A) Généralités
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Séance 1 Généralités sur la cellule Méthodes d’études Stage de Pré-Rentrée 2013 Généralités sur la cellule De l’origine de la vie à la constitution de l’individu et la diversité cellulaire Diaporama réalisé par le TSN Sommaire I. Introduction en UE2 II. Apparition de la vie 1. Expérience de Miller et Urey 2. Les constituants biochimiques cellulaires 3. De la cellule œuf à l’individu III. La cellule eucaryote 1. Description générale 2. Théorie cellulaire IV. Les autres variétés cellulaires Introduction en UE 2 L’organisme peut être étudié au travers de deux dimensions étroitement liées: La structure (étude de la morphologie) La cytologie pour la cellule elle-même L’histologie pour les tissus que composent les cellules (anatomie microscopique) La fonction (étude des mécanismes) La biologie cellulaire qui allie structure et fonction pour étudier la cellule II. Apparition de la vie (1) 1. Expérience de Miller et Urey Simulation en laboratoire des conditions terrestres datant de quelques milliards d’années • Atmosphère dépourvue en oxygène • Décharge électrique simulant les éclairs Obtention de composés organiques soient les premières briques du vivant avec l’apparition future de l’ARN (puis de l’ADN) • Acides aminés • Sucres • Bases puriques et pyrimidiques II. Apparition de la vie (2) 2.Les constituants biochimiques cellulaires Eau 75% Substances minérales (ions: sodium, potassium, calcium…) 1% Substances organiques (« les briques ») 24% • Les glucides réserve énergétique, création des bases… • Les lipides (dont phospholipides) constitution des membranes, réserve, communication cellulaire… • Les acides aminés constitution des protéines (structure, enzyme…) • Les nucléotides constitution des acides nucléiques (ADN/ARN)… II. Apparition de la vie (3) 3.De la cellule œuf à l’individu Haploïdie: n Diploïdie: 2n Mitose: 2n->2n Méiose:2n->n 4Q->Q Fécondation: n+n->2n Embryologie et Histologie Biologie de la reproduction 2n n III. La cellule eucaryote (1) Cellule = plus petite quantité de matière vivante capable de subsister à l’état autonome et de se reproduire (20µm). Cellule eucaryote = possède un noyau renfermant le matériel génétique et une compartimentation membranaire en organites. Microfilaments d’actine Filaments intermédiaires Microtubules Organites membranaires Organites filamenteux Organites granulaires III. La cellule eucaryote (2) 1.Description générale La membrane plasmique sépare la cellule du milieu extérieur: la matrice extracellulaire, mais reste une zone d’échange. Le noyau renferme l’ADN fragmenté en 46 chromosomes chez l’Homme (sauf les globules rouges). La chromatine est l’association du matériel génétique et de protéines (histones…). Le système endomembranaire comprend tous les compartiments limités par une membrane (RE, golgi, membrane nucléaire, lysosome, vésicules) sauf la mitochondrie et le peroxysome. La mitochondrie est un organite semiautonome a double membrane et possède un génome (origine endosymbiotique). III. La cellule eucaryote (3) Organites baignant dans le cytoplasme: Réticulum endoplasmique maturation protéique synthèse des phospholipides stockage de calcium Golgi maturation protéique et exportation carrefour de flux membranaires Mitochondrie phosphorylation oxydative (ATP) régule la mort cellulaire participe à des voies métaboliques Peroxysome détoxification Lysosome nutrition cellulaire défense de la cellule Ribosome traduction des protéines Cellules particulières: Syncitium: fusion de cellules (muscle: FMSS /os: ostéoclastes) entrainant une cellule à plusieurs noyaux Plasmode: division du noyau sans séparation en cellules filles entrainant une cellule à plusieurs noyaux III. La cellule eucaryote (4) Cellule eucaryote Protoplasme Noyau Cytoplasme Cytosol = hyaloplasme Organites membranaires Organites granulaires Espace optiquement vide Système endomembranaire, peroxysomes et mitochondries Membrane plasmique Hyaloplasme: cytoplasme sans le morphoplasme Organites filamenteux= cytosquelette Eléments figurés inertes = paraplasme Micro filaments d’actine, filaments intermédiaires et microtubules Produit d’élaboration ou d’accumulation de la cellule (métabolites) Morphoplasme: organites visibles (éléments figurés) en M.O III. La cellule eucaryote (5) 2.Les différents types de cellule eucaryote : Cellule animale •Unicellulaire = protozoaire / Pluricellulaire = métazoaire Cellule végétale : cellule de grande taille, aux parois rigides (cellulose + pectine). Contient chloroplastes (organite semi-autonome avec génome résiduel) et vacuoles. Ne contient pas de centriole. •Unicellulaire = protophyte / Pluricellulaire = métaphyte Champignons (levure = champignon unicellulaire) NB: protiste (protozoaires et protophytes) III. La cellule eucaryote (6) 3.La théorie cellulaire: La cellule représente l’unité structurale et fonctionnelle commune à l’organisation de tous les êtres vivants. Toute cellule provient de la division d’une autre cellule. Eléments liés: La cellule est capable de se diviser pour renouveler les tissus. C’est le rôle notamment des cellules souches. Toutes les cellules d’un individu possédant un génome, détiennent un génome identique mais différent selon son expression, c’est la différenciation. IV. Les autres variétés cellulaires Vivant: Les eucaryotes Les procaryotes (bactérie) dépourvus de noyau Souvent pas de compartiment membranaire unicellulaires se divisent par scissiparité Les archaebactéries (vivent en conditions extrêmes) Autre: Les acaryotes (virus) Dépendent d’un hôte (parasite) Pas de reproduction isolée Stage de Pré-Rentrée 2013 UE2 – Méthodes d’étude Diaporama réalisé par le TSN 15 Sommaire PARTIE A: ETUDE MORPHOLOGIQUE : le microscope I. Bases de physiques II. Le microscope optique (MO) III. Le microscope électronique (ME) PARTIE B: LOCALISATION DES COMPOSANTS CELLULAIRES I. Cellules vivantes II. Cellules mortes 1. Cyto/Histo-chimie 2. Cyto/Histo-enzymologie 3. Marquage métabolique 4. Marquage par affinité PARTIE C: SEPARATION DES CELLULES ET DES COMPOSANTS CELLULAIRES 16 A. Introduction Notion d’échelle en microscopie: vers l’infiniment petit: Microscopie électronique (jusqu’à 0.2nm) Nanomètre (X107) Microscopie optique (jusqu’à 0.2µm) Dizaine de nanomètres Centaine de nanomètres (X106) Centaine de nanomètres Micromètre (X105) (X105) (X104) Dizaine de micromètres (X1000) Centaine de micromètres Œil nu (X100) 20mm Ou (X1) 17 A. I Bases de physique (1) Notions théoriques: o L’indice de réfraction n est le rapport des vitesses de la lumière dans le vide (c) et dans le milieu (v). n = c/v o Un dioptre est l’interface entre deux milieux translucides d’indices de réfraction différents. n1 x sin i1 = n2 x sin i2 o Une lentille est un système optique centré, formé de l’association de 2 dioptres dont l’un au moins est sphérique. 18 A.I Bases de physique (2) Un microscope est un système optique grossissant composé de deux lentilles convergentes (objectif et oculaire). Il existe deux types de microscope : optique (il utilise les photons, cas ici) et électronique (électrons). Il est caractérisé par: o Son grossissement (ou puissance): produit de l’objectif et oculaire (« zoom »). o Son pouvoir de résolution: distance minimale qui doit séparer deux points pour être discernés (« netteté ») au travers d’un système optique (propriété de l’instrument). Il dépend de la longueur d’onde λ du rayonnement utilisé. Il correspond à la meilleure PR = 0,61λ/n sinα résolution possible (la résolution dépend R = 0,61λ/n sinα des conditions expérimentales d’observation) pour un appareil donné. 19 A.I Bases de physique (3) 1)Transmission 3 modes de fonctionnement: Les électrons ou photons traversent l’objet d’étude. Absorption: contraste réalisé par une différence d’absorption des photons ou électrons en chaque point de la préparation qui atténue plus ou moins les photons/électrons transmis à l’objectif. Contraste de phase: repose sur une modification de phase lorsqu’une onde lumineuse traverse un objet (rayons lumineux diffractés). Le contraste repose sur une différence de phase (générée en fonction de l’indice de réfraction du milieu et le relief) entre les ondes. Nécessite un relief pour les objets biologiques (indices proches). 2)Réflexion L’objectif ne capte que les rayons de photons réfléchis par la préparation ou électrons secondaires arrachés par les électrons incidents, et on obtient une image de surface. 3)Réémission La microscopie à fluorescence est possible lorsque les photons illuminant la préparation sont captés par des molécules instables qui les réémettent avec une longueur d’onde différente appartenant au visible donc décelable. Ne s’emploie qu’en microscopie optique. 20 A.I Bases de physique (4) ! Techniques microscopiques Relief! (Coupe de tissu = pas de relief) Transmission Réflexion Réémission ! Absorption Contraste de phase ! Loupe binoculaire = stéréo microscope = microscope chirurgical Microscopie à fluorescence + confocal ou déconvolution Microscopie multiphotonique (/bi) Fond clair Microscope à contraste de phase Fond noir Microscope à transmission (ME) Microscope à contraste interférentiel différentiel (CID/effet21 Nomarski) Microscope à balayage (ME) A. II. Microscope Optique (1) 1) Conditions pour une observation en microscopie photonique: Transparent à la lumière ou très mince (suspension de cellules) Coupe 5-10 µm Immobiliser le plus proche du vivant Inactiver les enzymes 2) Préparation de l’objet à observer a) Coupe de tissus Fixation : objet plongé dans une solution de fixateur (cellule tuée proche du vivant, enzymes inactivées) par des aldéhydes Déshydratation: bain d’alcool croissant Inclusion: objet plongé dans la paraffine liquide puis durci Coupe: série de coupe reliées au microtome Réhydratation: bain d’alcool décroissant Coloration Signalétique = topographique (colore des compartiments souvent par affinité physico-chimique, ex: Hématoxyline (base) – Eosine (acide) ) Cytochimique, histochimique (colore des substances chimiques spécifiques) Observation: sec ou immersion 22 A. II. Microscope Optique (2) 23 A. II. Microscope Optique (3) b) Coupe à congélation L’échantillon est congelé par du CO2 liquide puis coupé en tranche (>15µm). Les enzymes restent actives, ce n’est pas une fixation. Extemporanée: dans le cadre d’un diagnostic rapide Enzymologie: localisation d’enzymes c) Frottis Examen d’une goutte de liquide biologique contenant des cellules en suspension étalé sur une lame formant une couche unicellulaire. d) Cellules vivantes Observables dans une boite de culture par microscopie Inversée (X40) en évitant tout élément toxique. Utilisation de colorants vitaux non toxiques (Vert Janus B, bleu de Trypan) pour la transmission par absorption. Toutes les techniques sont applicables en inversé. 24 A. II. Microscope Optique (4) 3) Techniques utilisées en microscopie photonique X10 Stéréo microscope (X80) Permet de voir la surface des objets Microscope fond clair (X1250) Technique histologique usuelle Absorption de la lumière visible X40 Microscope à contraste de phase Met en évidence les reliefs Variation d’épaisseur et d’index de réfraction Corticale rénale x100 fond 25 clair contraste de phase X40 A. II. Microscope Optique (5) Microscope fond noir Lumière incidente rasante Dispersion de la lumière Observer des objets à la limite du PR Source lumineuse = flou Microscopie à fluorescence Localiser spécifiquement un élément par marquage avec un fluorochrome (=molécule fluorescente) Rayon incident avec λ<400nm Plusieurs manières de résoudre le problème de la fluorescence des plans contigus au plan focal altérant la netteté de la zone observée: Déconvolution: par informatique (fonction mathématique) Confocal 3D possible gris foncé=fluorescence au plan focal 26 gris pointillé=fluorescence d’un plan parallèle A. II. Microscope Optique (6) Microscope multi/biphotonique Le rayonnement excitateur a une longueur d’onde >800nm, mais le laser femtoseconde permet d’augmenter le nombre « d’absorption simultanée de 2 photons » par le fluorochrome lui permettant de réémettre dans le visible. Energie hѵ2 hѵ1 Fluorescence Rayonnement réémis hѵ1 Monophotonique Biphotonique Pas de problème de flou causé par des fluorochromes aux plans contigus Infrarouge moins absorbé permettant de traverser des objets plus épais 3D possible 27 Rayonnement excitateur A. II. Microscope Optique (7) Fond clair Nomarski Contraste de phase Fond noir 28 A. III. Microscope électronique (1) o La longueur d’onde associée aux électrons (produits par un canon) étant plus faible que celle associée aux photons, le PR est donc meilleur (inférieur) en microscopie électronique. PR = 0,61λ/n sinα o Interaction des électrons incident (primaires) avec la matière générant: • Les électrons transmis sont ceux qui traversent l’objet avec diffraction (MET), ils sont d’autant plus diminués que les électrons incidents traversent une préparation avec des atomes de masse atomique élevé. • Les électrons secondaires (arrachés par les électrons incidents) et rétrodiffusés (MEB). 1) Conditions pour une observation en microscopie électronique: Travailler dans le vide Coupe plus mince (50nm) Lames de verre et lentilles remplacées par des grilles et bobines Fixation plus stringente (MET) 2) Préparation de l’objet à observer pour le MET: Fixation: aldéhydes + sels oxygénés de métaux lourds Inclusion: résines époxy Coupe: ultramicrotome et recueil sur grille Colorants: Signalétique: après inclusion et crée des contrastes (citrate de plomb) 29 Spécifiques: avant inclusion et permet un marquage (anticorps couplé à un métal) A. III. Microscope électronique (2) 3) Les différents microscopes électroniques complémentaires: o ME à Transmission (MET): Grossissement = 500 000 Variation de puissance continue en fonction de la tension accélératrice du canon Image en nuance de gris o ME à Balayage (MEB ou SEM): Observation de la surface de la préparation. Pas besoin d’inclusion mais fixation et déshydratation Grossissement = 100 000 Variation de puissance continue en fonction de la tension accélératrice du canon 30 A. III. Microscope électronique (3) 4) Cryotechniques: Observer des surfaces en MET avec son grossissement ou en MEB. Echantillon biologique à -196°C (ex: membrane) Clivage dans une zone de faible résistance Cryofracture Sublimation MET Ombrage 31 A. III. Microscope électronique (4) Bonus: Récapitulatif des montages Optique MET 32 MEB B. I. Localisation des composants cellulaires dans les cellules vivantes (1) Sonde métabolique: Molécule diffusant dans la cellule et repérable en microscopie par fluorescence ou réaction colorée Cellules vivantes Green Fluorescent Protein (et dérivées) Fluorescence Recovery After Photobleaching Sondes métaboliques Protéine uniquement - Devenir d’une protéine (synthèsefin) - Localiser une cellule/descendance - Cinétique -FURA2, Quin AM: [Ca] intracellulaire -Cheminement de la protéine - Carboxy fluorescéine: pH intracellulaire -Rhodamine 123: mitochondrie active 33 Rhodamine 123 B. I. Localisation des composants cellulaires dans les cellules vivantes (2) Les protéines fluorescentes Ajout d’un gène codant pour une protéine fluorescente à la suite de celui d’une protéine d’intérêt pour faire une protéine chimère. + Protéine chimère Suivi de la protéine marquée… La FRAP Fluorescence détruite par photo-blanchissement et observation de la récupération de la fluorescence. 34 B. II. Localisation des composants cellulaires dans les cellules mortes (1) Cellules mortes (avant/après) Méthode cytochimique Réaction de Feulgen ADN + HCl (60°C) =ADN dépuriné +Schiff =rouge Spe + quantitatif ADN Periodic Acid Schiff 1 αglycol vicinaux + IO4H=2 aldéhydes +Schiff= rouge Poly saccharides Marquage métabolique Réaction de Perls Fer (Fe2+) +Ferrocyanure de potassium Marquage par affinité Autoradiographie (non spe) Cyto/Histoenzymologique Méthode directe: -signal faible -intensité proportionnelle à l’antigène Identifier une substance Identifier une enzyme: Enzyme +substrat= produit coloré? (ex H2O2 + DAB= brun/doré localise peroxydases) Autres Immunocytochimie Méthode indirecte: -plus sensible Microscopie optique Immunofluoresce nce: Fluorochrome+ anticorps =fluorescence localisée 35 Immunoenzymologie: Enzyme+anticorp s =coloration localisée Ex: peroxydase ou phosphatase alcaline Microscopie électronique Ferritine+anticorps Bille d’or colloidal + anticorps Précurseur radioactif: -Acide aminé prot Nucléotide ADN/ARN B. II. Localisation des composants cellulaires dans les cellules mortes (2) 1) Méthodes cyto/histo-chimiques: Réactions chimiques visant à mettre en évidence une substance. Ex: Réactions de PAS (Periodique Acide – Schiff) pour les polysaccharides; Feulgen pour l’ADN; Perls pour le fer. 2) Méthodes cyto/histo-enzymologiques: Réaction enzymatiques visant à mettre en évidence une substance ou une enzyme par utilisation de son substrat donnant un produit coloré. Une enzyme est l’élément le plus spécifique d’une substance (généralement), viennent ensuite les anticorps. 3) Marquage par affinité : 3 acteurs: • ligands, molécules qui ont une grande affinité et spécificité avec les molécules d’intérêt (ex: Anticorps…). • marqueurs, permettant de visualiser le ligand (ex: Fluorochrome visualisable en microscopie à fluorescence, Enzyme…). • Molécule d’intérêt, celle qu’on veut marquer. 36 B. II. Localisation des composants cellulaires dans les cellules mortes (3) Dans le cadre du marquage par affinité, on a l’immunocytochimie: Exemple du couple Antigène (Ag) – Anticorps (Ac) Immunomarquage INDIRECT Marqueur propre à un Ac Marqueur propre aux Ac secondaires Ac Ac secondaire = Ac anti Ac primaire Ag Immunomarquage DIRECT Ag Intensité du signal proportionnel au nombre d’antigènes Plus sensible (plus de marqueurs) 37 Ac primaire = Ac anti Ag C. Séparation des cellules et composants cellulaires (1) 1) Numération des cellules Après obtention de cellules isolées provenant d’une biopsie ou de suspension cellulaire. Le « compte globule » permettant de quantifier et d’évaluer la taille des cellules. Le cytomètre en flux permettant de qualifier (en quantifiant des marqueurs cellulaires), quantifier et trier les cellules. Cellules marquées par différents fluorochromes (un par population) Cellule par cellule Faisceaux lasers interagissant avec les cellules Analyse de la lumière: Diffractée (taille, granulosité) Réémise (fluorochrome) Quantification et Tri 38 C. Séparation des cellules et composants cellulaires (2) 2) Séparation des cellules selon l’expression de marqueurs membranaires Fluorescence Activated Cell Sorter: Anticorps+fluorochrome sur un antigène membranaire Magnetic Activated Cell Sorter: Anticorps+bille magnétique sur un antigène membranaire 39 C. Séparation des cellules et composants cellulaires (1) 3) Séparation des organites cellulaires • Lyse cellulaire mécanique (broyage, ultrason, cavitation) ou osmotique. • Centrifugation = sédimentation accéléré: Elle dépend de deux paramètres: la valeur de l’accélération (g) appliquée et de la durée de l’opération. Les éléments sédimentent en fonction de leur coefficient de sédimentation en Svedberg (non additif) qui dépend du volume, de la forme, et masse molaire de la particule (détermine la vitesse de sédimentation) mais aussi en fonction du milieu dans lequel ils 40 se trouvent.. C. Séparation des cellules et composants cellulaires (2) a) Centrifugation différentielle: Culottage successif au fond d’un tube des différents organites en fonction de leur coefficient de sédimentation décroissant. Le surnageant sert de base à la centrifugation suivante (élimination du culot précédant). 41 C. Séparation des cellules et composants cellulaires (3) b) Centrifugation en gradient de densité en vélocité: La densité des particules est supérieure à la densité maximale du gradient. Les particules se classent en bande successives, en fonction de leur vitesse de sédimentation. Attention, si on centrifuge trop longtemps toutes les particules se déposent au fond! 42 C. Séparation des cellules et composants cellulaires (4) c) Centrifugation en gradient de densité à l’équilibre ou isopicnique: La densité des particules est inférieure à la densité maximale du gradient. Les particules migrent dans le gradient jusqu’à la bande de densité équivalente, où elles resteront quelque soit le temps de centrifugation. 43 Séance 2 Membrane plasmique Perméabilité membranaire Stage de Pré-Rentrée 2013 La membrane plasmique Diaporama révisé par Maude AVIAS, Marie CHANET et Mélisse ROBERT (ATP) 45 Sommaire I- Généralités II- Composition de la membrane A) Les lipides B) Les protéines C) Les glucides III - Architecture A) Organisation en bicouche B) Asymétrie C) Mouvements moléculaires D) Extensions I- Généralités Définition : La membrane est une enveloppe continue qui sépare le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire. Elle constitue une frontière par laquelle la cellule interagit avec son environnement. Elle présente 5 caractéristiques : c'est une bicouche lipidique, avec deux feuillets : extracellulaire et cytosolique, des protéines et des glycoprotéines sont insérées dans la bicouche elle est organisée de manière asymétrique elle présente une composition chimique hétérogène elle est en continuité transitoire avec le système endomembranaire I- Généralités I- Généralités Propriétés : elle est imperméable aux macromolécules et faiblement perméable aux substances polaires (ions) => compartimentation elle est flexible et dynamique (modifications permanentes) elle résiste à l'étirement et à la compression sa surface reste constante (en condition physiologique) II- Composition A) La membrane plasmique est composée de lipides : Ils constituent environ la moitié du poids sec de la membrane et sont amphiphiles (un pôle hydrophile et un pôle hydrophobe). On retrouve plusieurs types de lipides (cf biochimie) Les glycérophospholipides : (glycérol + AG + phosphate + OH) exemple : phosphatidyl éthanolamine, phosphatidylsérine, phosphatidylcholine,...) Ils possèdent une queue hydrophobe apolaire et une tête hydrophile polaire Les sphingolipides : (sphingosine + AG) exemples : II- Composition Le cholestérol : Le cholestérol est un composé abondant des membranes plasmiques, 17 à 23%. Il intervient dans la fluidité et la stabilité de la membrane. Il est retrouvé essentiellement au niveau des radeaux lipidiques (rafts) = microdomaines de plus grande épaisseur que le reste de la membrane, riche en sphingolipides, cholestérol et protéines à ancrage GPI. II- Composition B) La membrane plasmique est composée de protéines : Les protéines constituent environ la moitié du poids sec de la membrane plasmique. Les protéines transmembranaires : Elles traversent une ou plusieurs fois la bicouche. Elles ne peuvent être détachées de la membrane que sous l'action de détergents ou de solvants organiques qui la détruisent. Elles exercent des fonctions diverses: activités enzymatiques, transports de molécules et d’ions, molécules d’adhérence, sites récepteurs pour des molécules signal contenues dans le milieu extracellulaire,… II- Composition Les protéines membranaires périphériques : ancrage dans la bicouche lipidique par un ou plusieurs acides gras : - dans le feuillet extracellulaire de la bicouche lipidique par une liaison covalente à des acides gras par l’intermédiaire du GPI ( phosphatidyl-inositol couplé à un oligosaccharide = le glycosyl-phosphatidyl-inositol ) - dans le feuillet cytosolique de la membrane plasmique par l’intermédiaire d’un ou plusieurs acide gras (isoprène, myristate) • interactions électrostatiques avec des lipides membranaires ou des protéines transmembranaires • insertion partielle de la protéine dans la bicouche lipidique (en épingle à cheveu) • A retenir +++ : Les protéines périphériques situées sur la face cytosolique de la membrane ne sont jamais glycosylées. Les protéines périphériques situées sur le versant extracellulaire sont le plus souvent des glycoprotéines. II- Composition II- Composition C) Les sucres sont présents en faible quantité (10 à 15 %) : Ils sont toujours liés à des protéines (= glycoprotéines) ou à des lipides (= glycolipides) Ils sont toujours situés sur le versant extracellulaire de la membrane plasmique => rôle dans la communication cellulaire, jonctions intercellulaires,... II- Composition III- Architecture A) Lipides organisés en bicouche : Ceci est expliqué par le caractère amphiphile des lipides : queues hydrophobes vers l’intérieur de la bicouche, et têtes hydrophiles vers l’extérieur. B) Asymétrie : composition lipidique de chacun des deux feuillets est différente : Les phosphoglycérides et la sphingolipides sont présents dans les 2 feuillets membranaires, mais en quantité différente entre le feuillet externe et le feuillet interne de la bicouche. Exemple : Les lipides chargés négativement (phosphatidylsérine) sont présents majoritairement sur le feuillet cytosolique de la membrane. glycolipides et glycoprotéines retrouvés uniquement sur le versant extracellulaire III- Architecture III- Architecture C) La membrane plasmique présente des mouvements de ses constituants à l’échelle moléculaire : 3 facteurs conditionnent la fluidité de la bicouche lipidique : la température, la quantité de cholestérol, la nature des phospholipides. Les phospholipides présentent 3 types de mouvements : diffusion latérale rotation sur place - phénomène de flip-flop Le mouvement de flip flop se fait plus facilement pour les lipides neutres que les lipides chargés. ===> GRANDE IMPORTANCE FONCTIONNELLE Mouvements des protéines membranaires : rotation sur place et diffusion latérale (protéines membranaires périphériques) . /!\ Le phénomène de flip-flop n’existe pas pour les protéines membranaires. III- Architecture D) Des prolongements spécifiques de la membrane : Les microvillosités : expansions cytoplasmiques en doigt de gant, de longueur variable, formés par des microfilaments d’actine. Rôle : Absorption, échanges +++ Les stéréocils : microvillosités géantes retrouvées dans les voies génitales masculines. Les cils : prolongements cytoplasmique, formés par des microtubules. Particularité : mobilité Stage de Pré-Rentrée 2012 Transports membranaires Diaporama révisé par Maude AVIAS, Marie CHANET et Mélisse ROBERT (ATP) 62 Sommaire I – Généralités II- Transports sans mouvement de la membrane plasmique A) Transports passifs B) Transports actifs III – Transports nécessitant des mouvements de la membrane plasmique A) Endocytose B) Exocytose C) Apocrinie D) Transcytose I- Généralités La membrane plasmique est une frontière entre la cellule et son environnement. Cependant, afin de survivre, la cellule doit échanger avec le milieu extracellulaire (importation de nutriments, de substrats énergétiques, exportation des déchets…) Ainsi, il y a en permanence un flux de molécules qui transitent via la membrane plasmique => On parle de transports membranaires. II- Transports sans mouvement de membrane On distingue deux critères : ① Consommation d’énergie ? → Oui = actif / Non = passif ② Présence d’un pore membranaire ? → Avec / Sans • Un pore membranaire permet le passage de molécules de grande taille ou hydrophiles (ions) à travers la membrane +++ • Il existe trois types de pores membranaires : - Pompes (transport actif primaire) - Transporteurs (transport passif ou transport secondairement actif) - Canaux (transport passif) II- Transports sans mouvement de membrane A) Transport passif : Un transport passif s’effectue selon le gradient de concentration +++. Sans pore membranaire : Diffusion simple à travers la membrane pour les petits solutés hydrophobes, les gaz,… Avec pore membranaire : - Canaux : structures protéiques, qui, en général, s’ouvrent en réponse à un stimulus permettent le passage d’un nombre très important de molécules. Exemple : canaux Ca 2+ voltage dépendant, aquaporines,… - Transporteurs (uniporteurs) : protéines transmembranaires qui transportent une seule substance le long de son gradient de concentration => Diffusion facilitée Exemple : GLUT pour le glucose II- Transports sans mouvement de membrane II- Transports sans mouvement de membrane B) Transport actif : Il s’effectue contre le gradient de concentration. Ce type de transport met toujours en jeu un pore membranaire. Il est coûteux en énergie, et doit donc être couplé à une source d’énergie. Pompes membranaires : enzymes qui utilisent de l’énergie pour véhiculer des molécules contre leur gradient. - Pompe à protons - ATPase - Transporteur ABC (ATP Binding Cassette) /!\ Ce n’est pas un transporteur !!! Exemple : pompe Na+/K+ ATPase : utilise l’énergie fournie par la dégradation d’un ATP en ADP pour faire sortir 3 Na+ dans le milieu extracellulaire et rentrer 2 K+ dans le milieu intracellulaire. II- Transports sans mouvement de membrane Cotransporteurs : protéines transmembranaires qui couplent le transport passif d’ions à un transport actif d’une deuxième substance : le premier fournissant l’énergie nécessaire au deuxième => transport secondairement actif +++. - Symporteurs : les deux substances sont transportées dans le même sens. Exemple : le transporteur SGLT1 - Antiporteurs : les deux substrats sont transportés dans des directions opposées III- Transports nécessitant des mouvement de membrane On distingue plusieurs types de transport : - Endocytose - Exocytose - Apocrinie - Transcytose -… Grâce à ces mouvements, la membrane plasmique est renouvelée en permanence. III- Transports nécessitant des mouvement de membrane A) Endocytose : Définition : Internalisation d’une fraction de l’espace extracellulaire environnant dans des vésicules, formées par invagination de la membrane, et transport vers des compartiments intracellulaires. Les cellules utilisent l'endocytose pour : -se nourrir -se défendre -préserver leur homéostasie. III- Transports nécessitant des mouvement de membrane Il existe plusieurs types d’endocytose : Pinocytose : endocytose d’un faible volume liquidien extracellulaire et/ou de solutés de petite taille. /!\ La macropinocytose est une pinocytose mais avec endocytose d’un grand volume de liquide extracellulaire (vésicule impliquée = macropinosome) III- Transports nécessitant des mouvement de membrane Phagocytose : Internalisation réalisée par certaines cellules spécialisées (macrophages et polynucléaires neutrophiles) avec évagination de la membrane autour du ligand pour former un phagosome (vésicule de grande taille). La phagocytose comporte 4 étapes: – la fixation (grâce à un récepteur) – l'enveloppement (mise en jeu du cytosquelette) – la fusion (avec un lysosome) – la dégradation Rôle : surveillance immunitaire et élimination des agents pathogènes. III- Transports nécessitant des mouvement de membrane III- Transports nécessitant des mouvement de membrane B) Exocytose : • Phénomène inverse de l’endocytose, se produit en permanence à la surface de la cellule à l’aide de système endomembranaire et du cytosquelette. •Deux types d’exocytose : constitutive (permanent) et régulée (produits de sécrétion) III- Transports nécessitant des mouvement de membrane C) Apocrinie : Définition : exportation de matériel situé sous la membrane (vers le milieu extracellulaire). /!\ Exocytose = gain de membrane Apocrinie = perte de membrane D) Transcytose : Il s’agit d’une endocytose suivie d’une exocytose. Elle a surtout lieu au niveau des cellules endothéliales afin de transporter les nutriments des capillaires sanguins vers les tissus. Séance 3 Système endomembranaire Stage de Pré-Rentrée 2013 Le système endomembranaire Diaporama révisé par Maude AVIAS, Marie CHANET et Mélisse ROBERT (ATP) 78 Sommaire I- Généralités II- Réticulum Endoplasmique III- Appareil de Golgi IV- Endosome V- Lysosome I- Généralités • Le système endomembranaire, retrouvé uniquement chez les eucaryotes, correspond à l’ensemble des compartiments intracellulaires, limités par une membrane, qui communiquent entres eux et avec la membrane plasmique grâce à de petites vésicules/canalicules membranaires. • Il est constitué par : - la membrane externe de l’enveloppe nucléaire - le réticulum endoplasmique - l’appareil de Golgi - les endosomes, lysosomes, cavéosomes I- Généralités Il existe une équivalence topologique entre la lumière des compartiments du système endomembranaire et le milieu extracellulaire. I- Généralités Cette équivalence topologique se traduit par la conservation de l’orientation des protéines (transmembranaires) lors du transport vésiculaire du RE jusqu’à la membrane. I- Généralités Il existe des flux membranaires : -Antérograde (du RE vers la MP) -Rétrograde (de la MP vers le RE) II- Reticulum Endoplasmique • D’un point de vue morphologique : réseau de saccules et de tubules limités par une membrane continue. • D’un point de vue fonctionnel : lieu de synthèse de nombreuses molécules (protéines, lipides,…) • Méthodes d’étude : cytoenzymologique, immunomarquage, fractionnement en microsome • 2 formes de réticulum endoplasmique (RE) Réticulum endoplasmique rugueux (RER) Réticulum endoplasmique lisse (REL) II- Reticulum Endoplasmique A) Réticulum endoplasmique rugueux (RER) : a) MORPHOLOGIE : • Saccules aplatis recouverts de polyribosomes sur la face cytoplasmique → aspect rugueux Donc synthèse de protéines +++ • Membrane en continuité avec la membrane nucléaire externe. • Elément de transition avec l’Appareil de Golgi composé d’une face lisse (sans polyribosomes), et d’une face rugueuse. II- Reticulum Endoplasmique b) FONCTIONS : Synthèse et translocation des protéines Début de synthèse des protéines dans le cytosol Puis adressage à la membrane du RE pour 50% d’entre elles (peptide signal = signal d’adressage au RE) et poursuite de la synthèse dans le RE avec translocation co-traductionnelle Si signal de rétention : protéine reste dans le RE (solubles ou transmembranaires) Si aucun signal de rétention : protéine suit le flux vectoriel permanent II- Reticulum Endoplasmique Glycosylation Ajout de résidus glucidiques sur des protéines qui possèdent un signal de glycosylation. La glycosylation se poursuit ensuite dans l’Appareil de Golgi. Maturation des protéines • Repliement des protéines pour atteindre leur configuration fonctionnelle grâce aux protéines chaperonnes • Etablissement de ponts disulfures. II- Reticulum Endoplasmique B) Réticulum endoplasmique lisse (REL): a) MORPHOLOGIE : • Labyrinthe de canalicules interconnectés • Non recouvert par des polyribosomes II- Reticulum Endoplasmique b) FONCTIONS : Synthèse des hormones stéroïdes +++ (hormones sexuelles, cortisol…→ dérivées du cholestérol) Synthèse et insertion des phospholipides membranaires Stockage du Calcium Ca2+ Rôle de détoxification Surtout dans le foie pour les molécules toxiques exogènes III- Appareil de Golgi • Morphologie : dictyosome = empilement de saccules (citernes) - Réseau Cis Golgien - Face cis (entrée) - Région médiane - Face trans (sortie) - Réseau Trans Golgien • Localisation: près du noyau et du centrosome • Taille variable selon : Le type cellulaire L’état fonctionnel Trans Médian Cis III- Appareil de Golgi • Méthodes d’étude : cytochimie, cytoenzymologie, immunomarquage, fractionnement Mise en évidence d’une compartimentation fonctionnelle du Golgi (polysaccharides et activités enzymatiques localisées) +++ • Fonctions : Transfert et tri des molécules synthétisées dans le RE Glycosylation (suite) Sulfoconjugaison Synthèse des sphingolipides III- Appareil de Golgi • Mécanisme : 1. Réception des protéines venant du RE via l’ERGIC en regard du pôle Cis Vésicules de transition 2. Progression de citerne en citerne 3. Envoi des protéines ayant terminé leur maturation via le pôle Trans et le Réseau Trans Golgien (RTG) Vésicules de sécrétion III- Appareil de Golgi III- Appareil de Golgi Il existe deux types de sécrétion : Sécrétion constitutive: –Existe dans toutes les cellules –Pas de stockage des vésicules émises par le RTG –Fusion immédiate des vésicules avec la membrane plasmique Sécrétion régulée (ou contrôlée): –Existe dans les cellules spécialisées à sécrétion rapide (« sécrétion sur commande ») –Stockage et maturation des vésicules émises par le RTG sous la membrane plasmique –Sécrétion stimulée par un signal extracellulaire (augmentation intracellulaire du Ca) IV- Endosome A) Généralités : • Définition : compartiment hétérogène alimenté par les vésicules d’endocytose (MP) et de sécrétion (RTG). • Il existe plusieurs types d’endosome : - endosome précoce - endosome tardif (ou corps multivésiculaire) - endosome de recyclage • L’endosome fusionne ensuite avec un lysosome. IV- Endosome • Propriétés : L’endosome possède des pompes à protons. => Acidification progressive afin de tendre vers le pH du lysosome Endosome précoce : 7,4 Endosome tardif : 6,5 Lysosome : 5 Il contient également des hydrolases, apportées par des vésicules provenant du Réseau Trans Golgi. => Hydrolyse des molécules endocytées IV- Endosome B) Fonctions de l’endosome : Véritable carrefour intracellulaire : - échanges avec la membrane plasmique et milieu extracellulaire (endocytose, exocytose, recyclage) - échanges avec le cytosol via des perméases - échanges avec le réseau Trans Golgien (apport hydrolases et pompes) - échanges avec les lysosomes IV- Endosome IV- Endosome Défense immunitaire (présentation antigénique) : - Elaboration du CMH II (Lymphocyte T4) /!\ L’endosome est une porte d’entrée dans la cellule pour les virus et bactéries /!\ V- Lysosome A) Généralités : • Définition : compartiment hétérogène spécialisé dans la digestion cellulaire ( hydrolyse des molécules organiques) • Origine : Maturation des endosomes tardifs • Propriétés : - pH = 5 - contenu en hydrolases acides, perméases, et autres protéines… V- Lysosome B) Fonction : Le lysosome dégrade toutes les familles de molécules biologiques. Après dégradation, les métabolites élémentaires (issus des molécules) sortent dans le cytosol via des perméases. Ils vont être réutilisés par le métabolisme cellulaire. RECYCLAGE V- Lysosome Les lysosomes vont donc permettre : La nutrition cellulaire Le renouvellement cellulaire La défense cellulaire V- Lysosome Il existe quatre voies d’entrée vers les lysosomes : - Endocytose - Phagocytose (macrophages et polynucléaire neutrophiles) - Entrée directe par perméases - Autophagie : englobement puis dégradation des organites afin d’assurer leur renouvellement) V- Lysosome • Cette dégradation est effectuée par des hydrolases, apportées d’abord du RTG aux endosomes, puis des endosomes aux lysosomes. • Le signal d’adressage des protéines lysosomales est le M6P (mannose 6 phosphate). V- Lysosome C) Evolution : Stade terminal de maturation : les corps résiduels Perte d’activité enzymatique => rôle de stockage des molécules non hydrolysées Exocytose du contenu lysosomal actif - Non physiologique pour la plupart des cellules - Physiologique pour les ostéoclastes et les polynucléaires éosinophiles = phagocytose frustrée V- Lysosome D) Pathologies lysosomales : Elles sont issues de l’accumulation dans le lysosome de molécules non dégradées ou de produits de dégradation Il existe 4 types de mécanismes pathologiques : Pb d’enzymes Pb de perméases Maladies congénitales Pb de pH Présence de matériaux non biologiques Maladies acquises Séance 4 Epithéliums Tissus conjonctifs Stage de Pré-Rentrée 2013 Epithéliums Diaporama révisé par Soufyan ANNAKIB (ATM²) 108 Généralités •Il y a trois niveaux d’organisation du corps humain: oLa cellule, unité de base, étudiée en cytologie. oLe tissu, regroupement de cellules ayant la même origine et la même fonction, étudié en histologie. oL’organe, constitué de plusieurs tissus et étudié en anatomie. •Les différents tissus de l’organisme dérivent de trois feuillets embryonnaires: oL’ectoderme, à l’origine de la peau et du SNC oL’endoderme, à l’origine des organes en relation avec le milieu extérieur (appareil respiratoire, appareil digestif) oLe mésoderme, à l’origine du reste (os, muscles). Généralités •Les tissus se renouvellent à des vitesses différentes: Ceux dérivant de l’ectoderme et de l’endoderme se renouvellent au bout de quelques jours. Ceux dérivant du mésoderme se renouvellent seulement en cas de lésion. Le système nerveux ne se renouvelle pas. •Les cellules constituant un tissu ont acquis une morphologie particulière et nécessaire à leur fonction par le biais de la différenciation de cellules souches lors du développement in utero et du renouvellement du tissu. •Il existe quatre tissus élémentaires: Les épithéliums Le tissu conjonctif: comprenant les tissus conjonctifs spécialisés : tissu osseux, le tissu cartilagineux et sang Le tissu musculaire Le tissu nerveux Le tissu épithélial • C’est un tissu formé de cellules très jointives reposant sur le tissu conjonctif sous-jacent (chorion) dont il est séparé par une lame basale (LB). • Les cellules sont polarisées et liées de manière à être synchronisées, et à assurer l’étanchéité et la cohésion de l’épithélium. • Un épithélium est formé en majorité de cellules épithéliales spécialisées, mais on retrouve d’autres types cellulaires (cellules sanguines, adipocytes…). • Pas de vascularisation (sauf exception), les nutriments diffusent à partir du chorion. • Il y a deux types d’épithéliums: oles épithéliums de revêtement Cellules jointives oLes épithéliums glandulaires. LB Chorion Le tissu épithélial 1. Epithélium de revêtement •Ils tapissent: La surface de l’organisme (origine ectodermique); Les cavités en contact avec l’extérieur (origine endodermique) on parle de muqueuse quand ils sont associés au chorion Les cavités closes (origine mésodermique) ce sont les mésothéliums, qui forment les séreuses quand ils sont associés au chorion Les vaisseaux (origine mésodermique) Ce sont les endothéliums. •On les classe selon leur morphologie: La forme des cellules: pavimenteuses (peau), cubiques (cx excréteurs des glandes exocrines), prismatiques ou cylindriques (intestin) , polymorphes (vessie). Le nombre de couches: unistratifié (poumon), pluristratifié (peau), pseudostratifié (trachée). Les différenciations cellulaires: apicales (cils, microvillosités, mucus), cytoplasmiques (kératine), marqueurs (Ac monoclonaux). Le tissu épithélial Le tissu épithélial •On les classe selon leur fonction: Barrière envers le monde extérieur (peau) Protection mécanique, chimique, physique et thermique (peau, muqueuse gastrique) Absorption et sécrétion (intestin) Régulation des échanges cellulaires entre plusieurs compartiments (endothélium) Déplacement d’éléments en surface, tact… •Corrélation structure fonction +++ Épithélium unistratifié = activité de transport. Épithélium pluristratifié = rôle de protection. Le rapport surface/épaisseur augmente avec l’importance du transport. Les cellules sont d’autant plus hautes que le remaniement des matériaux transportés est important. Le tissu épithélial 2. Epithélium glandulaire •Ils composent les glandes organisées en association avec une LB et un TC d’accompagnement. •Ils peuvent être: Endocrines: sécrétion vers la circulation sanguine (thyroïde) Exocrines: sécrétion vers l’extérieur (glandes sudoripares, glande mammaire) Amphicrines: exocrine et endocrine en même temps: - Hétérotypique: épithéliums endocrine et exocrine sont bien séparés (pancréas) - Homotypique: chaque cellule est à la fois endocrine et exocrine (foie). Le tissu épithélial Epithélium Exocrine: •On le classe: Selon la présence ou l’absence de canal excréteur Selon le forme du canal (simple, ramifié, contourné) Selon la forme de la portion sécrétrice (alvéolaire, acineuse, tubuleuse) Selon le mode de sécrétion (mérocrine, holocrine, apocrine) Selon le produit de sécrétion (séreux, muqueux, mixte, grasse, lactée, acide). Epithélium Endocrine: •On distingue les glandes unicellulaires incluses dans un épithélium de revêtement et les glandes pluricellulaires formant des organes individualisés (glandes vésiculaires ou cordonnales). •Elles sécrètent des hormones dans le sang pour une action à distance et sont donc très vascularisées. Stage de Pré-Rentrée 2013 Tissus conjonctifs Diaporama révisé par Soufyan ANNAKIB (ATM²) 117 Le tissu conjonctif • • • Il s’agit d’un tissu d’origine mésodermique formé de cellules non jointives dispersées dans une MEC abondante. C’est un tissu de soutien des épithéliums et des cellules spécialisées des organes, sauf dans le SNC. Sa structure variable selon le territoire considéré. Le tissu conjonctif A) Cellules: – – – Fibroblaste/fibrocyte : élaboration MEC. Adipocyte : stockage de lipides, regroupés dans le tissu adipeux. Cellules sanguines résidentes (macrophage et mastocyte) ou présentes en cas de réaction inflammatoire (lymphocytes…). Le tissu conjonctif B) La matrice extra-cellulaire: - Fibres: • Collagènes I à VII : les plus abondants résistance. • Élastine : diminution de la synthèse avec l’âge ↘élasticité. − Substance fondamentale : GAG non sulfatés (acide hyaluronique rétention d’eau) et sulfatés (rigidité). − Glycoprotéines d’adhérence = « colle biologique » (fibronectine, fibrilline, laminine). Interactions +++ entre cellules, fibres, GAG et protéines pour structurer le TC. Le tissu conjonctif Le tissu conjonctif • Lame basale : différenciation de la matrice extracellulaire qui sert d’interface entre des cellules et un TC sous-jacent ; elle est formée de trois feuillets (lamina lucida, densa et fibroreticularis) et élaborée par les cellules épithéliales (80%) et cellules du TC (20%). Hémi-desmosome Laminine Lamina lucida Fibronectine Lamina densa Collagène VII Plaque d’ancrage (coll. IV) Collagènes I et III Lamina fibroréticularis Le tissu conjonctif D) Organisation du TC proprement-dit : Synthèse et remaniement par le fibroblaste La SF est en gel poreux Equilibre constant entre les différents constituants Entrée des cellules sanguine par les veinules post-capillaires après reconnaissance par l’endothélium (sélectine, …) 3 niveaux d’organisation des cellules lymphoïdes : - dispersées - nappes - follicules (primaires ou secondaires) Concept de MALT Le tissu conjonctif D) Différents types : Tissu conjonctif lâche : prédominance de cellules Plusieurs types TC conjonctivo-vasculaire (TC de « base »), mucoïde (pulpe dentaire), réticulé (charpente des organes lymphoïdes, moelle osseuse), adipeux, sang et organes hématopoïétiques Tissu conjonctif dense : prédominance de fibres: – – – Non orienté (capsules et cloisons conjonctives) Orienté uni-tendu (tendon) ou non uni-tendu (cornée, os lamellaire) Tissus cartilagineux et osseux Le tissu conjonctif E) Fonctions du TC : Fonction mécanique: – Soutien des épithéliums et cohésions des parenchymes; – Protection par sa résistance et son élasticité. Fonction métabolique: Régulation des échanges entre tissus, eau, lipides, stéroïdes. Fonction de défense spécifique et non spécifique, cicatrisation et renouvellement tissulaire Séance 5 Sang, cartilage, os Tissu musculaire Tissu nerveux Stage de Pré-Rentrée 2013 Sang, cartilage, os Diaporama révisé par Asma LAHMAR (ATM²) 127 Le tissu sanguin Il s’agit d’un TC liquide, d’un volume total de 4 à 5 L chez un adulte, formé de cellules en suspension dans le plasma (eau + ions + protéines). • La sédimentation avec anticoagulants met en évidence deux phases: • • – Le plasma – Les cellules, fabriquées par la Moelle Osseuse (hématopoïèse). Le rapport « volume de la phase cellulaire/le volume de sang » est appelé hématocrite et vaut en conditions physiologiques 45%. Le tissu sanguin A) Cellules : La lignée rouge Les erythrocytes (GR) sont des cellule sanucléée savec très peu d’organites. Rôle : transport de l’O2 par l’hémoglobine, transport du CO2 et pouvoir tampon. La lignée blanche – Polynucléaires neutrophiles (phagocytose anti-infectieuse), éosinophiles (défense antiparasitaire) et basophiles (réaction inflammatoire). – Lymphocytes: réponse immunitaire spécifique. – Monocyte: devient macrophage quand il passe dans un tissu. Rôle : Défense immunitaire Le tissu sanguin La lignée thrombocytaire Rôle : coagulation +++ Attention aux synonymes !!! Globules rouges = érythrocytes = hématies Globules blancs = leucocytes Polynucléaires = granulocytes Plaquettes = thrombocytes Le tissu sanguin B) Numération Formule Sanguine : • Globules rouges: 4 à 5 millions/mm3 • Hémoglobine: 13 à 15 g/dl • Globules blancs: 4 à 8000/mm3 • – PNN: 60 à 70% des GB chez l’adulte, 30 à 40% chez l’enfant – PNE: < 500/mm3 – PNB: < 1% des GB – Lymphocytes: 30 à 40% des GB chez l’adulte, 60 à 70% chez l’enfant – Monocytes: < 1000/mm3 Plaquettes: 150 000 à 400 000/mm3. Le tissu sanguin Le tissu cartilagineux • • • Il s’agit d’un TC avec une MEC rigide, non vascularisée et non minéralisée. C’est le 1er élément du squelette à apparaître. Il n’y a pas de vaisseaux dans le cartilage, la nutrition se fait à partir du périchondre (TC dense autour du cartilage) sauf pour les cartilages articulaires (liquide synovial). A) Cellules : chondrocyte : synthétise la MEC en s’enfermant dans une logette, le chondroplaste. La forme plus active est appelée chondroblaste. Le tissu cartilagineux B) Matrice extra-cellulaire : • • Le collagène de type II est la fibre majoritaire, mais il peut y avoir des fibres élastiques ou de collagène I. La SF est riche en GAGs sulfatés, d’où une grande rigidité et une hydratation moindre. C) Organisation : • • Les fibres sont disposées en panier autour des chondroplastes Les fibres interdomaniales se répartissent selon les lignes de force pour résister aux pressions mécaniques. Le tissu cartilagineux D) Croissance : Appositionnelle à partir du périchondre Interstitielle par division des chondrocytes. E) Plusieurs types de cartilage: Hyalin: collagène II +++, pour le nez, les bronches, les côtes, les cartilages articulaires. Fibreux: collagène I ++, pour les disques intervertébraux, les ménisques et l’insertion du tendon d’Achille. Élastique: fibres élastiques +++, pour le pavillon de l’oreille et l’épiglotte. Le tissu cartilagineux Le tissu osseux • • • Il s’agit d’un TC spécialisé à MEC calcifiée: rigidité, solidité,… Il a un rôle mécanique (transmission du travail mécanique du muscle) et métabolique (réservoir phospho-calcique). Sa MEC se divise deux phases : – Minérale = le squelette – Organique = protéines et fibres. 137 Le tissu osseux A) Les cellules du tissu osseux : Ostéoblaste : synthèse de la MEC au niveau de la surface interne et externe de l’os. Ostéocyte : cellule terminale enfermée dans la MEC calcifiée dans l’ostéoplaste (en communication par les canalicules de Holmgren). Cellule bordante : métaboliquement peu active, permet régulation du passage des nutriments et protection contre les ostéoclastes. Ostéoclaste : Macrophage propre à l’os intervenant dans la formation de l’os définitif et son remaniement perpétuel à l’âge adulte, crée les lacunes de Howship. Cellules soumises à des régulations hormonales (PTH, vit D) Le tissu osseux 139 Le tissu osseux B) La matrice extracellulaire : Fibres : collagène de type I Substance Fondamentale : composition classique mais GAGs sulfatés +++ 50% d’eau et grande compacité. Protéines structurales (colle biologique) : fibronectine et protéines propres à l’os. Minéralisation : caractéristique de l’os, cristaux d’hydroxyapatite (=réservoir minéral mobilisable). 140 Le tissu osseux C) Formation de l’os : Il y a deux types d’os: primaire et secondaire ( = définitif). Os primaire jusqu’à la fin de la puberté: Il est formé par ossification endochondrale (à partir du cartilage hyalin) ou endoconjonctive (à partir du mésenchyme). Fibres de collagène I organisées en multidirectionnel. Os secondaire chez l’adulte: Formé par remaniement de l’os primaire. ATTENTION : les os longs s’ossifient grâce aux deux mécanismes (endoconjonctif pour la périphérie de la diaphyse et endochondral pour le reste) alors que les os de membrane subissent uniquement le mécanisme endoconjonctif. 141 Le tissu osseux Organisation de l’os secondaire : De la périphérie vers le centre, on a : Périoste : TC dense Système fondamental externe : grande lame de collagène I. Ostéoblastes en couche ostéogène d’Ollier Os compact= haversien : ensemble d’ostéons = lamelles de collagène I en cylindres emboîtés; séparés par l’endoste (TC lâche). Os spongieux : composé de spicules osseux contenant des lamelles concentriques dans différentes directions de l’espace. Entre les spicules : moelle osseuse hématopoïétique. 142 Stage de Pré-Rentrée 2013 Tissu musculaire Diaporama révisé par Asma LAHMAR (ATM²) 143 Le tissu musculaire • C’est un tissu dont les cellules sont spécialisées dans la production de travail mécanique transmis (et chaleur). • Il existe trois types de fibres musculaires: Fibre striée squelettique : mouvement volontaire Fibre myocardique = striée : fonctionnement autonome pour la contraction du cœur Fibre lisse : mouvement involontaire sous contrôle du système nerveux végétatif. 144 Le tissu musculaire A) Le muscle strié squelettique : • Le rhabdomyocyte (= cellule musculaire striée squelettique) est une cellule d’origine mésodermique, plurinucléée (syncytium), avec de nombreux organites. • Au centre du rhabdomyocyte, se trouve l’appareil contractile (myoplasme), composé de myofilaments (d’actine et de myosine) organisés sous forme de sarcomères. Appareil contractile vu au MO (cf schéma) : - Bandes sombres A (anisotropes) avec au milieu une bande H plus claire, et une strie M (au centre de la bande H). - Séparées par des hémi-bandes claires I (isotropes), coupées en deux par des stries Z. 145 Le tissu musculaire Le sarcomère est l’unité de base contractile de la fibre musculaire, comprise entre deux stries Z, et comprend une bande A et deux 2 demi bandes I +++. L’alignement de sarcomère forme une myofibrille. 146 Le tissu musculaire Il existe plusieurs types de FMSS: Fibres extrafusales : la majorité -Fibres de type I : contraction lente mais soutenue -Fibres de type II: contraction rapide mais fatigable Fibres satellites : mononucléées, pour la régénération du tissu Fibres intrafusales : forment le fuseau neuromusculaire, récepteur pour mesurer le degré d’étirement du muscle. 147 Le tissu musculaire Le muscle est un organe composé de : Fibres musculaires entourées d’une lame basale Endomysium (TC lâche) entre les fibres Périmysium (TC dense) délimitant les faisceaux Epimysium (TC dense) délimitant le muscle. 148 Le tissu musculaire B) Muscle cardiaque (myocarde) : • Définition : tissu musculaire spécialisé dans la genèse d’un rythme cardiaque autonome par ses propriétés contractiles. • Il existe trois types cellulaires: - Les cellules cardionectrices (cardiomyocytes automatiques) : responsables de la création de l’influx nerveux à l’origine du rythme cardiaque et de sa transmission. - Les cardiomyocytes contractiles: bifurquées et contractées de manière synchrone sous l’effet de la dépolarisation transmise par les cellules cardionectrices, par des jonctions spécialisées (stries scalariformes). - Les cellules myoendocrines : sécrétion endocrine (peptide atrial natriurétique) 149 Le tissu musculaire Cardiomyocyte contractile 150 Le tissu musculaire C) Le muscle lisse : • • • • Le léiomyocyte (cellule musculaire lisse) est mononucléée et contient un appareil contractile formé d’actine et de myosine, mais sans organisation en sarcomères +++. Elles se contractent de manière synchronisée par le biais de nombreuses jonctions communicantes (flux de calcium). Il existe plusieurs types de FML: FML des viscères, péricytes (FML des parois vasculaires), cellules myoépithéliales, cellules myoépithélioïdes, myofibroblaste. Il existe différents types de muscles lisses: -Les FML isolées : dans les capsules conjonctives, les tissus conjonctifs, le chorion. -Les FML en couches concentriques: les plus fréquentes, retrouvées au niveau du tube digestif et des vaisseaux -Les FML organisées : rares, muscle arrecteur du poil, iris. 151 Stage de Pré-Rentrée 2013 Tissu nerveux Diaporama révisé par Asma LAHMAR (ATM²) 152 Le tissu neuroglial •A) Définition : •Le tissu neuro-glial est spécialisé dans la réception, le traitement, le stockage, la transmission de signaux électriques. •Il est composé de neurones reposant sur un tissu de soutien, la névroglie, comprenant plusieurs types cellulaires. • Le système nerveux se décompose en : - système nerveux central - système nerveux périphérique 153 Le tissu neuroglial • B) Le neurone : • C’est la cellule principale du tissu nerveux, formée de plusieurs parties : - les dendrites : courts et ramifiés. - un corps cellulaire = péricaryon = soma - un cône d’émergence : liaison entre le corps cellulaire et l’axone - l’axone: unique et plus ou moins long, en relation avec les autres neurones par les terminaisons axonales, comportant des synapses pour la transmission de l’influx nerveux. 154 Le tissu neuroglial • Classification des neurones : MORPHOLOGIQUE - FONCTIONNELLE Unipolaire Bipolaire Multipolaire Pseudo-unipolaire Apolaire - Sensoriel : organes des sens. - Sensitif : tact, température, douleur - Moteur : muscles - D’association (ou interneurone) : dans la moelle épinière 155 Le tissu neuroglial Classification morphologique des neurones 156 Le tissu neuroglial •C) La synapse : • Définition : La synapse est une jonction particulière aux neurones, située au niveau des terminaisons axonales. • Il existe deux types de synapses : - Électrique : transmission de la dépolarisation par le biais d’ions. - Chimique : transmission de la dépolarisation par le biais de neuromédiateurs (sérotonine, histamine…). • La synapse entre neurone moteur et FM est dite jonction neuromusculaire et fonctionne par le biais de l’acétylcholine. 157 Le tissu neuroglial Synapse chimique 158 Le tissu neuroglial • D) Les cellules gliales : Les astrocytes : fibreux (SB) ou protoplasmiques (SG) - Les astrocytes de type I sont situés au niveau de la barrière hématoencéphalique pour réguler le passage de nutriments vers les neurones. - Les astrocytes de type II facilitent la conduction de l’influx nerveux sur l’axone et la transmission au niveau des synapses. Les oligodendrocytes : fabriquent la myéline au niveau du SNC. Les cellules de Schwann : fabriquent la myéline au niveau du SNP. Les microgliocytes : sont les macrophages propres au SN. Les épendymocytes : élaborent le LCR au niveau des plexus choroïdes. L’ensemble de ces cellules intervient dans le développement et la nutrition des neurones, la formation des synapses, elles maintiennent l’environnement du neurone stable au niveau des ions et favorisent la régénérescence. 159 Le tissu neuroglial 160 Le tissu neuroglial • E) Organisation du tissu nerveux : • Il est formé de deux substances: - La substance blanche : axones des neurones. Elle est centrale au niveau du cerveau et périphérique dans la ME. - La substance grise : corps cellulaires des neurones. Elle est périphérique dans le cerveau et centrale dans la ME. • Il est se décompose en: - SN central : cerveau + cervelet + TC + ME - SN périphérique : ensemble des nerfs émergeant du cerveau ou du TC (nerfs crâniens) ou de la ME (nerfs rachidiens). 161 Le tissu neuroglial Substance blanche Substance grise Coupe de moelle épinière Coupe de cerveau 162 Le tissu neuroglial • Le SNC est protégé par trois enveloppes (méninges) : - la dure mère (ou pachyméninges) : contre l’os, la plus épaisse - l’arachnoïde : sous la dure mère, sert de porte-vaisseaux et permet le passage du LCR - la pie mère : la plus proche du SNC et la plus fine. • Le SNP est formé de nerfs, qui sont le regroupement de fibres nerveuses : - les axones sont séparés par l’endonèvre. - plusieurs axones forment un faisceau délimité par le périnèvre. - plusieurs faisceaux forment un nerf délimité par l’épinèvre. 163 Le tissu neuroglial 164 Séance 6 Mitochondries Peroxysomes Matrice Extra-Cellulaire Stage de Pré-Rentrée 2013 Mitochondries Diaporama réalisé par Thomas LEFEBVRE (TSN) 166 Introduction mitochondrie -Origine : procaryote -La cellule eucaryote est le fruit d’une symbiose entre : une cellule ancestrale anaérobie et un procaryote aérobie -Sa fonction principale est la production d’ATP -La mitochondrie est la «centrale nucléaire» de la cellule -Elle possède une double membrane -Elle a un rôle clé dans l’apoptose ou mort cellulaire programmée Structure de la mitochondrie Comment l’étudier Fractionnement : Lyse osmotique + centrifugation ( différentielle et en gradient de densité ) On peut séparer 4 entités, du plus externe au plus interne on a : -Membrane externe -Espace intermembranaire -Membrane interne -Matrice Chaque entité peut être analysée pour connaitre leur composition Microscopie : -lumière visible : coloration vert de Janus B -fluorescence : Rhodamine 123 et MitoTracker, GFP avec signal d’adressage mitochondrial On peut voir et suivre la dynamique des mitochondries Morphologie Fonctions -La fonction principale est la RESPIRATION CELLULAIRE : consommation d’oxygène et de molécules carbonées pour produire de l’ATP et du CO2 -Dégradation des acides gras (béta-oxydation) (= casser les gros acides gras en petites molécules carbonées) -Participation à l’apoptose -Synthèse de métabolites : hème, hormones stéroïdes, hydroxylation de molécules par cytochrome P450 … -Contrôle des concentrations cytosoliques en calcium, balance redox Au final le métabolisme procaryote sert maintenant à la cellule eucaryote il y a eu une véritable intégration de son métabolisme Fonction principale : production d’ATP Echanges avec le cytosol -Membrane externe : perméases pour les métabolites et passage des électrons sous forme de cofacteurs réduits avec les navettes. -Antiport ADP/ATP -Symports métabolite/proton H+ (grâce à la DDP et au gradient de H+) Transfert d’électrons Principe généraux des transferts d’électrons Les navettes mitochondriales Cette navette permet le transfert d’électrons du NADH ( produit par la GLYCOLYSE) vers l’ubiquinone de la membrane interne. 2 Navettes : -glycérol-P -Malate-Aspartate Les navettes mitochondriales La navette malate-aspartate génère du NADH dans la matrice Les complexes de la chaine respiratoire La chaine respiratoire (membrane interne) est composée de : 4 complexes protéiques membranaires contenant des atomes métalliques récepteurs d’électrons (Fe, Cu …) : -Complexe I (NADH déshydrogénase) : entrée de e- du NADH et transfert à UQ -Complexe II (succinate déshydrogénase) :entré des e- venant du FADH2 et transfert vers UQ -Complexe III (complexe b-c1) : récupération des e- de l’UQ (réduite UQH2) et transfert au cytochrome c -Complexe IV (cytochrome c oxydase) : récupération des e- du cytochrome c réduit et transfert ) l’oxygène (formation d’eau) 2 transporteurs d’électrons -l’Ubiquinone dans la membrane interne -Cytochrome C soluble dans l’espace intermembranaire Les complexes de la chaines respiratoires L’ATP synthase Complexe protéique >500 kDa -« pied » transmembranaire et « tige » : ATPase F0 -« tête » : ATPase F1 -Energie électrochimique ( gradient de H+) Energie mécanique (rotation) Energie chimique (liaison phosphate ATP) Synthèse de l’hème et des stéroïdes • La mitochondrie participe à la synthèse de : -stéroïdes (grâce au cytochrome P450) -l’hème (pour cytochromes, hémoglobines, myoglobines…) à partir du citrate (début et incorporation du Fe dans la matrice mitochondriale) Rôle dans l’apoptose • Libération dans le cytosol de cyt. C et procaspases (apoptose) • Libération de ca2+ et d’H+ (acidification du cytosol) • Effondrement des gradients et arrêt de la production d’ATP Cycle biologique Présence d’un génome mitochondrial : -variable selon les espèces -circulaire (chez l’homme) -contient les gènes pour ARNr des mitoribosomes des ARNt -contient les gènes codant pour 13 protéines mitochondriales Réplication de l’ADNmt indépendante du cycle cellulaire Ribosomes mitochondriaux de type procaryote Cycle de division/fusion régulé par GTPase sur les deux membranes Les mitochondries sont des organites semi-autonomes Leur nombre varie selon le type cellulaire et la demande en ATP Adressage des protéines Protéines de la matrice la majorité est clivée : le peptide signal N-ter (env 20aa) Clivée après transport. Toutes les protéines de la membrane externe : séquence signal interne non clivée Plusieurs de l’espace intermembranaire et de la membrane interne : séquence signal interne non clivée Adressage des protéines Transmissions et conséquences pathologiques Stage de Pré-Rentrée 2013 Peroxysomes Diaporama réalisé par Thomas LEFEBVRE (TSN) 186 Le nombre de peroxysomes varie selon les besoins métaboliques du moment Stage de Pré-Rentrée 2013 Matrice Extra-Cellulaire Diaporama réalisé par Héloïse BRUZARD (TSN) 193 Sommaire Introduction Séance 7 Cytosquelette Adhérence &jonctions Stage de Pré-Rentrée 2013 Cytosquelette Diaporama révisé par Asma LAHMAR (ATM2) 208 Sommaire • • • • • I- Généralités II- Fonctions III- Microfilaments d’actine IV- Microtubules V- Filaments intermédiaires 209 I - Généralités •Le cytosquelette est l’ensemble de structures filamenteuses ou tubulaires à l’intérieur d’une cellule ayant pour fonction principale de maintenir la forme de la cellule. 210 I - Généralités • Structure de base : Liaison longitudinale (zone de fragilité) Liaison latérale Monomères (sous unité) Elément du cytosquelette (un os de la cellule) Protofilaments 211 I - Généralités • 3 éléments le constituent : 212 I - Généralités • Le cytosquelette se forme par polymérisation de sous-unités protéiques : - globulaires : MF, MT. - fibreuses : FI 213 I - Généralités MICROFILAMENTS FILAMENTS INT. MICROTUBULES Monomère (SU) = Actine 2 protofilaments Monomère (SU) = Tétramère 8 protofilaments Monomère (SU) = dimère de tubuline 13 protofilaments 214 I - Généralités • Structure dynamique et résistante : - Microtubules : très dynamiques mais peu résistants. - Microfilaments d’actine : très dynamiques et résistants. - Filaments intermédiaires : peu dynamiques mais très résistants. 215 I - Généralités • Orientation : indispensable pour le transport de certaines macromolécules. - + • - Microfilaments d’actine : polarisé myosines Dynéine • - Microtubules : Kinésine polarisé - Filaments intermédiaires Pas : de polarité des FI+++, - + - + polarisé pas de protéines motrices car pas d’orientation - + polarisé + + - + Assemblage tête bêche en tétramère: Perte de la polarité, le + et le – s’annulent I - Généralités • Les trois éléments du cytosquelette fonctionnent en coopération. • La plectine est la principale protéine permettant de relier les 3 éléments du cytosquelette. 217 II - Fonctions Maintenir la forme cellulaire. Servir de support structural à plusieurs fonctions cellulaires : - Mouvements (cils, flagelles) - Absorption (microvillositées) - Jonctions, Communication218 II - Fonctions Diriger ou orienter le mouvement de certaines macromolécules d’une région à l’autre du cytoplasme. Permettre le mouvement et/ou le déplacement de la cellule. 219 III - Microfilaments L’actine se présente sous forme d’un monomère d’actine G possédant un site nucléotidique pour l’ATP. • 3 principales isoformes : α, β, γ • Des substances comme la phalloïdine, les cytochalasines ou la latrunculine affectent la polymérisation de l’actine. • Dynamique de polymérisation: polymérisation d’actine G -> actine F = MF = double hélice Extrémité + : ajout d’actine G-ATP Extrémité - : perte d’actine G-ADP Liaison non covalente entre monomères! 220 III - Microfilaments • A) Nucléation et stabilisation: • • La formation des MF est spontanée +++. ([monomères]=1000x Ccritique) Le complexe Arp 2/3 : situé à l’extrémité – du MF d’actine, il permet de réguler la polymérisation de l’actine et permet la formation d’un réseau branché d’actine. • La tropomyosine : c’est une protéine fibreuse qui permet la stabilisation latérale de la double hélice d’actine F. Les protéines de coiffe : situées à l’extrémité +, elles permettent la stabilisation des MF d’actine en bloquant la polymérisation/dépolymérisation. • 221 III - Microfilaments • B) Organisation : les MF d’actines peuvent s’organiser de 3 façons: – Faisceau serré (ou parallèle) : grâce à la fimbrine. – Faisceau large (ou contractile) : grâce à l’alpha-actinine. – Réseau tridimensionnel : grâce à la filamine. FAISCEAU SERRÉ FAISCEAU LARGE 222 RESEAU III - Microfilaments • C) Rôle dans la cellule musculaire : Dans la cellule musculaire striée, l’actine s’organise pour former un sarcomère, unité de base contractile. 223 Microfilament d’actine au sein d’un sarcomère III - Microfilaments • Rôle dans la cellule musculaire : 224 Etapes de la contraction musculaire III - Microfilaments • D) Autres rôles : - Microvillosités : - Locomotion, exocytose endocytose : - Déplacement à l’aide de queue d’actine : 225 IV - Microtubules • Un microtubule possède une structure cylindrique creuse, constituée de dimères de tubuline α et β. 226 IV - Microtubules • Il existe 2 types de microtubules : • Les microtubules labiles : - microtubules cytosoliques - très dynamiques, instables - instabilité mise à profit lors de réorganisation de la cellule ou lors de mitose - sensibles au froid, aux alcaloïdes dépolymérisants - rayonnent à partir d’un centriole MT labile 2 centrioles • Les microtubules stables : - ne dépolymérisent jamais - stabilisés par des protéines spécifiques - forment des structures spécifiques : axonèmes, corpuscules basaux, centrioles 227 IV - Microtubules • Chaque tubuline constituant le microtubule est capable de fixer une molécule de GTP, mais seul le GTP des tubulines β est hydrolysable en GDP. Hydrolysation du GTP des tubulines β Sans hydrolysation 228 IV - Microtubules A) Formation : + - In vitro Polymérisation Dépolymérisation Extrémité + Extrémité Hydrolysation du GTP de la tubuline beta Insertion de dimères marqués par une molécule fluorescente 229 Effet tapis roulant IV - Microtubules In vivo • Au niveau de l’extrémité – on trouvera un complexe de nucléation qui empêchera la dépolymérisation à son niveau : ce sont les corpuscules basaux et les centres organisateurs MTOC (composé de 2 centrioles + du matériel péricentriolaire). Tubuline gamma (matériel péricentriolaire, site de nucléation) + • Du coup la polymérisation et la dépolymérisation se feront par alternance au niveau de l’extrémité +. 230 IV - Microtubules In vivo • On a alors un succession de : - Catastrophe (dépolymérisation) - Sauvetage (reprise de la croissance, polymérisation) + 231 IV - Microtubules •B) Protéines associées : Il existe de nombreuses protéines associées au microtubules, ou MAP : - stabilisatrices : MAP2, Tau, etc… - déstabilisatrices : katanine, catastrophine, etc… - motrices : dynéine (du + vers le -) et kinésine (du – vers le +). - + 232 IV - Microtubules • C) Rôle des MT lors de la mitose : 233 IV - Microtubules •D) Autres rôles : - maintien de la géométrie cellulaire - transport de vésicules, protéines, organites, ARNm… 234 IV - Microtubules •E) Structures pluritubulaires : - Centriole : C’est un structure en rayon de roue constitutive du centrosome. Centrosome = 2 centrioles perpendiculaires + matériel péricentriolaire. Les centrioles participent à la formation du centre cellulaire au cours de l’interphase, et constituent les asters lors de la mitose. - Cils et flagelles : Constitués d’un corpuscule basal et d’un axonème, ce sont des structures stables qui jouent un rôle dans la mobilité cellulaire et extracellulaire (ex: spermatozoïdes, épithélium bronchique…). 235 IV – Les filaments intermédiaires •Les filaments intermédiaires sont les structures les plus stables et les moins solubles du cytosquelette. •Ils sont constitués de sous-unités fibreuses (et non globulaires), qui varient selon les types cellulaires. En effet, il existe différents isoformes, classifiés en familles, qui présentent un domaine constant (domaine en bâtonnet) et des domaines variables (tête et queue). •L’assemblage est spontané pas d’hydrolyse de nucléotide 236 IV – Les filaments intermédiaires •A) Structure : - partie centrale : AA hydrophobes organisés en hélice α. - extrémités : taille et structure variable Le superenroulement de 2 monomères parallèles constitue un dimère. 237 IV – Les filaments intermédiaires •Le filament intermédiaire est le fruit de l’association antiparallèle de dimères pour former des tétramères, puis des tétramères en protofilaments. •8 protofilaments constituent un filament intermédiaire. Protofilaments 238 IV – Les filaments intermédiaires •B) Fonctions : - résistance à l’étirement dans la cellule musculaire. - stabilité mécanique de la peau. - augmentation du diamètre du neurone (augmente la vitesse du potentiel d’action). - organisation des chromosomes dans le noyau (lamines). 239 Stage de Pré-Rentrée 2013 Adhérence et jonctions Diaporama révisé par Benoît Diouf (ATM²) 240 Sommaire I – Généralités II- Les différentes jonctions : A) Jonctions serrées = zonula occludens B) Jonctions Adhérentes = zonula adherens C) Desmosomes= macula adherens D) Hémidesmosomes E) Jonctions communicantes= gap junction III – Les molécules d’adhérence I- Généralités • Une cellule n’est pas indépendante, elle évolue au sein d’un environnement et est rattachée aux cellules voisines et à la matrice extracellulaire par des jonctions. • Il existe donc des jonctions cellule/cellule ou cellule/MEC (matrice extracellulaire) •Une jonction met en jeu des molécules d’adhérence et interagit la plupart du temps avec le cytosquelette. • Les jonctions jouent un rôle fondamental dans la communication intercellulaire, le maintien de l’intégrité des tissus et la migration cellulaire. On distingue quatre types de jonctions : -les jonctions étanches (zonula occludens) - les jonctions adhérentes et desmosomes - les hémi-desmosomes - les jonctions communicantes II- Les différentes jonctions II- Les différentes jonctions II- 1) Jonctions serrées ou zonula occludens Elle n’est rencontrée que dans la cellule épithéliale polarisée +++ Les molécules d’adhérence sont : les claudines et occludines. Au niveau cytosolique, des microfilaments d’actine sont rattachés à la jonction par des protéines membranaires spécifiques. Elle a différents rôles : - Définit la polarité en divisant la cellule en deux domaines, apical (au-dessus de la jonction serrée) et basolatéral (au-dessous). - Assure l’étanchéité => Barrière de protection II- 2) Jonctions adhérentes ou zonula adherens Elle n’est rencontrée qu’entre deux cellules épithéliales polarisées +++ Les molécules d’adhérence impliquées sont des cadhérines: elles forment une jonction en ceinture Au niveau cytosolique, des microfilaments d’actine sont rattachés à la jonction par l’intermédiaire de protéines périphériques ou d’adaptation. Rôle : assurer l’intégrité physique de l’épithélium. II- 3) Desmosome ou macula adherens Il est présent entre deux cellules, épithéliales et/ou non épithéliales. Les molécules d’adhérence sont des cadhérines spécifiques (desmocolline et desmogléine). Au niveau cytosolique, on retrouve une plaque dense cytosolique, de forme discoïde, constituée par les protéines d’adaptation et des filaments intermédiaires. II- 4) Hémi-Desmosome Il assure la liaison entre une cellule et la matrice extracellulaire (lame basale). Les molécules d’adhérence impliquées sont des intégrines : elles se lient à certains composants de la matrice extracellulaire(laminine, collagène) On retrouve, comme dans les desmosomes, une plaque dense cytosolique et des filaments intermédiaires associés. Rôle : Assurer la cohésion entre les cellules et la matrice extracellulaire II- 5) Jonctions communicantes Elles sont présentes dans de nombreuses cellules, épithéliales et non épithéliales (cellules musculaires lisses, cardiomyocytes). Elles sont constituées par l’association de plusieurs connexons entre deux cellules adjacentes, chaque connexon étant formé de six sous-unités protéiques appelées connexines. Rôle : permettre le passage de petites molécules hydrophiles du cytosol d’une cellule à celui de la cellule voisine et donc, assurer la coordination entre les cellules (CML +++). III- Les molécules d’adhérence Les molécules d’adhérence sont des récepteurs retrouvés à la surface de la membrane plasmique. Elles déterminent la capacité d’adhérence d’une cellule. Elles se lient entre elles par des liaisons homotypique -ou encore homophilique- (cadhérine/cadhérine) ou hétérotypique – ou encore hétérophilique- (sélectine/intégrine). Il existe plusieurs familles : - les CAM Ig (immunoglobuline) - les cadhérines - les sélectines - les mucines - les intégrines Séance 8 Noyau, chromosomes &caryotype Mitose Méiose Stage de Pré-Rentrée 2013 Noyau, chromosomes &caryotype Diaporama révisé par Myriam EL MAAMAR et Asma LAHMAR (ATM²) 252 Sommaire I- Généralités II- L’enveloppe nucléaire III- Description du pore nucléaire IV - Les échanges nucléo-cytoplasmiques V – La lamina nucléaire VI – Organisation de l’ADN dans le noyau VII – Nucléole et synthèse des ribosomes VIII – Etude génomique IX – Anomalies I - Généralités • En principe, il est unique et au centre de la cellule (sauf GR, certains kératinocytes, cellules plasmodiales et syncitiales). • Il contient presque 100% du génome (ADN), délimité par une double membrane percée de pores. • Forme: rond (neurone), ovale (FB), polylobé (PN) • Taille : définie par le rapport nucléo-cytoplasmique, c’est-à-dire la place qu’il occupe dans la cellule (N/P élevé : cellule différenciée, N/P faible : cellule jeune/cellule cancéreuse) • On peut le mettre en évidence : - par fluorescence DAPI sur cellule vivante - par colorants basiques (hématoxiline) sur cellule fixée - par réaction de Feulgen II – Enveloppe nucléaire Elle se compose de 2 membranes séparées par l’espace péri-nucléaire, (lui-même en continuité avec la lumière du RE). -mb externe = même composition que la membrane du RER -mb interne = canaux calciques, récepteurs aux histones (régulation de l’expression des gènes) Variantes : Elle se désassemble en prométaphase Elle se rassemble en télophase. Pendant l’interphase, double rôle : -séparation du génome -interaction avec le génome III – Description du pore nucléaire Composition : 2 anneaux enchâssés dans l’enveloppe nucléaire : cytosolique + nucléoplasmique + 1 petit anneau nucléoplasmique 1 transporteur central pour les grosses molécules (PM > 40 kDa) 8 canaux latéraux pour diffusion facilité des petites molécules. Ancrage de nucléoporines N-Glycosylées dans l’enveloppe. IV – Echanges nucléocytoplasmiques • Dans les deux sens, la protéine est sous forme repliée : - Cytosol → nucléoplasme = via importine (α+β) -Nucléoplasme → cytosol = via exportine • Ces molécules reconnaissent un signal d’adressage : -NLS : Localisation -NES : Exportation -NRS : Rétention • Phénomène régulé par le nombre de pores, et le masquage/démasquage des séquences d’adressage. V – La lamina nucléaire Lamina nucléaire = nucleosquelette formé par des lamines (FI) -donne sa forme à l’enveloppe -phosphorylation des lamines → rupture de l’enveloppe (cf mitose). VI – Organisation de l’ADN dans le noyau • Le génome humain : 23 paires de chromosomes (chr), 3,2.10^9 pb/génome haploïde • Chromatine (ADN + protéines) - dispersée = Euchromatine - condensée = Hétérochromatine - hypercondensée = Chr mitotiques (NB : il n’y a pas de noyau lors de la mitose) • Nucléosome = ADN + Histones (2*H2A,2*H2B,2*H3,2*H4 + 1*H1) VII- Nucléole et synthèse des ribosomes dans le noyau • C’est une région intra-nucléaire présente à l’interphase. • Il contient les régions NOR des chromosomes acrocentriques (=5 paires : 13, 14, 15, 21, 22). • Il est responsable de la synthèse des ribosomes : - synthèse d’ARNr (ribosomal) 45S - incorporation de l’ARNr 5 S non nucléolaire - séparation des 2 sous-unités, transfert par les pores, et assemblage cytoplasmique des sous-unités. VII- Nucléole et synthèse des ribosomes dans le noyau Etape 1 : transcription de l’ARNr 45S Etape 2 : importation de protéines ribosomales et de maturation Etape 3 : formation de la particule ribonucléoprotéique (condensation) Etape 4 : clivage de l’ARNr 45S en 28S, 18S et 5,8S Etape 5 : incorporation de l’ARNr 5S (synthétisé hors du nucléole) Etape 6 : transfert des sous unités par les pores ASSEMBLAGE DANS LE CYTOSOL SUR UN ARNm ! VII- Etude génomique • Réalisé sur cellules somatiques isolées en mitose, et observation au microscope optique. • Coloration standard = Giemsa • Un caryotype normal s’écrit 46, XX ou 46 XY. VII- Etude génomique VII- Etude génomique •Mise en évidence de bandes chromosomiques : Bandes G: Giemsa + Digestion enzymatique ménagée. Bandes R: Giemsa + Dénaturation thermique ménagée. Bandes C: Giemsa + coloration au baryte Bandes Q: Quinacrine (fluo) NOR: régions colorées au nitrate d’argent. VII- Etude génomique • Cytogénétique moléculaire : technique de FISH (Fluorescent In Situ Hybridization) Utilisation de sondes d’ADN ou d’ARN complémentaires. AVANTAGES Ne nécessite pas obligatoirement de cellule en métaphase Bonne résolution Technique de recherche +++ INCONVENIENT « On ne trouve que ce que l’on cherche » VII- Etude génomique IX- Anomalies Elles sont de plusieurs sortes : Constitutionnelles / Acquises Homogènes (accident méiotique) / En mosaïques (accident mitotique) Equilibrées / Déséquilibrées On distingue : Anomalies de nombre : concernent une ou quelques paires de chromosomes Ex : 47, XY, +21 ou 45, X0 Anomalies de structures : translocation, délétion… translocation réciproque : échange entre 2 chromosomes Ex : 46, XX, t(3,21)(p13;q22) translocation robertsonienne : fusion centrique de chromosomes acrocentriques Ex : 45, XY, der(14,21)(q10;q10) délétion : perte d’une partie d’un chromosome Ex : 46, XY, del(5)(p15) Anomalies du degré de ploïdie : multiple entier du nombre de chromosomes Ex : triploïdie 3n=69chromosomes, on note 69, XXX ou 69, XXY (dispermie +++) Stage de Pré-Rentrée 2012 Mitose Diaporama réalisé par Asma LAHMAR (ATM²) 268 Sommaire I – Généralités : II – Les différentes phases : A) B) C) D) E) Prophase Prométaphase Métaphase Anaphase Télophase III- Les régulateurs de la mitose IV- La compaction de la chromatine V- Les anomalies de la mitose I- Généralités • Phase M du cycle cellulaire . Cycle cellulaire : Interphase + Mitose Mitose : Caryocinèse + Cytodiérèse • 5 phases se succédant de façon continue. • Seule phase du cycle cellulaire visible, durée courte comparée au reste du cycle cellulaire Objectif : Division de la cellule mère en deux cellules filles semblables par dédoublement du génome dupliqué pendant l’interphase. Interphase Mitose Au cours du cycle cellulaire, il y a des variations de la ploïdie (n) d’une cellule ainsi que de la quantité d’ADN (q). Cellule normale : 2n chromosomes 2q ADN (diploïdie) A chaque phase S : 2n chromosomes 4q ADN (on duplique l’ADN) Anaphase : 4n chromosomes 4q ADN (on sépare les chromatides) Cytodiérèse : 2n chromosomes 2q ADN (on revient à une cellule normale) Petit point sur la ploïdie d’une cellule : Soit n le nombre de chromosomes et q la quantité d’ADN pour 1 paire. Ces deux cellules présentent 2 chromosomes par paire, elles sont donc diploïdes, on les appelle chromosomes homologues et on note 2n chromosomes, ainsi que 2q ADN. Les homologues de la cellule de droite ont 2 chromatides sœurs, c’est parce qu’ils ont subis une réplication. Attention, la cellule est toujours diploïde, mais la quantité d’ADN pour 1 paire a doublé, on note 4 ADN Ici, les deux cellules sont haploïdes, elles ne présentent qu’un seul homologue par paire, on notera 1n chromosome et 1q ADN. Dans la cellule de droite, les homologues possèdent 2 chromatides sœurs, on notera donc 1n chromosome 2q ADN. II- Les différentes phases Prophase : Début : Visualisation des chromosomes. Fin : Rupture de l’enveloppe nucléaire. Prométaphase : Début : rupture de l’enveloppe nucléaire. Fin : Fixation de tous les chromosomes sur le fuseau. Métaphase : Fin : Alignement des chromosomes dans le plan équatorial => plaque équatoriale Anaphase : Début : séparation des chromatides. Fin : Tassement polaire des chromatides. Télophase et cytodiérèse : Reformation de l’enveloppe nucléaire (création de deux nouveaux noyaux) et séparation en deux cellules filles. Mémo : « TAMPPI » (Inter / Pro / Pro / Méta / Ana /Télo à l’envers) II- Les différentes phases A) Prophase : • CONDENSATION +++ • Chromatine non visible à l’interphase se condense : chromosomes visibles mais on ne différencie pas les chromatides (on parle de chromosomes « longs, flexueux et entremêlés ») • Eloignement des centres polaires (centrosomes) reliés à la membrane par des fibres, les asters , qui les tractent vers les pôles. • Croissance et rétractation des MT qui va aboutir au phénomène de fishing • Effacement du nucléole II- Les différentes phases B) Prométaphase : • Rupture de l’enveloppe nucléaire en saccules. • Les chromatides des chromosomes sont désormais discernables mais accolées. • Mise en place de l’appareil achromatique = asters + pôles + fuseau mitotique • Capture des chromosomes par les fibres kinétochoriennes (microtubules) qui les relient aux centrosomes. Des fibres polaires (microtubules) relient les centrosomes entre eux. • Chaque chromosome est relié à chaque centrosome par une fibre kinétochorienne, il est ainsi attiré successivement de chaque côté : FISHING. C) Métaphase : • Dernier point de contrôle du fuseau : vérifie si présence d’anomalie, au-delà l’évolution est irréversible. • Les chromatides ne sont désormais reliées que par des cohésines juxtacentromériques. • Visibilité maximale = chromosomes métaphasiques en X • Les chromosomes se concentrent au centre : plaque équatoriale (vue de profil) ou couronne équatoriale (vue polaire). II- Les différentes phases D) Anaphase : • Le contrôle du fuseau est passé, désormais si une mutation n’a pas été détectée et corrigée elle se répercutera sur les cellules filles. • La séparase, une enzyme, coupe les dernières cohésines : les chromatides sont désormais des chromosomes anaphasiques qui sont tractés vers les pôles. (Anaphase A) • La cellule s’allonge et les saccules de l’enveloppe nucléaire se répartissent entre les deux pôles. (Anaphase B) 1 chromosome anaphasique = 1 chromatide +++ II- Les différentes phases E) Télophase et cytodiérèse : Télophase : - Tassement des chromosomes anaphasiques aux pôles. - Formation de deux nouveaux noyaux à partir des saccules d’enveloppe nucléaire => Fin de la Caryocinèse Cytodiérèse : étranglement puis séparation de la cellule mère en deux cellules filles par le resserrement d’un anneau d’actine. III- Les régulateurs 1er temps Sous le contrôle de CDK1-CycB1, sans oublier cdc5plk1 (élimine les cohésines) et aurora B (check point du fuseau) 2ème temps : transition métaphase/anaphase Grâce à APC/C (complexe d’ubiquitinylation) , activé par cdc20 3ème check point du cycle cellulaire : point de contrôle du fuseau 3ème temps : sortie de mitose Sous le contrôle du réseau MEN, activé par cdc14 IV- Compaction La chromatine interphasique possède 3 niveaux de compaction (après la fibre nue de 2nm) : • nucléosomes : 11nm, « collier de perles » • fibre de 30 nm • domaines en boucles La chromatine mitotique en connaît 2 supplémentaires : • spiralisation : condensation des domaines en boucles grâce aux condensines, on obtient ainsi les chromosomes prophasiques (« longs, flexueux et entremêlés ») • microconvolution : spiralisation du squelette protéique, maximale, on aboutit aux chromosomes métaphasiques en X V- Anomalies mitotiques Mitose pluripolaire Amitose Réplication anarchique des centrioles entraînant une répartition anarchique du matériel génétique Cytodiérèse sans caryocinèse ANOMALIES Troubles de la caryocinèse Inhibition de la cytodiérèse Caryocinèse normale noyaux diploïdes Cellules plasmodiales (hépatocytes, ostéoclastes…) Inhibition métaphasique Pas de transition métaphase/anaphase 1 noyau tétraploïde Endoréduplication Chromosomes géants polyténiques Glandes salivaires des drosophiles Endomitose répétée x fois 1 noyau polyploïde Mégacaryocyte répétée x fois + non disjonction des chromatides Stage de Pré-Rentrée 2012 Méiose Diaporama réalisé par Asma LAHMAR (ATM²) 289 Généralités Elle permet la formation de 4 gamètes (spermatozoïde ou ovocyte) haploïdes (n chromosome) à partir d’1 cellules souches sexuelles diploïdes. Elle est composée de 2 divisions successives : M1 Division réductionnelle, c’est le passage à l’haploïdie M2 Division équationnelle, c’est la séparation des chromatides sœurs 2n chromosomes 4q ADN Cellule germinale M1 1n chromosome 2q ADN M2 1n chromosome 1 ADN Gamète La méïose permet la reproduction sexuée, c’est-à-dire la modification de la constitution génétique de la descendance. C’est grâce aux phénomènes de brassages que l’on peut aboutir à de nouvelles combinaisons génétiques. Ils sont de 2 sortes : • Le brassage chromosomique (ou inter-chromosomique) : qui résulte de l’orientation et de la disjonction aléatoire des chromosomes sur le fuseau • Le brassage intra-chromosomique : c’est un échange de bouts de chromosomes entre chromatides non sœurs, il a lieu en prophase 1 Attention : seul le brassage intra-chromosomique permet une recombinaison génétique, avec possibilité d’apparition de mutations. M1, division réductionnelle • Acteur principal : le BIVALENT complexe formé par les 2 homologues à 2 chromatides chacun, donc le bivalent a 4 chromatides séparables • La prophase 1 est l’étape la plus longue de la méïose, elle se divise en 5 étapes (Leptotène, Zygotène, Pachytène, Diplotène, Diacinèse) et c’est durant cette prophase que va avoir lieu le brassage intra-chromosomique. • Les mécanismes moléculaires de la prophase 1 font intervenir plusieurs enzymes et protéines, qui vont permettre l’appariement (alignement des homologues), la recombinaison génétique (échange physique de séquences ou morceaux de chromatides) et le synapsis (association intime des chromosomes homologues). PROPHASE 1 • • • • • • • • • • • • • LEPTOTÈNE Individualisation des chromosomes Condensation en boucles Appariement ZYGOTÈNE Apparition du complexe synaptonémal grâce aux interactions des axes protéiques latéraux Nodules précoces de recombinaison Ikebana PACHYTÈNE Complétion du complexe synaptonémal Degré max de condensation prophasique Nodules tardifs de recombinaison DIPLOTÈNE Décondensation partielle Dissolution des complexes chiasmas DIACINÈSE Recondensation Homologues reliés par les chiasmas bivalents En prométaphase 1, les kinétochores d’un homologue fusionnent : • chaque homologue = accrochage monothélique • mais bivalent = accrochage amphithélique En métaphase 1, les chiasmas forment le frein métaphasique (équivalent des cohésines juxta-centromériques), et vont êtres détruits par la séparase, ce qui permet l’ascension polaire de l’anaphase. A la fin de la première division, on enchaîne avec la seconde sans décondensation des chromosomes ni phase de réplication de l’ADN, c’est ce qui permet in fine d’obtenir des cellules haploïdes. Anomalies méïotiques ANOMALIES Ségrégation QUANTITATIVES : nombre anormal de chromosomes NON VIABLE QUALITATIVES : réarrangement pathologique entre chromosomes non homologues Équilibrée STÉRILITÉ Polyploïdie Multiple entier du nombre de paires de chromosomes Recombinaison Aneuploïdies Anomalie sur 1 ou qqs paires de chromosomes Monosomie Trisomie NON VIABLE NON VIABLE (sauf 13, 18, 21) Déséquilibrée NON VIABLE Mitose et meïose : quelles différences ?
