligomérisation, et sur la partie cytoplasmique du
récepteur, on retrouve des motifs particuliers sur lesquels viennent se fixer les JAK (Janus kinase).
Les JAK vont donc se retrouver en concentration assez importante dans une zone précise, après
rassemblement des récepteurs. Elles pourront alors s'auto-activer ou bien s'activer de manière
croisée, comme pour les récepteurs à EGF. Elles pourront alors phosphoryler les tyrosines du
domaine cytoplasmique du récepteur.
Les tyrosines phosphorylées seront la cible des protéines STAT qui possèdent en effet un
domaine Sh2. JAK sera alors capable de phosphoryler STAT, qui se détachera du récepteur auquel
elle était associé. On assiste alors à la dimérisation des STAT phosphorylées, et ce dimère migre
dans le noyau : il y joue directement le rôle de facteur de transcription et se fixe sur des gènes pour
les réguler positivement ou négativement.. On a donc une différence avec la voie des MAP kinases,
puisque dans ce cas, ERK était une kinase qui phosphorylait un facteur de transcription, alors qu'ici,
on a directement le facteur de transcription.
C'est la voie de base de la transduction du
signal des cytokines, mais on peut également
avoir élaboration des voies vues précédemment,
puisqu'on a encore des tyrosines phosphorylées
(donc on pourra activer la voie des MAP kinases
par exemple).
Src, que l'on trouve principalement dans le sarcome de Roux des oiseaux, pourra également
intervenir : c'est un oncogène de type tyrosine kinase. On y trouve un domaine I à activité tyrosine
kinase, un domaine II de reconnaissance aux tyrosines phosphorylées et un domaine III de
reconnaissance des séquences riches en proline. C'est à cause de ces propriétés de Src que l'on dit
que Grb2 possède un domaine Sh2 (Sarc homology pour le domaine II) et Sh3 (Sarc homology pour
le domaine III).
Src est donc elle-même une tyrosine kinase : quand elle s'accroche à un récepteur et qu'il est
présent en concentration suffisante, on aura un phénomène d'auto-activation de Src. Or, Src va
phosphoryler ShC sur des tyrosines, et on pourra alors par exemple avoir fixation de Grb2 sur ces
tyrosines phosphorylées de ShC. Finalement, Grb2 pourra intervenir soit en se fixant directement sur
les tyrosines phosphorylées de Src, soit avec un intermédiaire en se fixant sur les tyrosines
phsophorylées de ShC. Ce phénomène d'intermédiaire peut paraître inutile, mais c'est en fait un
agent de transduction commun à différents récepteurs, et il sert de lien entre les différentes voies.
c) Les récepteurs à 7 domaines trans-membranaires
Ce sont des récepteurs qui sont toujours couplés à des protéines G, et on les appelle parfois
serpentins, du fait de leur forme contournée. C'est la plus grande famille de récepteurs, puisqu'ils
représentent 80% de tous les récepteurs. C'est une famille multigénique très importante dont tous les
représentants dérivent d'un ancêtre communs.
Les ligands sont multiples, d'autant qu'on retrouve ce type de récepteurs notamment dans toutes
les cellules sensorielles : ce seront les photons pour la rétine, du Ca2+, de petites molécules
aromatiques, des amines, des neuromédiateurs (adrénaline par exemple), mais aussi des protéines
(FSH, LH…).
Les ligands sont toujours captés par les 3 boucles extracellulaires qui forment des poches
capables de les fixer, mais ces poches seront évidemment différentes pour tous les types de ligands.
La 3e boucle intracellulaire possède une particularité : elle est capable d'interagir avec une protéine
G, qui est un trimère de grande taille.
Ces protéines G ont toujours une activité GTPasique, et chacune des 3 sous-unités α, β et γ
sont très variables (il existe plus de 10 sous-unités α différentes). La protéine G est globalement
représentée par le trimère αβγ, et elle possède un cycle d'activité assez complexe.
Le trimère αβγ est un complexe assez instable, mais la fixation de GTP sur la sous-unité α va
permettre l'individualisation de α-GTP par rapport aux 2 autres sous-unités qui restent associées. αGTP est une molécule active, et elle va hydrolyser le GTP en GDP + Pi : l'ensemble α-GDP pourra
alors se réassocier avec βγ, mais cet ensemble est inactif. L'interaction de βγα-GDP et du récepteur
activé va provoquer le relargage du GDP, donc on se retrouve de nouveau avec le trimère αβγ
instable.
On trouve des effecteurs spécifiques des 2 grandes sous-unités de protéines G :
- les molécules effectrices d'α-GTP sont très variables, mais on trouve parmi elles l'adénylate
cylase (ou adénilyl cyclase), qui permet la transformation de l'ATP en AMPc. L'AMPc va provoquer
l'activation notamment de PKA, qui est une sérine-thréonine kinase. On pourra donc avoir activation
des voies vues précédemment. Certaines sous-unités α-GTP seront inhibitrices (αi) alors que d'autres
seront activatrices (αs) de l'adénylate cyclase.
- les molécules effectrices de βγ sont des kinases, des phospholipases… donc on peut avoir
déclenchement des mêmes voies…
Les récepteurs à 7 domaines trans-membranaires ne se retrouvent pas que dans les cellules
sensorielles, et ils pourront pas exemple intervenir dans la régulation de la prolifération et de la
différenciation cellulaire, en provoquant l'activation des voies des MAP kinases.
Finalement, à partir des 3 voies différentes des 3 types de récepteurs, on aboutit toujours à un
aspect proliférateur, mitogène, et on a donc convergence des différents facteurs par les voies qu'ils
enclenchent. On pourra alors avoir synthèse de facteurs régulant le cycle cellulaire…
Cependant, toutes les activations passent toujours par des phosphorylations, donc il va exister
des batteries de phosphatases dans la membrane, le cytoplasme… Cela permet de rétablir le stock de
molécules non phosphorylées et donc activables, et cela permet également d'arrêter la transduction
des signaux. Cependant, dans tous les processus physiologiques, on trouve toujours les 2 voies
antagonistes qui fonctionnent en même temps : ainsi, TGFβ s'oppose aux facteurs FGF, et ils
interviennent en même temps. Le récepteur de TGFβ a une activité sérine-thréonine kinase, et il
permet la synthèse de facteurs limitant la mitose.
Si le récepteur à EGF ou FGF est mutée de manière constitutive en "gain de fonction", alors la
régulation de la voie des MAP kinases ne se fera plus, et le récepteur est devenu un oncogène. De la
même manière, si Ras est toujours actif par mutation, il provoquera une prolifération permanente, et
il sera donc un oncogène. Or, la présence de Ras est normale dans la cellule, et se fonction
également, donc ces molécules ne deviennent oncogènes que par mutation et pour cela, on les
appelle proto-oncogènes (ce ne sont pas des molécules nouvelles).
A l'opposé, TGFβ permet la synthèse d'anti-oncogènes, également appelés suppresseurs de
tumeur, comme le pRB (rétinoblastome). Grâce à son récepteur, TGFβ permet l'expression de ces
facteurs, qui empêcheront alors les cellules de rentrer dans le cycle cellulaire. En phase G1, il existe
un point de restriction, car si les cellules rentrent en phase S, alors elles se diviseront forcément.
Ainsi, pRB bloque les cellules dans ce point de restriction et cela permet d'éviter la prolifération de
cellules mutées sur un gène important, en attendant que ce gène soit réparé. Parfois, malgré la
présence de pRB, les mutations sont transmises aux cellules filles. Si les suppresseurs de tumeurs
sont mutés "perte de fonction", alors on aura levée du frein de la prolifération, et on aboutit au même
effet que la mutation "gain de fonction" des facteurs mitogènes.
On a donc toujours opposition de ces 2 voies antagonistes pour assurer une prolifération
normale des cellule. Ce sera en fait le facteur le plus présent qui dominera, et on aura donc
prolifération ou quiescence…
3) Les facteurs matriciels
Les facteurs diffusibles ne sont pas les seuls à intervenir dans la régulation du cycle cellulaire
et dans la différenciation : en effet, les signaux provenant de la matrice extracellulaire et de autres
cellules vont également intervenir. Si un seul des signaux vise à limiter la prolifération alors que les
2 autres l'activent, alors on n'aura pas de prolifération. Ce seront les SAM (substrate adhesion
molecules) qui interviendront le plus dans la transmission de ces signaux matriciels.
On sait que dans tous les organes, on retrouve des épithéliums bien organisés, reposant sur un
assise cellulaire mal organisée, appelé mésenchyme (= tissu conjonctif). Ces 2 types d'assises
cellulaires sont fondamentales et le développement correct de l'organe nécessite des interactions
entre les 2. Le tissu conjonctif est ainsi garant de la formation et du maintien de l'état différencié d'un
organe. Entre tissu conjonctif et épithélium, on a établissement de communications par des signaux
diffusifs, mais il existe également une interface : le tissu conjonctif synthétise un support matriciel
qui supporte l'épithélium et qui sera essentiel à la signalisation. Cette matrice extracellulaire en fait
être synthétisée à la fois par la matrice extracellulaire et par l'épithélium, formant ainsi la lame
basale.
Dans certains organes, la matrice extracellulaire peut être consolidée : ainsi les ostéoblastes
vont minéraliser cette matrice pour la transformer en os, et les chondroblastes en cartilage plus mou.
Pendant longtemps, on a donc pensé que la matrice extracellulaire n'avait qu'un rôle de soutien et de
support, mais sans matrice, une cellule est incapable de se diviser, se différencier ou même rentrer en
apoptose. Une cellule métastatique maligne s'est affranchie de cette matrice et de ses signaux, et c'est
pour cela que les divisions deviennent anarchiques. On va donc retrouver ce tissu conjonctif dans
tous les organes : dans la peau, c'est le derme qui est responsable de sa synthèse, et il permet
d'assurer le bon maintien de la peau (avec l'âge, il se fragilise et on a apparition des rides). Dans un
muscles, on va de la même manière retrouver un tissu conjonctif et une lame basale à la périphérie,
et ils permettent à la fois de soutenir le muscle et d'assurer sa solidité comme toutes les
communications nécessaires à son fonctionnement.
On va étudier les composants de la matrice extracellulaires car on ne va les retrouver que dans
ce type de tissu. Cependant, ces composants peuvent varier selon l'organe étudié et même selon l'âge
de l'individu, donc il est difficile d'établir une matrice type. Mais chaque type de matrice permet de
définir l'état de différenciation, mais aussi l'état de fonctionnement de la cellule (division,
différenciation et apoptose). La matrice extracellulaire est donc un tissu qui évolue en permanence,
et on va y retrouver de nombreuses molécules plus ou moins différentes. Elle aura alors de très
nombreux rôles : ségrégation des tissus, dispersion et migration des cellules… Elle va également
jouer un rôle dans la transmission de signaux, et elle sera donc essentielle au bon fonctionnement de
l'organisme.
Les composants de la lame basale sont fixes, mais comme ils sont toujours caractéristiques de
la matrice extracellulaire, c'est eux que l'on va décrire. Les êtres pluricellulaires les plus simples
(Spongiaires) synthétisaient déjà une matrice extracellulaire, et elle sera donc caractéristique des
organismes complexes, formés par des organes : sans matrice, un homme ne serait qu'un tas de
cellules indifférenciées. L'apparition de la pluricellularité a nécessité la formation de la matrice
extracellulaire, et elle est synthétisée dès le stade 2 cellules. Au départ, on ne retrouve que le tissu
conjonctif et pas encore la lame basale, mais la complexification s'installe au fur et à mesure du
développement et de la croissance (Rm : les végétaux n'ont pas de matrice extracellulaire et le
maintien de l'organisme est assuré par d'autres types de molécules).
La lame basale est constituée par plusieurs éléments dont le collagène de type IV, la laminine
et la fibronectine.
a) Le collagène
Le collagène de type IV appartient à la superfamille des collagènes, que l'on retrouve dans
toutes les matrices extracellulaires, mais le type IV est spécifique à la lame basale. Les collagènes
représentent de 60 à 70% des protéines qui nous constituent et ils jouent un rôle fondamental dans la
structuration de l'organisme. Ils seront fibrillaires dans les os et les cartilages par exemple, et
amorphes dans la lame basale.
Tous les collagènes ont des caractéristiques en commun : ils sont constitués de 3 chaînes α
s'enroulant en hélice, et chaque chaîne α est constitué par la répétition n fois de la courte séquence
d'acides aminés Gly-X-Y (et X et Y sont souvent de la proline ou de l'hydroxyproline).
Les collagènes de type I, II et III sont de nature fibrillaire, et les chaînes α qui les constituent
seront identiques ou différentes, pour former ainsi des homo ou des hétérotrimères. On a pu constaté
que les chaînes α sont caractéristiques de chacun des 3 types de collagènes fibrillaires, mais on a une
certaine variabilité dans ces chaînes α : ainsi on aura des chaînes α1, α2, α3 du collagènes de type I
par exemple. Chaque chaîne α est codée par des gènes différents qui sont tous dérivés d'un gène
ancestral par duplication et mutation. On pourra donc obtenir de nombreux collagènes de type I avec
les 7 ou 8 chaînes α différentes, mais les phénomènes sont les mêmes pour les collagènes II et III.
Les 3 chaînes α de collagènes vont s'associer pour former une triple hélice compacte, puis cette
dernière va subir de nombreuses modifications : excision partielle des extrémités N et C-terminale,
ajout de molécules…
Les molécules ainsi obtenues vont alors s'associer de manière très particulière : on a formation
de fibres qui confèrent à la matrice extracellulaire une structure assez solide.
Le collagène de type IV spécifique de la
lame basale est lui aussi formé de l'association
de 3 chaînes α identiques ou différentes, et il
est de grande taille puisqu'une molécule fait
en moyenne 400 nm. Leur séquence peut
différer de la séquence habituelle : en effet, on
peut observer des ruptures dans la séquence
Gly-X-Y. La molécule de collagène va alors
présenter des coudes au niveau de ces
ruptures, et la triple hélice de collagène sera
donc beaucoup moins rigide : c'est pour cela
que l'on dit le collagène de type IV amorphe.
La famille des collagènes est de type
multigénique, et tous les collagènes seront
constitués par un domaine collagénique en
hélice et un domaine non collagénique aux
extrémités. Ainsi, le collagène de type IV est
synthétisé sous forme de précurseur et les
extrémités N et C-terminales seront en partie
excisées.
A l'extrémité C-terminale, on retrouve
une séquence d'acides aminés riches en
cystéines, ce qui permet l'établissement de
nombreux ponts disulfure et on obtient donc
une zone globuleuse. A l'extrémité Nterminale, appelée aussi 7S, les 3 chaînes α ne
s'associent pas en hélice, donc on a une zone
un peu plus linéaire. Les différentes molécules
de collagène vont s'associer en résille assez
souple mais très solide : la lame basale sera donc résistante mais souple. Les molécules de
collagènes pourront ensuite interagir avec les autres molécules de la lame basale.
b) La laminine
C'est un constituant spécifique de la lame basale, alors qu'on pouvait retrouver le collagène un
peu partout. C'est une petite famille multigénique mais toutes les laminines qu'on y trouvent restent
spécifiques. Les molécules de laminine sont des trimères de grande taille (900 kDa), et elles sont
constituées de 3 sous-unités (α, β et γ) qui s'organisent en croix. La chaîne α est la plus centrale, et
les sous-unités β et γ vont s'enrouler autour de α, mais de façon très différente de celle des
collagènes.
Chaque sous-unité est constituée par des domaines globulaires et des domaines linéaires, qui
ont des fonctions différentes : ainsi les domaines globulaires de β et γ permettent la formation de
polymère. En effet, les laminines sont des molécules capables de s'auto-organiser en réseau, et cela
n'est possible que grâce à ces 2 extrémités globulaires. Le réseau ainsi formé est élastique, et on y
observe la juxtaposition de nombreux hexagones formés par les différents molécules. Il pourra alors
interagir avec la résille de collagène de type IV. De la même manière, l'extrémité C-terminale de la
chaîne α assure l'interaction avec une molécule transmembranaire des cellules (assure l'accrochage
des cellules sur la lame basale), alors que d'autres domaines assurent la fixation avec les autres
composants de la lame basale.
Grâce à la multigénicité, on pourra retrouver différents types de laminine, et chacune sera plus
ou moins spécifique d'un organe (ainsi la mérosine est caractéristique des muscles…).
c) La fibronectine
Ce n'est pas un constituant exclusif de la lame basale, contrairement à la laminine et au
collagène de type IV, et on pourra le retrouver dans le sérum où il joue un rôle dans la coagulation.
On peut également retrouver la fibronectine dans toutes les matrices extracellulaires. La fibronectine
est une des molécules les plus présentes dans la lame basale et elle y joue un rôle essentiel,
notamment dans la prolifération cellulaire. Les fibronectines sont des homodimères et les 2 sousunités sont associées par un pont disulfure établi entre 2 cystéines.
La fibronectine n'appartient pas à une famille multigénique, mais on retrouve tout de même
plusieurs types de laminine grâce à un phénomène d'épissage alternatif. On y retrouvera toujours des
domaines qui assurent la liaison avec les autres molécules de la lame basale, et d'autres qui assurent
son rôle propre. Ainsi, le domaine I assure la fixation avec l'héparosulfate, le domaine II avec les
collagènes (de type IV dans la lame basale, de type I, II ou III dans les autres matrices). Par contre, il
n'existe jamais de domaines qui assure la formation d'un réseau de fibronectines.
d) Le perlecan
C'est un protéoglycane, cad une protéine carbo-hydratée : sur une protéine centrale on a
adjonction de chaînes d'acide hyaluronique (= dimères d'acide glucuronique et de NAG). On peut
retrouver d'autres types de protéoglycanes dans les autres matrices extracellulaires, mais le perlecan
est spécifique de la lame basale.
C'est une molécule de très grande taille car les différents carbohydrates sont capables de
s'associer les uns aux autres, et former ainsi des volumes nécessaires au bon développement de
l'organisme.
La protéine support (= Core) du perlecan a une apparence de colliers de perle, et ce monomène
est déjà de grande taille. Elle s'associe alors avec 3 molécules d'héparan-sulfate, et la structure ainsi
formée jour un rôle essentiel dans la formation structuration de la lame basale.
e) Les autres molécules impliquées
On va retrouver encore de nombreuses petites molécules qui assurent la solidité de la lame
basale : c'est le cas du nidogène, de l'entactine… Toutes ces molécules assurent la fixation des
différentes molécules constitutives entres elles mais aussi des cellules sur la lame basale via des
récepteurs membranaires particuliers. Cependant, on a une grande variabilité des molécules de la
lame basale, et on en trouvera donc plusieurs types légèrement différentes.
On peut remarquer que toutes les molécules de la lame basale présentent des domaines
particuliers, et ces différents domaines peuvent se retrouver dans des molécules non décrites dans la
lame basale. Les 25 à 30 domaines qui se répètent sont donc très conservés dans les processus
évolutifs, et on va les retrouver dans plusieurs molécules : ainsi dans la tenascine, on retrouve des
domaines de la laminine et de la fibronectine. Cela peut donc poser des problèmes si on veut
localiser des molécules de la lame basale par immunofluorescnece (car les Igs peuvent se fixer sur
d'autres molécules hors de la lame basale).
-Rm- Les domaines extracellulaires des récepteurs à FGF par exemple présentent tous des
boucles C2 (avec 2 cystéines). On peut tout à fait retrouver ces boucles C2 dans le perlecan et dans la
structure des Igs : on a donc appelé ces boucles les "Igs repeats", et elles permettent de reconnaître
d'autres molécules (ou d'autres cellules). Ces boucles permettent donc d'assurer la médiation des
communications entre cellules, et on dit que toutes les molécules possédant ces boucles
appartiennent à la superfamille des Igs.
4) Mode d'action des signaux matriciels
a) Les interactions avec l'épithélium
Les cellules des tissus sont capables d'interagir avec la lame basale grâce aux intégrines, qui
permettent de reconnaître les ligands non diffusibles de la matrice. Toutes les molécules de la lame
basale présentent des domaines d'interactions avec les intégrines, et notamment un tripeptide (ArgGly-Ac Asp = RGD) que l'on retrouve à chaque fois, en un ou plusieurs exemplaires. Le récepteur
des RGD est l'intégrine, et l'environnement du tripeptide va également intervenir dans la
reconnaissance.
Les intégrines sont des hétérodimères αβ, et elles possèdent plusieurs domaines :
- un domaine extracellulaire : c'est le dimère en entier qui va reconnaître les motifs RGD, et
les 2 sous-unités sont nécessaires à la reconnaissance. On va également trouver dans ce domaine des
sites de fixation du calcium et du magnésium, qui permettent l'ouverture des domaines α et β : on a
alors augmentation de l'affinité des intégrines pour les motifs RGD.
- un domaine transmembranaire : il permet simplement la fixation de la protéine dans la
membrane de la cellule.
- un domaine intracellulaire : pour la sous-unité α, ce domaine est très court puisqu'il ne fait
que quelques acides aminés alors que pour la sous-unité β, il fait 45 acides aminés environ. C'est la
chaîne β qui interviendra dans la transduction du signal, mais la présence de α est nécessaire pour
cette transduction.
On s'est rendu compte qu'il existe un grand nombre de chaînes α et β, et le nombre de α est
même supérieur au nombre de β. On va donc créer des hétérodimères très varié avec ces 24 α et ces
9 β (mais on ne forme que 25 dimères différents…). Chaque type de dimère aura un ligand plus ou
moins spécifique de telle ou telle matrice : ainsi, le dimère α1-β1 a pour ligand principal la laminine,
mais i lest également capable de fixer le collagène.
Ce qui fera la différence entre collagène et laminine sera l'organisation spatiale de la chaîne
autour des domaines RGD, et c'est cela qui permettra de séparer les différentes interactions.
Cependant, certaines molécules de matrices au sens large pourront être reconnues par les intégrines :
cela permet la migration des cellules de la lame basale vers une matrice extracellulaire, et dans tous
les cas, les intégrines assurent l'accrochage de la cellule.
Certaines molécules de matrices peuvent être coupées et donner ainsi des domaines
individuels solubles qui seront toujours reconnus par les intégrines. Le signal qui sera transduit sera
alors différent, puisque l'environnement du RGD est différent. Les intégrines permettent de plus des
interactions et des reconnaissances cellule à cellule, et certains facteurs pathogènes (surtout virus)
vont détourner la fonction des intégrines puisqu'ils les utilisent pour se fixer sur la cellule.
b) Les signaux transduits
Au niveau du domaine intracellulaire, on peut avoir des interactions avec de nombreuses
molécules. La sous-unité α est incapable de transduire seule le signal, donc elle ne s'associe avec
aucune molécule. Par contre, β va interagir avec des molécules adaptatrices qui relient les intégrines
au cytosquelette d'actine, et on a donc établissement d'un lien entre l'architecture extracellulaire et
l'architecture intracellulaire. Finalement, les intégrines ont la capacité d'être des mécanorécepteurs,
et la forme de la cellule sera en relation avec le support sur lequel elle est accrochée.
Lorsque les cellules subissent une déformation par pression, alors les intégrines sont soumises
à des pressions importantes, puisqu'elle sont déformées. On va alors avoir des signaux vers le
cytosquelette, qui deviendra alors plus mou, et la cellule pourra se déformer. De la même manière,
un vaisseau sanguin, et surtout l'endothélium, est soumis à de fortes pressions par le passage du flux
sanguin : la pression va alors entraîner des signaux sur le cytosquelette, et on aura une réaction que
la variation de pression soit positive ou négative (on aura des signaux envoyés vers l'organisme pour
réguler la pression artérielle). Dans la myopathie de Duchesne, les intégrines des tissus musculaires
ne restent pas solidaires de la lame basale, et les cellules musculaires vont finir par se déchirer et les
muscles seront petit à petit lysés.
Si on change les molécules composant la matrice, alors les intégrines vont ressentir ce
changement. La cellule sera moins bien accrochée et on aura alors une réponse de la cellule : on dit
que l'on a une interaction outside-in. De la même manière, des facteurs de croissance peuvent
modifier le cytosquelette (via la protéine G Rho) : on aura alors dépolymérisation des filaments
d'actine, et la cellule va se décrocher, et les interactions sont ici de type inside-out. Finalement, les
intégrines sont capables de fonctionner dans les 2 sens, mais ce ne sera possible que grâce aux
molécules adaptatrices comme taline, vinculine et paxiline.
Les intégrines sont également associées à des molécules effectrices par la sous-unité β, et c'est
notamment le cas pour FAK (focal adhesion kinase), qui est le support de la signalisation via les
intégrines. Une cellule est capable de se fixer sur un support par des points d'adhérence plus ou
moins bien accrochés par les intégrines.
Si la fixation est de très bonne qualité, alors on parle de point focal, et ce type de point est
permis par une grande concentration d'intégrine en un point très précis de la membrane. Lorsque la
cellule rencontre une matrice sur laquelle elle doit se fixer, alors on assiste à un rassemblement des
intégrines qui étaient initialement dispersées : on a donc une réorganisation membranaire. Si la
cellule au contraire doit avancer car la matrice n'est pas la bonne, alors on n'a pas établissement de
point focaux, mais seulement de points d'adhérence.
Le FAK est une tyrosine kinase et elle va jouer un rôle central dans la transduction du signal.
Si on a un signal outside-in ou inside-out, alors les intégrines se regroupent : on aura alors
concentration des FAK (puisqu'elles sont accrochées aux intégrines) qui pourront s'auto-activer ou
s'activer mutuellement.
On aura alors déclenchement des voies que l'on a vu précédemment, d'autant que FAK est fixé
sur le cytosquelette. Par exemple, on peut avoir phosphorylation de la tyrosine 397, et cette tyrosine
phosphorylée sera le point de fixation de nombreuses molécules et notamment de Src. Src va alors
s'auto-activer puisqu'elle se retrouve concentrée en un point, et la voie des MAP-kinase sera
déclenchée.
On sait que FAK possède de très nombreuses
tyrosines, donc plusieurs voies pourront se
déclencher en même temps, et Src pourra même
aller phosphoryler les autres tyrosines de FAK.
Selon al voie stimulée, on aura différentes réactions
:
- par la voie des MAP-kinases, on aura une
action sur la prolifération
- par la protéine G Rho, on aura une action
sur le cytosquelette et donc sur la forme
- par la PI3-kinase, on pourra avoir
retardement de l'apoptose : si la cellule ne trouve
pas de matrice extracellulaire correcte, alors elle va
rentrer en apoptose, et la PI3 permet d'éviter ce
phénomène d'anoïkis.
Si une cellule rencontre une matrice
extracellulaire correcte, et notamment riche en
fibronectine, alors elle pourra modifie sa forme pour
ensuite se diviser. Par contre, si la matrice n'est pas
bonne, alors malgré les facteurs de croissance qui
permettent la prolifération, la cellule ne rentrera pas
en mitose. Grâce à d'autres voies que l'on n'a pas
décrit, on pourra même intervenir sur la traduction .
Finalement, une cellule donnée à un moment
donnée et dans un milieu donné devra intégrer un
grand nombre d'informations provenant de la
matrice et du milieu extracellulaire mais elle ne
devra produire qu'une seule réponse. Il existe
d'autres molécules effectrices que FAK, mais c'est
la FAK qui a le rôle le plus important et le plus
central.
c) Relation entre les facteurs matriciels et les facteurs de croissance
Il existe une grande synergie entre ces 2 types de facteurs, et aucun des 2 n'agira jamais seul.
On a vu que les récepteurs des facteurs de croissance doivent s'oligomériser ou au moins se
dimériser pour fonctionner, et cela ne peut se faire que par la présentation de plusieurs molécules de
facteurs de croissance en même temps. C'est la matrice extracellulaire et notamment les
protéoglycanes (au niveau des sucres) qui assurent cette double-présentation. Si une cellule veut
communiquer avec sa voisine (par exemple un fibroblaste avec une cellule épithéliale), alors les
informations devront forcément passer par la matrice. Or, les facteurs de croissance ont une durée de
vie très courte, mais la matrice, selon sa nature et la nature du facteur de croissance, pourra
augmenter ou diminuer cette durée de vie. Si la durée de vie est allongée, alors la matrice pourra
présenter les facteurs de croissance sous forme de dimère aux récepteurs, et les voies que l'on
connaît pourront se déclencher.
Finalement, la matrice est donc essentielle à la transduction des signaux de cellule à cellule
mais in vitro, on ne retrouve pas cette matrice. Pour contrer cette absence, on doit donc placer les
facteurs de croissance ne grande concentration afin que la probabilité que les facteurs soient
présentés en dimère soit grande. La matrice reste donc essentielle, et certains auteurs pensent même
que les facteurs de croissance n'auront aucune action sans cette matrice.
Les facteurs de croissance du type EGF et FGF, qui ont une action mitogène, s'opposent au
TGFβ, qui a une action anti-mitogène. Ces 2 types de facteurs activent de nombreuses voies, et
notamment la voie des MMK. Grâce à cette voie, on a transcription du facteur plasminogène
(= précurseur), et la plasmine pourra alors aller activer des molécules qui jouent un rôle essentiel
dans la conservation de la structure de la matrice, les MMK (matrix métallo-protéases). Ces enzymes
ont besoin d'un atome de zinc pour fonctionner, et elles pourront alors dégrader ou remodeler la
matrice. Finalement, les facteurs mitogènes assurent indirectement le maintien d'une structure
cohérente de la matrice.
A l'opposé, TGFβ assure la synthèse de TIMS ( tissular inhibitor metallo-protéase) : les
métallo-protéases ne pourront donc pas se retrouver sous une forme active, et la matrice ne sera pas
remodelée ni dégradée. Cela permet d'éviter la transformation d'une matrice qui supporte des cellules
déjà bien différenciées et qui n'ont pas besoin de se diviser (cas des entérocytes qui marchent bien et
qui n'ont pas besoin de changer de matrice).
Les facteurs oncogènes dans une cellule métastatique vont envoyer des messages vers les
autres cellules, ce qui induit la formation de métallo-protéases. Les cellules initialement normales
vont donc être isolées de la matrice et elles deviendront alors cancéreuses. Cependant, les métalloprotéases restent essentielles au remodelage de la matrice, puisqu'elles assurent le maintien des bons
signaux. Finalement, la synergie entre facteurs de croissance et facteurs matriciels est très étroite et
surtout essentielle au fonctionnement de l'organisme.
On a vu que certains virus utilisent les intégrines pour se fixer à la cellule : quelque soit le type
de récepteur (intégrine, aux facteurs de croissance…), il existe un moyen de les éliminer par le
phénomène d'endocytose. Grâce à l'internalisation des récepteurs, le signal va donc être arrêté, et on
aura soit recyclage (par exocytose) soit destruction. Les virus à ADN du type Papillome (mais le
phénomène est le même pour les bactéries de la peste) vont interagir avec les intégrines via des
protéines de surface. Cela provoque alors l'internalisation des intégrines et du virus accroché, et les
virus se retrouvent donc à l'intérieur de la cellule.
-Rm- Le virus du VIH est capable de reconnaître une molécule de surface des lymphocytes, et
si on a fixation alors l'individu sera séropositif. Pour rentrer dans la cellule, le virus utilise un
récepteur à 7 segments transmembranaire, et il pourra pénétrer dans le cellule par internalisation.
5) Signalisation cellulaire : l'adhérence cellule/cellule
On sait que les cellules normales, cad non cancéreuses, sont soumises à l'inhibition de contact.
Pour connaître mieux les types d'interactions qui se déroulent entre 2 cellules, Townes et Holfreter
ont réalisé une expérience sur des cellules embryonnaires. On prend 2 embryons de couleur
différentes : on met alors en présence un morceau d'ectoderme ventral (= épiblaste) de l'un et un
morceau de l'ectoderme ventral (= neuroblaste) de l'autre.
Ils ont alors dissocié les cellules et ont alors réalisé une culture in vitro dans un milieu nutritif.
Au bout d'un certain temps, les cellules commencent à s'organiser différemment selon leur origine :
on finit par obtenir une sphère au centre correspondant aux neuroblastes, entouré par une couronne
de cellules de l'ectoderme ventral. Les relations que l'on avait initialement dans l'embryon se
retrouvent donc dans cette culture, puisque les cellule du neuroblaste ont tendance à former un tube
(comme le tube neural), alors que les cellules de l'épiblaste forment un épithélium. C'est donc que les
cellules étaient déjà déterminées dans l'embryon, et on s'est alors demandé quelles sont les molécules
responsables de la reconnaissance et donc de l'adhérence cellule/cellule.
Les expériences qui ont mené à la connaissance des molécules d'adhérence ont en 1e été
réalisées par des immunologistes. En effet, on réalise des extraits membranaires co,ntenant encore
les protéines, et on injecte le tout à un lapin. Le système immunitaire va réagir et fabriquer des
anticorps dirigés vers ces protéines membranaires, et par analyse des anticorps, on a donc pu
connaître (entre autre) les protéines engagées dans la ségrégation cellulaire. En connaissant les
protéine,s on a alors pu remonter jusqu'au gène, et par homologie, on a pu mettre en évidence
plusieurs familles de protéines d'adhérence. On distingue principalement 2 grandes familles : les
CAM (cell adhesion molecules) et les cadhérines, que l'on regroupe sous le terme général de CAM
au sens large.
a) Les CAM au sens strict
D'une manière général, les CAM au sens large permettent de médier une reconnaissance
homophilique, qui assure la ségrégation d'un même type cellulaire : ainsi toutes les cellules de
l'épiblaste portent les mêmes CAM, et ces CAM seront différentes de celles portées par les cellules
du neuroblaste. En réalité, les CAM au sens large seront différentes dans chacun des territoires
présomptifs de l'embryon. Il existe cependant des cas particuliers car les CAM peuvent reconnaître
des molécules différentes, mais on n'en parlera pas ici.
On regroupe les CAM au sens strict dans une superfamille multigénique, et elles sont
constituées par plusieurs domaines différents. En plus des domaines intracellulaire et
transmembranires, on va trouver un domaine extracellulaire particulier. En effet, tous les domaines
extracellulaires présentent une structure semblable, et on y trouve notamment le domaine de la
fibronectine de type III. On trouve également des boucles C2 que l'on retrouve dans la molécule
support du perlecan, dans les Igs et dans les récepteurs à FGF : les CAM au ss appartiennent donc à
la superfamille des Igs.
Cette propriété est un peu étonnante car on sait que les Igs et les récepteurs aux facteurs de
croissance sont engagés dans la reconnaissance de molécules différentes d'eux-mêmes (non soi ou
ligand), alors que les CAM reconnaissent les molécules identiques à elles-mêmes. Dans les 2 cas on
a établissement d'une communications entre différentes cellules, mais les destinées sont très
différentes.
Dans la plaque neurale, on retrouve une sous-famille des CAM : ce sont les nCAM (n comme
neural car c'est là qu'on les a trouvé en 1e), mais on peut également les observer dans d'autres
organes. Globalement, on a 3 nCAM différentes, mais elles sont synthétisées à partir d'un seul gène
par épissage alternatif. On distingue 19 exons dans le gène, et selon le type d'épissage on obtiendra
l'une des 3 nCAM.
Les domaines extracellulaires de ces 3 protéines sont quasiment identiques, puisqu'on garde les
mêmes introns. Si on observe un épissage alternatif différent dans le domaine extracellulaire, alors
on va obtenir des nCAM musculaire, et plus des nCAM de la plaque neurale. Cependant, les
domaines transmembranaires et intracellulaires sont sujets à variation.
Ainsi, la nCAM 120 n'a quasiment plus que le domaine transmembranaire. A priori, on pourra
donc penser que la nCAM 120 est sécrétée, puisqu'elle ne possède plus aucun motif d'attache. En
réalité, on assiste à une modification post-traductionnelle de cette protéine par ajout d'une ancre GPI
(cf cours de trafic). La nCAM 120 pourra donc s'accrocher à la membrane via cette ancre GPI, mais
les phospholipases sont capables de cliver l'ancre. La nCAM 120 sera donc soit une molécule
d'adhérence, soit une molécule soluble : cela permet de jouer sur l'adhérence des cellule.
Les autres nCAM peuvent également subir des modifications post-traductionnelles comme la
sialitisation, cad l'ajout d'un acide polysialique (c'est un carbo-hydrate) sur la 1e boucle C2. Selon la
taille de l'acide, on va modifier l'adhérence des cellules, car si l'acide est de grande taille, alors il va
prendre beaucoup de place t les cellules auront du mal à interagir. A l'opposé, si on a peu d'acide
sialique, alors l'adhérence sera facilité et donc plus efficace.
Les nCAM polysialilées se retrouvent surtout pendant le développement embryonnaire, car les
mouvements cellulaires sont nécessaires et importants : même si les adhérences sont plus labiles,
elles existent tout de même. Chez l'adulte, on retrouve plutôt des nCAM peu sialilées car
l'accrochage des cellules soit être meilleur.
Après l'interaction et l'accrochage de 2 CAM semblables, on s'est rendu compte que l'on avait
émission d'un signal. Cependant, les CAM seules sont incapables de transduire un signal par leur
domaine cytoplasmique : on pense en réalité que les CAM interviennent comme des co-facteurs qui
inhibent ou activent des récepteurs, qui déclencheront eux-même le signal.
L'existence des territoires présomptifs de l'embryon nécessite forcément la présence des CAM,
mais chez les adultes, on s'est rendu compte que leur rôle était différent. En effet, si on mute une
souris au niveau des nCAM, alors l'apprentissage est plus difficile, et cela signifie donc que la
mémorisation nécessite une bonne adhérence des cellules neurales. Chez l'homme, on relie souvent
la schizophrénie à une mauvaise adhésion des cellules entre elles, phénomène provoqué par une
mauvaise expression des CAM.
On ne connaît pas encore le mode d'action des CAM, mais ce qu'on sait, c'est que les CAM
sont importantes et surtout très variées. On en retrouve plusieurs dans le SN, et certaines CAM sont
essentielles aux réactions immunitaires : en effet, les molécules comme CD4, CD8, CD22 et les TCR
sont des CAM. Ce sera d'ailleurs sur CD8 que s'accrochera le virus du VIH pour pénétrer dans les
cellules.
b) Les cadhérines
Ce sont des protéines transmembranaires, et on retrouve dans leur domaine extracellulaire des
zones permettant la fixation de calcium, et la reconnaissance homophilique.
On peut retrouver ces cadhérines dans
tous les organes, et elles appartiennent à une
famille multigénique dérivée d'un seul gène
ancestral (on a pu reconstituer l'arbre
phylogénétique).
Globalement toutes les cadhérines ont un fonctionnement identiques, et on va donc étudier
l'uvomoruline (= cadhérine E de l'épithélium). Le locus génique de la cadhérine E est assez grand, et
par épissage alternatif, on peut obtenir différentes molécules et notamment l'uvomoruline et la
LCAM, qui n'est pas une CAM au ss.
Dans les 4 molécules obtenues, on peut trouver 4 boucles de fixation du Ca2+, et elles sont
d'ailleurs relativement conservées puisqu'elles jouent un rôle très important dans la reconnaissance
de 2 cadhérines.
Les cadhérines vont jouer un rôle dans la signalisation mécanique mais aussi dans la
signalisation tout court. La cadhérine E a été mise en évidence dès le stade 2 cellules, et elle
intervient tout de suite dans les phénomènes d'adhérences. Dans l'évolution, c'est également une
molécule qui est apparue très tôt. Si on mute le gène de la cadhérine e, alors on pourra difficilement
arriver au stade morula, et on n'ira jamais plus loin dans le développement : c'est de cette propriété
que vient le nom d'uvomoruline.
La cadhérine E prend un rôle très important après le stade morula, puisqu'elle permet la
formation des épithéliums. Si la concentration en Ca2+ est suffisante, alors les cadhérines e ont
pouvoir interagir entre elles et si 2 cellules se rencontrent, elles vont se regrouper en un point
particulier (c'est donc le même mécanisme que pour les points focaux). On a alors établissement de
points de contact, et généralement, plusieurs cellules vont interagir de la même manière pour former
un épithélium.
De plus, les cadhérines sont reliées par plusieurs molécules intermédiaires au cytosquelette
d'actine : le regroupement des cadhérine va donc assurer la modification de la forme des cellules. Le
domino de molécules qui s'établit ressemble fortement à celui qui s'établit dans les interactions
cellule/matrice. Parmi ces molécules, on trouve la famille des caténines : la caténine β va s'accrocher
à la cadhérine, ce qui permet la fixation de la caténine γ et de la caténine α, cette dernière pouvant
alors interagir avec le cytosquelette. On aura donc un line entre les cytosquelettes des cellules
voisines, ce qui assure la solidité des épithélium. On a en réalité un rassemblement des cadhérines
dans un certain niveau de la cellule, et cela forme la ceinture d'adhérence.
Quand 2 cadhérines interagissent, on modifie la conformation du domaine intracellulaire, ce
qui permet la fixation des différentes caténines. Ces dernières peuvent interagir avec des petites
protéines G comme CDC42, Rho et Rac, et la réaction du cytosquelette se fera soit par intervention
sur ces protéines G, soit par intervention des cadhérines (signal inside-out ou outside-in comme pour
les interactions cellule/matrice)…
Si les cellules doivent se diviser, alors les liens établis entre les cellules vont devoir se couper.
C'est d'ailleurs ce qui caractérise les cellules tumorales, puisqu'elles n'ont plus de liens avec leurs
voisines : on n'a plus cette inhibition de contact et les divisions seront anarchiques.
Par activation d'un récepteur d'un facteur de croissance, on peut phosphoryler de nombreuses
molécules, et notamment la β-caténine et les cadhérines. La sous-unité β phosphorylée va alors être
relarguée dans le cytoplasme, et la solidité de la ceinture d'adhérence va être fragilisée. Si la synthèse
de β-caténine est suffisamment rapide, alors on pourra contrer rapidement et régulièrement cet effet.
Dans le cas contraire, on aura plusieurs destinées possibles pour la β-caténine :
- la β-caténine interagit avec l'APC (Adenomatous polyposis Coli), qui est une molécule
intervenant dans les polypes du colon. Si on a formation de ce complexe, alors la GSK3 (glycogène
synthase kinase) va phosphoryler la β-caténine sur une sérine ou une thréonine. La protéine APC est
un suppresseur de tumeur, car si elle est présente, alors la β-caténine multi-phosphorylée va être
dirigée vers les protéasomes.
- la β-caténine interagit avec LEF/TCF, qui est un complexe ternaire de transcription de la
famille des HMG (high mobility group). C'est une molécule qui interagit avec la structure de la
chromatine, et notamment des histones. Si on trouve des nucléasomes sur les séquences de
régulation des gène,s alors les HMG sont capables de les déplacer afin d'assurer la transcription du
gène, mais dans d'autres cas, si les nucléasomes laissent les séquences régulatrices libres, alors les
HMG peuvent les déplacer pour empêcher la transcription. Si la β-caténine interagit avec LEF/TCF,
alors le complexe ainsi formé peut passer dans le noyau et jouer le rôle de facteur de transcription.
De nombreux gènes seront ainsi activés (cas de la fibronectine, des métalloprotéases et des
oncogènes) ou inhibés (cas des cadhérines).
On a vu que certains facteurs de croissance sont capables de phosphoryler la β-caténine : si on
en trouve pas d'APC dans la cellule, alors on a formation d'un complexe avec LEF/TCF et on aura
donc une action sur la transcription des gènes. On a notamment synthèse de métalloprotéases qui
vont stabiliser la matrice, et les fibronectines nouvellement synthétisées iront la remplacer. Dans le
même temps, on a inhibition de la synthèse des cadhérines qui inhibaient elles-mêmes le cycle
cellulaire. La prolifération cellulaire n'est donc plus freinée, et les oncogènes vont même la booster.
On a donc un lien très étroit entre les facteurs de croissance, les interactions matrice/cellule et les
interactions cellule/cellule.
Si on avait eu la protéine APC dans le cytoplasme, alors on aurait eu une compétition entre
APC et LEF/TCF : si c'est le facteur LEF/TCF qui se fixe, alors on se retrouve dans le cas précédent,
mais si APC gagne, alors on n'aura pas d'activation d'oncogènes… On comprend donc pourquoi
APC est un facteur suppresseur de tumeur.
On a encore une autre situation : si c'est le signal du facteur de croissance qui l'emporte, alors
tout va s'inverser : les interactions cellule/matrice et cellule/cellule, initialement considérées comme
des garde-fous, vont être inhibées et on aura alors une prolifération cellulaire. On comprend là
encore que les cadhérines, si elles sont en grande quantité, vont agir comme des suppresseurs de
tumeur, puisqu'elles assurent une grande cohésion entre les cellules, et empêchent donc la division.
-Rm- Sous l'effet de substances type alcool, tabac…, une cellule peut commencer à se séparer
des autres cellules qui l'entouraient. La cellule alors individualisée pourra synthétiser des
métalloprotéases qui déstabilisent la lame basale, et éventuellement d'autres facteurs type FGF… Les
cellules voisines vont donc petit à petit être isolées de la matrice et des autres cellules, et elles
pourront alors devenir malignes, tout comme la 1e cellule envisagée.
Au bout d'un moment, il peut arriver que la lame basale soit tellement percée que les cellules
tumorales passent dans la matrice puis dans la circulation, et elles pourront ressortir dans d'autres
tissus. Là, ces cellules malignes pourront sécréter des métalloprotéases… et ainsi provoquer une
tumeur secondaire, appelée métastase.
Cependant, les cellules cancéreuses ont un métabolisme très différent des cellules normales, et
elles présentent donc à leur surface de nombreuses molécules différentes du soi : ces cellules seront
alors reconnues par les LT cytotoxiques, et elles pourront être détruites. Il existe un certain nombre
de garde-fous qui évitent la formation d'une tumeur cancéreuse, mais dans certains cas, les gardefous sont dépassés et le cancer va tout de même se développer. C'est notamment le cas si les cellules
cancéreuses se mettent à produire du VEGF, puisque la tumeur va alors être spécifiquement irriguée
par un vaisseau néoformé.
Dans certaines familles sujettes aux cancers du colon, on peut observer la formation de petits
adénomes (= polypes), qui sont des amas de cellules peu organisées. Si ces polypes contiennent des
cellules malignes, alors il y a une probabilité pour que l'adénome évolue en cancer, et c'est pourquoi
il faudra intervenir rapidement. C'est par ce phénomène que l'on a découvert l'APC…
En réalité, étudier le développement embryonnaire permettra de mieux comprendre les
différents processus moléculaires, et puisqu'une cellule cancéreuse résume très rapidement toute la
différenciation à l'envers, on pourra connaître le moyen de stopper l'évolution d'une tumeur.
c) Les autres molécules engagées dans l'adhérence cellulaire
En plus les CAM et des cadhérines, on peut avoir
établissement d'autres types de jonctions pour favoriser la
formation et le maintien des épithélium. Dès que 2 cellules se
rencontrent et qu'elles sont de même type, alors les CAM
assurent les 1e communications et les 1e points d'adhérence.
Ces cellules seront alors plus ou moins liées, et elles seront à
même d'établir d'autres types de jonctions comme les jonctions
serrées qui solidifieront l'épithélium. Ces jonctions sont
formées par des occludines côté extracellulaire, qui peuvent
interagir entre elles. De plus, elles sont capables de se lier à
ZO1 et ZO2 (occlusive zone), qui interagissent avec le
cytosquelette d'actine. On a pu remarquer que l'expression des
gènes codant pour les 2 ZO est directement liée à l'interaction
des cadhérines de 2 cellules différentes.
On peut également avoir mise en place de desmosomes,
formés par des desmocollines et des desmogléines, dérivées de
la famille des cadhérines. Dans le cytosquelette, on retrouve
des équivalents des caténines, sous la forme des
desmoplaquines et des plakoglobines. Finalement, un
desmosome ressemble fortement aux jonctions d'adhérence,
mais les plakoglobines et desmoplaquine interagissent avec les
filaments intermédiaires (kératine au niveau de la peau,
neurofilaments au niveau des neurones, desmine…). Les
desmosomes assurent donc une 2 solidification de
l'organisation épithéliale, car ils viennent soutenir le
cytosquelette d'actine.
Le dernier type de jonction est la GAP junction : elles est constituée de connexons, eux-mêmes
formés par 6 connexines. Les connexons de chaque cellule se retrouvent l'un en face de l'autre, et
forment ainsi de véritables passages entre 2 cellules. Cependant, les molécules susceptibles de passer
ne doivent pas dépasser 1 kDa, donc les protéines, les ARNm … ne pourront pas passer, alors que
les ions le peuvent.
Si une cellule reçoit un signal, alors on pourra éventuellement avoir activation de l'adénylate
cyclase si c'est la voie de la PLCγ qui est déclenchée. L'AMPc ainsi synthétisée est capable de passer
d'une cellule à l'autre : on n'a donc pas besoin d'activer par un facteur toutes les cellules d'un
épithélium, puisque l'information passe par les GAP junction. On retrouve le même phénomène dans
les cardimyocites : une seule zone du cœur est innervée, et la transmission de l'information de porche
en proche permettra une contraction simultanée de toutes les cellules du cœur. C'est enfin le cas des
muscles lisses de l'utérus : en temps normal, les cellules se contracter aléatoirement, mais grâce à
l'intervention d'hormones sur quelques cellules seulement et des GAP junction, elles pourront se
contracter en phase et assurer ainsi la sortie du bébé.