Biologie cellulaire

BIOLOGIE CELLULAIRE.
I-R APPEL SUR L ’ ORGANISATION DE LA CELLULE
EUCARYOTE .
L A MEMBRANE PLASMIQUE .
La membrane plasmique est constituée de lipides membranaires, de protéines et de
glucides.
LES LIPIDES.
-les phospholipides : ils
sont amphipathiques (ou
amphiphile), c’est-à-dire qu’ils
possèdent une partie polaire et
une partie apolaire, avec pour
base le glycérol (pour les
glycérophospholipides) ou la
sphingosine (pour les
sphingolipides).
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-les glycolipides, qui peuvent être plus
ou moins complexe, et qui résulte de
l’association de lipide et de sucre. C’est aussi
une structure amphiphile.
-le cholestérol, petit lipide amphiphile de la
famille des stérols.
La bicouche lipidique est fluide. Les protéines
peuvent s’y déplacer. En suivant les mouvements
lipidiques, elles peuvent se déplacer par simple
diffusion latérale ou effectuer des flip-flop, ce qui
reste plus rare.
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Dans la membrane on retrouve des radeaux lipidiques (lipid rafts). Il s’agit de régions
riches en cholestérol et sphingolipides. A cet endroit là, on observe un épaississement de la
membrane. C’est dans ces radeaux que l’on retrouve les ancres glycosyl-phosphatidylinositol
(ancre G.P.I.).
LA PERMEABILITE DE LA MEMBRANE.
Les molécules hydrophobes et les petites molécules, non chargées comme l’eau, l’urée, le
glycérol, passent facilement.
Les molécules hydrophiles et les ions passeront moins facilement ou utiliseront des
transporteurs (canaux, pompes…).
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LES PROTEINES.
Elles peuvent être associées à la membrane de différentes façons.
On va voir leurs fonctions :
-transporteurs (actif ou - enzymes.
- récepteurs.
-glycoprotéines
passif).
permettant des liaisons
avec
matrice
extracellulaire, avec le
cytosquelette…
LES GLUCIDES.
Les glucides sont très nombreux et il en existe une grande variété. On retiendra les
glycolipides (ose associé à un lipide), les glycoprotéines (ose associé à une protéine),
glycosaminoglycanes ou GAGs (hétéropolysaccharides formés par la répétition d'unités
disaccharidiques, sulfatées ou acétylées), protéoglycans (protéine associées à un GAG).
LE CYTOSQUELETTE.
Il existe trois types de
cytosquelette : les microtubules de tubulines
α et β, les microfilaments d’actine, et les
filaments intermédiaires.
Les cytosquelettes assurent un
grand nombre de rôles : ils maintiennent la
forme de la cellule, permettent la motilité
cellulaire, la ségrégation des chromosomes,
le transport et le soutient d’organelles et de
petites vésicules, les mouvements ciliaires
et flagellaire, la connexion intercellulaire
(jonctions GAP).
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C OMPARTIMENTS INTRACE LLULAIRES ET VOIES DE SECRETION .
LE NOYAU.
Il renferme la quasitotalité de l’ADN (pas la
totalité car une partie du
génome est mitochondriale
et plasmique pour les
végétaux). Il est constitué
d’une double membrane dont
les bicouches lipidiques qui
fusionnent au niveau des
pores nucléaires. La
membrane s’étend dans la
cellule et se ramifie pour
former le réticulum
endoplasmique (R.E.).
LES MITOCHONDRIES.
C’est le siège de la production d’énergie par phosphorylation oxydative.
LES PEROXYSOMES.
Ils assurent la détoxification des molécules actives et toxiques pour les autres
compartiments (comme le peroxyde d’hydrogène H 2O2 produit par la mitochondrie, ou comme
certains acides gras).
LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE.
Il s’agit du site d’entrée dans la voie de sécrétion. Il faut garder à l’esprit qu’il ne s’agit
que d’un seul compartiment très ramifié. Il permet la synthèse et/ou la modification posttraductionnelle des protéines, et des lipides. Le R.E. joue aussi le rôle de réserve de calcium, rôle
important dans les cellules musculaire par exemple.
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L’E.R.G.I.C. (ENDOPLASMIC RETICULUM-GOLGI INTERMEDIATE
COMPARTMENT).
C’est le compartiment intermédiaire entre le R.E. et l’appareil de Golgi. Il permet le tri et
le contrôle qualité des protéines provenant du R.E., à destination du Golgi.
L’APPAREIL DE GOLGI.
Il est responsable des modifications post-traductionnelles et de l’envoi des sécrétions à
leur destination prévue.
APRES L’APPAREIL DE GOLGI.
Il est à noter que plus on avance dans la voie de sécrétion, plus le pH diminue.
Parallèlement, la proportion de stérols membranaires, les épaisseurs de bicouche lipidiques, la
concentration de calcium luminal libre et de sphingolipides augmentent.
Une fois dans le réseau transgolgien, plusieurs voies de sécrétion sont possibles :
-La voie lysosomiale. Le lysosome est un compartiment acide pour lyser des
macromolécules en éléments plus petits (les protéines en acides-aminés, les acides nucléiques en
nucléotides, etc).
-La voie de sécrétion constitutive. Les sécrétions rejoignent la membrane plasmique. Cela
permet le renouvellement de matériel de la membrane plasmique.
-La voie de sécrétion régulée. Effectuée uniquement dans les cellules endocrines, ou
neuroendocrines.
Il existe une voie en sens inverse : l’endocytose. Les molécules endocytées vont dans un
compartiment spécifique : l’endosome. De là, comme à partir du golgi il peut y avoir encore
plusieurs voies…
LES DIFFERENTS TYPES DE SECRETION :
-l’endocrinie (action de la cellule sécrétrice à distance sur la cellule cible)
-la paracrinie (action de la cellule sécrétrice au contact de la cellule cible),
-l’autocrinie (cellule sécrétrice = cellule cible).
La transmission de messages cellulaires se fait selon la séquence suivante: liaison ligandrécepteur  recrutement de seconds messagers intracellulaires  recrutement d’autres
messagers intracellulaires  recrutement d’autres messagers …  exécution de l’information.
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LES VARIATIONS CELLULES ANIMALES/VEGETALES.
Il existe évidemment quelques différences (centrosome absents, plastes, vacuoles, et
paroi chez les végétaux). Mais il y a quand même de nombreux points communs : mêmes
organites, même fonctionnement !
II-S YNTHESE ET MISE EN CONFORMATION 3D DES
PROTEINES .
La synthèse de ces protéines se fait dans le ribosome. On incorpore d’abord la méthionine
N-term, puis les autres acides aminés. L’avancée successive des acides aminés fait allonger la
chaine. Ensuite, y a des protéines qui vont intervenir afin de faire acquérir sa structure 3D et de
son orientation vers le bon compartiment, au polypeptide néosynthétisé. Pour ce, dans la
structure primaire, on va reconnaitre des signaux.
L A MISE EN CONFORMATION TRIDIMENSIONNELLE : LE
« FOLDING ».
Dans la structure primaire, on a une séquence d’acides aminés très différents : polaire,
apolaire, acide, basique… Le folding consiste à replier la protéine de façon à ce que les acides
aminés apolaires soient dirigés vers le centre et les acides aminés polaires soient vers l’extérieur
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pour pouvoir interagir avec le cytosol aqueux. Plus la protéine est longue, plus ce sera compliqué.
Parce que lorsque le folding commence, la protéine est toujours en synthèse, alors les derniers
acides aminés apolaires vont peut-être interagir avec des partenaires hydrophobes dans la
cellule. Ce qui peut faire précipiter la protéine, ce qui peut empêcher son bon repliement.
Les agents responsables du folding qu’on peut rencontrer sont les suivants :
-Nascent-polypeptide Asssociated Complex (NAC), qui se lie au ribosome, puis développe
une affinité pour les polypeptides naissant, et bloque la liaison ribosome/ R.E. Elles n’iront pas
dans la voie de sécrétion mais plutôt dans le cytosol.
-la Hsp 70 (Heat Shock Protein 70), ou protéine chaperon, qui soutient la protéine en
cours de synthèse.
-les MSF, protéine chaperon qui oriente vers la mitochondrie.
-les SRP (Signal Recognition Particul) qui se lie spécifiquement au Peptide Signal, qui
arrête l’élongation, et qui dirige les polypeptides vers le R.E. (liaison avec RSRP), et permet
l’entrée dans la voie de sécrétion.
Le recrutement de ces agents dépend de signaux sur le polypeptide naissant.
LES PROTEINES CHAPERONS.
Large famille de protéines retrouvée dans tous les organismes. Les eucaryotes possèdent
la plus grande diversité de protéines chaperons. Elles sont mises en évidence par élévation de
niveau de synthèse suite à un choc de température (d’où le Heat Shock Proteins), Pour palier à la
dénaturation des protéines par la chaleur, l’organisme synthétise plus de HSP. On en observe de
même lors de fièvre, d’infection, de lésions neuronales ou du vieillissement, pour la même raison.
ACTIVITE FAMILLE DES CHAPERONS.
Elles servent aussi au désassemblage et la dénaturation ATP dépendante pour la
dégradation des protéines (dé-folding). Elles servent aussi à la maturation des récepteurs aux
hormones stéroïdes des transductions de signaux.
Ces protéines chaperons sont utiles dans la prévention de l’agrégation et de la
déstabilisation lors de chocs thermiques.
En plus d’assurer le folding et elles sont responsable du contrôle qualité des protéines
glycosylées dans le R.E. (la calnexine et la calréticuline).
Il existe des HSP70, HSP40 (équivalent 70 chez les procaryotes) et HSP60…
Elles assurent la stabilisation ATP-dépendante des régions hydrophobes exposées sur les
polypeptides naissant. Elles aident à la mise en conformation tridimensionnelle des protéines
néosynthétisées et à la translocation au travers des membranes.
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ACTION DES HSP.
Dès qu’une partie hydrophobe de protéine sors du ribosome, une protéine HSP vient
cacher ce domaine hydrophobe, de manière ATP dépendante. Lorsque tout le peptide est sortit, il
a plein de HSP collé sur lui. Soit il est en attente. Soit il se replie et relargue tous ses HSP. Les
HSP 60, ou protéines tonneau, aident à se débarrasser des HSP70 et à tout replier, bien comme
il faut.
III-A DRESSAGE INTRACELLULAIRE DES PROTEINES .
Deux scénario : la protéine est complètement traduite et foldée / ou la protéine
transportée n’est pas encore terminée.
Le premier scénario est retrouvé pour les protéines à destination du noyau, des
peroxysomes et du cytosol.
En ce qui concerne l’adressage vers les peroxysomes, on a repéré 2 types de signaux PTS
(Peroxysomal Targeting Signal).
Pour l’adressage cytosolique : il est dépendant d’interactions protéine/protéine ;
lipide/lipide ; protéine/lipide.
On peut retrouver :
-un motif présent sur la protéine (domaine PH (PiP2), domaine SH2 (phospho-tyrosyl),
domaine SH3 (proline riche))
-des phosphorylations (interférences stérique, changement de conformation, création de
sites de liaison).
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-des modifications lipidiques (myristilation [C14] glycine N-term ; ou farnésylation [C15]
cystéine C-term).
RECRUTEMENT D ’UNE PROTEINE PAR INTERACTION
PROTEINE/PROTEINE.
Un événement va créer
des sites d’interaction
spécifique sur les protéines.
Une kinase vient phosphoryler
une tyrosine  formation d’un
motif phospho-tyrosine  SH2
vient se lier et activer
l’adressage spécifique.
RECRUTEMENT D ’UNE PROTEINE PAR INTERACTION LIPIDE /LIPIDE.
Fixation de Ca2+. Modification de la
conformation spatiale lipidique, exposition
d’une partie lipidique spécifique  fixation à la
membrane par effet hydrophobe.
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RECRUTEMENT D ’UNE PROTEINE PAR INTERACTION PROTEINE /LIPIDE.
Les phospholipides
membranaires peuvent jouer le rôle
d’adaptateur. Ils se lient avec des
protéines contenant des domaines PH
(Pleckstrin Homology domain).
D IRECTION LE NOYAU .
Transport d’ARN, import de protéine (ADN polymérase, histone,) export de protéine
(sous-unités ribosomiales) navette (protéine signal) (diffusion d’ions, métabolites).
Pour aller du noyau au cytosol ou l’inverse on empreinte le pore nucléaire.
LE PORE NUCLEAIRE .
Le pore nucléaire correspond aux
endroits où les deux bicouches lipidiques de
l’enveloppe nucléaire se rejoignent. Il ne s’agit
pas que de « trou », mais ils sont plein de
protéine : les nucléoporines qui émettent des
filaments coté cytosolique et un panier coté
noyau. Ces nucléoporine sont caractérisées par
la présence de motif FxFG.
Le pore est ouvert à la libre diffusion
pour les petites molécules (max 5kDa).
A 20/40 kDa, la diffusion est impossible. Mais
de très grosse molécule vont passer
facilement à travers le pore. (+ de 100 kDa).
C’est grosse molécule (des protéines, par
exemple) on un signal qui permettent de
rentrer par un autre moyen que la simple
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diffusion passive : un transport facilité. Ce transport dépend des interactions
adaptateur/transporteurs et est très spécifique, du fait qu’elle reconnait des signaux présents
sur la protéine. Ça consomme de l’énergie.
Ces signaux sont les suivants : NLS (Nuclear Localization Signal) ou NES (Nuclear Export
Signal). Mis en évidence par des expériences de micro injection de protéines recombinantes et
mesure de cinétique d’accumulation.
Il existe plusieurs NLS. On ne retrouve pas vraiment de similitude : quelques motifs
basiques, hydrophobe…La longueur est variable, plus ou moins espacé.
RECEPTEUR/TRANSPORTEUR NUCLEAIRE.
Transport des macromolécules au travers des pores par récepteur/transporteur
spécifique : importine β (ou exportine)/ karyoferrine qui assurent la majorité des processus de
transport :
-elle se lie au cargo (protéine à transporter) par le domaine C-term (via NLS).
-régulation de cette association par interaction avec une petite protéine G (RAN), via leur
domaine N-term.
-interaction avec les nucléoporine à motif FG constituant le canal du NPC.
Il
existe plein de
petites
protéines G
dans la cellule.
Ran, comme
toutes les
autres, a le
même
fonctionnement
. Au repos, elle
est souvent
cytosolique, et
lié au GDP. Elle
s’active en
échangeant son
GDP avec un
GTP. Cette
activation peut
être aidée par
une GEF (il en
existe plein de différentes, et on connait des protéines G pour lesquelles on ne connait pas la
GEF). Une fois active, elle joue son rôle. Puis elle se désactive en hydrolysant le GTP en GDP (aidé
par une protéine GAP).La GEF est bloquée dans le noyau, pour qu’il n’y ait que des RANGTP dans le
noyau. La GAP est libre dans le cytosol pour qu’il n’y ait que des GDP dans le cytosol.
On observe une vectorialité du transport. En suivant le gradient de RAN-GDP, la RAN
avec cargo passe dans le noyau, se fait échanger le GDP et relargue le cargo. Pour les exportine,
c’est le même fonctionnement, sauf que la RAN a une affinité avec le cargo, lorsqu’elle est liée au
GTP.
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Ce transport nucléaire est régulé par différents mécanisme (protéolyse, modification
post-traductionnel, liaison avec un ligand). Parfois, la protéine est synthétisée, stockée dans le
cytosol, puis quand on en a besoin, on l’emmène dans le noyau.
C AS DU TRANSPORT D ’ UNE PROTEINE TERMINEE .
Contrainte
des
machineries
de
translocation :
Reconnaissance
de
motifs
particuliers, assurer leur transport à travers la
membrane sans compromettre l’intégrité du
compartiment concernés, assurer le folding et la
maturation dans la lumière du compartiment.
Les HSP 70 maintiennent les protéines
déroulées. Orientation vers la mitochondrie à l’aide
de signaux et de récepteurs membranaires. Le
transport à travers 2 complexe membranaire TOM
et TIM. Une fois dans la mitochondrie, la protéine
est prise en charge par d’autres chaperons. La
protéine peut posséder des parties hydrophobes qui
la fait s’arrêter dans la membrane. Soit la protéine
interagit avec MSF (qui reconnaissent la protéine
qui sort du ribosome et l’apporte à TOM70) ou a
TOM20 qui reconnait un signal basique en Nterminal.
Le motif très positif en N-terminal est
tracté en suivant le gradient de charge entre
l’espace inter-membranaire et la matrice. Une
HSP70 mitochondriale se lie au peptide dès qu’il
dépasse dans la matrice pour éviter le peptide de
faire demi-tour. On coupe le signal N-terminal et (si
la protéine est simple) elle se fold toute seule ou
bien (si elle est plus compliquée) une chaperonnine
(protéine tonneau) effectuera le folding.
E NTREE DANS LA VOIE D E SECRETION .
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LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE.
On marque, par fluorescence, le RE et la mitochondrie par un signal spécifique. On prend
une photo des marqueurs du RE, une autre des marqueurs de la mitochondrie et une photo des
deux. Et on peut voir les colocalisations protéiques.
Contrainte d’entrée dans le RE. : Séquence signal, assurer transport à travers la
membrane du RE (Sec61p complexe le translocon). (Protéine de la famille Sec= compose le
translocon impliqué dans la sécrétion), on coupe la séquence signal, et on assure la mise en
conformation de la protéine (peptidase du signal, BiP…).
L’entrée dans le RE peut être post ou co-traductionnelle. Mais chez les eucaryotes, la
translocation est dans la grande majorité des cas co-traductionnelle. Sec est associé à la Signal
Peptidase (SP) et à l’oligo-saccharyltransférase (OST).
Le ribosome fait sortir une protéine qui a à son extrémité N-terminal le Peptide Signal, qui sera
reconnu par la SRP. Il y a ensuite liaison ribosome/peptide/SRP/RE, ce qui interrompt la
synthèse de la protéine. Dans un premier temps, le pore n’est pas ouvert à la libre diffusion, le
translocon est fermé à l’intérieur par BiP, qui est lié à la SP. Ensuite il y a hydrolyse de GTP au
niveau du complexe ribosome/peptide/SRP/RE, ce qui libère la SRP et fait reprendre la synthèse.
En s’allongeant, la protéine avance dans le translocon, se fait lyser le Peptide Signal par la SP, et
arrive à la rencontre de la BiP qui bouche le pore. Les deux se lient, et BiP agit alors comme une
protéine chaperon. Un autre Bip arrive derrière et se lie à la protéine en synthèse, etc. Jusqu’à
ce qu’on ait un peptide complet, pris en charge par des BiP chaperons.
Une fois dans les RE les protéines pourront y résider (si elle joue un rôle dans le RE,
genre BiP ou SP) ou en sortir (soit si elle doit continuer dans la voie de sécrétion soit parce que
c’est une protéine trop mal faite et non-gérable par la machinerie de sécrétion et direction
contrôle qualité/destruction dans ce dernier cas)
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IV-D U RE A LA MEMBRANE PLASMIQUE : L ’ EXOCYTOSE .
Formation des vésicules. En même temps que les vésicules bourgeonne de sa membrane
donneuse (et recrute à l’extérieur, des protéines nécessaires au transport), on recrute les
protéines qu’on va y empaqueter. Grâce à des interactions spécifiques protéine/protéine, la
vésicule va au bon endroit. Lorsque la vésicule est à proximité d’une membrane, les lipides
fusionnent. Soit il y a libération de protéine dans la lumière du compartiment receveur, soit, le
fret est membranaire et les deux membranes se lient et il y a intégration de protéine
membranaire.
Sur la membrane, il y a des protéines G, qui recrutent des protéines manteaux (genre
clathrine). Ces dernières entrainent la courbure de la membrane, à tel point qu’une vésicule se
forme.
Parfois les vésicules se forment de par la composition lipidique : des lipides ont une forme
de « cône ». Lorsque beaucoup de ces lipides se réunissent, ça forme une courbure.
Les protéines manteaux et
adaptatrices lient le domaine cytosolique
de protéine membranaire fret ou des
récepteurs de fret soluble. Ces
différentes disposition se fait selon la
présence de motif particulier sur le fret.
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L’adressage de protéine se fait par l’intermédiaire de protéines SNARE : les V-SNARE
et les T-SNARE. Les Vesicul-SNARE sont dans la membrane de la vésicule et les Target-SNARE
sont sur le compartiment receveur. Chaque type de V-SNARE de réagit qu’avec un seul type de
T-SNARE. Les SNARE marchent par couple un seul T correspond à un V. Lorsqu’elle se lie, il y a
changement de conformation, ce qui induit le rapprochement entre la vésicule et la membrane du
compartiment receveur.
P RINCIPALES MODIFICAT IONS DES PROTEINES D ANS LE RE.
Formation de ponts disulfure (grâce à la Protein Disulfide Isomerase). (Spécifique au RE)
Arrangement 3D. (Spécifique au RE)
Assemblage de sous-unités. (Débutent dans le RE, mais sont essentiellement golgienne)
Addition et maturation des oligosaccharides. (Débutent dans le RE, mais sont
essentiellement golgienne)
Clivage protéolytiques spécifiques. (Débutent dans le RE, mais sont essentiellement
golgienne)
LA GLYCOSYLATION.
Pas seulement chez les eucaryotes. On distingue la O (sérine ou thréonine) et la Nglycosylation (sérine ou thréonine des motifs NXS/T). Cette dernière est surtout au niveau du
RE. L’oligosaccharide est sur le feuillet interne du RE (porté par le dolichol-phosphate). L’OST
transfert ce motif sucré sur le site NXT/S. Cette glycosylation est importante pour le
transport (vers le lysosome) la mise en conformation 3D, protection contra la protéolyse,
adhésion cellulaire.
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Les sucres sont greffés tôt sur la protéine, et ils continuent après à être modifiés, avant
de pouvoir sortir du RE.
Ces sucres vont participer au folding des protéines. De manière co-traductionnelle, on
greffe plusieurs motifs sucrés sur la protéine. On voit l’intervention de lectines : protéines
chaperons (on en verra deux : la calnexine liée à la membrane et la calréticuline dans la lumière
du RE). Ces deux protéines interagissent avec les sucres. Sur la partie cytosolique de la calnexine
on voit un motif KKXX, qui permet la rétention dans le RE : la liaison avec les molécules manteaux
pour la formation de vésicules.
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MECANISMES DE RETENTION DANS LE RE.
Lorsqu’on est une molécule résidente du RE et qu’on s’est retrouvé par accident ailleurs,
on sera récupéré, par l’intermédiaire d’un motif KDEL et d’un récepteur au KDEL. Par exemple, la
molécule en question se retrouve dans le Golgi. Sur la membrane du Golgi, on a une protéine
transmembranaire : un récepteur KDEL. La molécule se lie au récepteur, qui de l’autre côté de la
membrane se lie à des molécules de transport vésiculaire. Formation de vésicule avec notre
protéine intruse dedans et retour au RE. Une fois dans le RE, le pH est différent, il y a rupture
des liaisons électrostatiques et libération de la molécule chez elle : dans le RE. On voit souvent la
même chose entre le RE et l’ERGIC.
Si la molécule est membranaire, on voit le motif KKXX. De même, la calnexine effectue
des cycles entre ERGIC et RE. D’un autre côté, tant que la protéine n’est pas correctement
foldée, ou que ses sucres ne sont pas maturés, la calnexine ne se détache pas de sa protéine.
Résultat, une protéine non-terminée qui sortira du RE, y reviendra pour être bien foldée, etc.
Si la protéine n’arrive vraiment pas à être bien foldée, on va la faire ressortir par un
translocon (rétrotranslocation) et on arrive dans le cytosol. Une fois là, la protéine va subir une
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poly-unbiquitiniation, réalisée par des enzymes d’ubquitinisation. Le protéasome va reconnaitre ce
motif poly-ubiquitine. Le protéasome est spécialisé dans la lyse protéique.
L’ APPAREIL DE G OLGI .
Maturation des glycosylations, endoprotéolyse, sulfatation de protéines, adressage des
protéines. Et ce, par l’intermédiaire de protéines résidente du Golgi (qui sont toutes
membranaire). Comment trier ces protéines de celles qui doivent passer ?
La méthode de trie par médiation
lipidique. Plus on avance dans la voie de
sécrétion, plus les membranes contiennent des
stérols et des sphingolipide et donc plus les
membranes sont épaisses. Certaines protéines
membranaires ont un domaine membranaire
trop petit, et ne peuvent pas entrer dans la
membrane du Golgi.
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La méthode d’oligomérisation. Parfois de
nombreuses protéines membranaire forment
des complexes et sont toutes colées les unes
aux autres. Mais ces complexes sont trop gros
pour rentrer dans une vésicule de transport,
et donc on avance plus et donc on s’arrête là.
LA MATURATION PAR PROTEOLYSE.
La majorité des hormones peptidiques et des neuropeptides synthétisées sous forme de
précurseurs inactifs.
La libération des peptides biologiquement actifs par maturation protéolytique du
précurseur. La coupure est réalisée par des convertases de pro-hormones (PC).
Par exemple la pro-insuline, des ponts disulfures ont été réalisés dans le RE, et on a des
protéases qui arrivent et coupent un certain domaine entre les ponts disulfures.
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MATURATION DES HORMONES POLYPEPTIDIQUES.
Une fois qu’on a coupé une partie du précurseur, le peptide n’est pas toujours actif. Si on
fait agir une carboxypeptidase, on l’active. Puis soit on rajoute un groupement amide, soit on
greffe un groupement acétyle pour protéger le peptide.
TGN : CARREFOUR D’ADRESSAGE DES PROTEINES.
Motif mannose 6-phosphate  lysosome.
Qu’en est-il pour les sécrétions constitutive et régulée.
LA VOIE CONSTITUTIVE.
Présente dans tous les types cellulaires, flot continu de vésicule qui fusionnent avec la
membrane plasmique dans un processus indépendant du calcium. Sécrétion réalisée en quelques
minutes. Approvisionne la membrane plasmique en protéines membranaires et en lipides.
Exocytose exclusivement contrôlée au niveau de biosynthèse des produits à sécréter.
LA VOIE REGULEE.
Spécifique de la cellule endocrine, neuroendocrine ou neuronale. Ces dernières ont deux
voies régulées constituées de :
-vésicules synaptiques contenant de des neurotransmetteurs
-granules de sécrétion (idem cellules endocrines) contenant des neuropeptides.
Sécrétion dépendante de calcium et déclenchée par des sécrétagogues chimiques ou un
influx électrique.
Protéines sont stockées/concentrée très longtemps dans des granules de sécrétion.
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ADRESSAGE VERS LES LYSOSOMES : SIGNAL MANNOSE 6-PHOSPHATE.
La protéine est glycosylée. Les sucres seront maturés en mannose 6P. Le tout se
retrouve dans le réseau trans-golgien. Là, on a un récepteur transmembranaire, qui réagit avec
le mannose 6P du côté luminal et qui se lie à des protéines manteaux (clathrine) du côté
cytosolique. Une fois dans l’endosome tardif, la liaison entre le motif mannose 6P et le récepteur
membranaire se rompt à cause du pH plus acide. Les récepteur reforment des vésicules vides et
retourne au Golgi (recyclage).
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L A MATRICE EXTRACELLULAIRE .
Site : http://nephi.unice.fr/gounon
Mot de passe: GAB32adu
Login: etgounon
R ELATION DES CELLULES AVEC LA MATRICE EXTRACELLULAIRE .
Dans les tissus organisés comme les organismes pluricellulaires. L’espace en dehors de
cellules est composé de la MEC. Fraction variable. Chez les vertébrés, c’est un volume tissulaire
important formant le tissu conjonctif.
La matrice extracellulaire est composée de trois grands types de macromolécules :
Les fibres de collagène.
Les glycoprotéines (phénomène d’adhésion avec entre autres la fibronectine et les
laminines).
Des polysaccharides, des protéoglycanes, des glycosaminoglycanes (formation de gel
hydraté qui sert de système de remplissage par rétention d’eau).
Ces molécules sont produites par des cellules spécialisées, dont la plus représentative est
le fibroblaste. Le fibroblaste se trouve dans la MEC, et joue un rôle essentiel dans la formation
de la MEC. On trouve aussi des cellules dérivées : les chondroblastes, les ostéoblastes.
Certains types cellulaires ont une interaction avec la MEC, par le biais de la lame basale.
Entre 70 et 75 nm. La lame basale permet la reconstitution de peau (problème chez les grands
brulé : lame basale détruite, pas de reconstitution adaptée de peau).
Toutes les cellules, stable ou mobile possèdent sur la membrane plasmique des molécules
de reconnaissance et d’interaction avec la matrice extracellulaire. On trouve surtout des
Substrate Adhesion Molecule (SAM).
On note deux familles d’enzymes :
-Matrix Metallo Proteases (MMP)
-A Disintegrin And Metalloprotease (ADAM)
LA POLARITE CELLULAIRE.
C’est la capacité des cellules à organiser leur espace (avoir un haut et un bas).
EXPERIENCE SUR LES CELLULES DE LA THYROÏDE.
Les cellules thyroïdiennes formes des acini (des sphères). Les cellules sont liées par des
jonctions étanches pour bien délimiter l’espace du lobule thyroïdien. Ces cellules reposent (à
l’extérieur) sur la lame basale. Et de l’autre côté de cette lame basale, on a la matrice
extracellulaire. Dans cette matrice extracellulaire, on trouve les vaisseaux sanguins. Il va falloir
mettre en place des communications entre les vaisseaux sanguins et les acini.
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On met les follicules thyroïdiens en présence d’un chélateur de calcium et de collagénase
dans un tube à essai. On secoue et on se retrouve avec des cellules individualisées. Elles sont
devenues bien ronde, sans polarité. On met ces cellules en culture avec du Ca2+. Les cellules vont
se déposent au fond de la boîte, formant un tapis de cellules. Toujours pas de polarité, pas de
jonction, rien.
D’autre part, on prend du collagène. On l’isole et le dépose sur le fond de la boîte avant
d’ajouter les cellules. Les cellules reconnaissent le collagène comme indicateur du pôle basal. Elles
vont se polariser et forment des jonctions.
Si maintenant on rajoute du collagène par dessus les cellules, elles vont maintenant être
entourées de collagène. Elles vont reformer in-vitro des lobules. Exactement comme dans la
glande thyroïde.
Si on met des cellules isolées, sans collagène dans une boîte, qu’on agite et qu’on ajoute du
Calcium cette fois. On va avoir des micro-follicules (plus petit que dans la glande thyroïde), avec
cette fois des jonctions serrées vers l’extérieur du follicule (normalement ils sont à l’intérieur).
De plus, on se retrouve avec le pôle basal des cellules vers l’intérieur du follicule (normalement
vers l’extérieur). Micro-follicule à polarité inversée.
Si a tout ça, on rajoute du collagène, la polarité se rétablie : les jonctions et les pôles
basaux et apicaux des cellules reprennent leur place.
Ces expériences mettent en évidence l’importance de ce tissu acellulaire dans la
formation des tissus.
L ES CONSTITUANTS DE L A MATRICE EXTRACELLULAIRE .
Chez une humains moyen, le collagène représente 25% du poids total, pour le collagène de
type 1 (il existe plusieurs types de collagène).
Le collagène apparait en microscopie, comme une longue fibre striée. La striation a une
périodicité d’environ 75 nm. Le collagène est sécrété par le fibroblaste. Il est composé de
collagène I et d’élastine. La capacité d’élongation de l’élastine est de 700 fois sa propre taille
sans rupture.
On part d’une chaine d’α-collagène. Elle va subir des N et des O glycosylation. Puis elle va
s’emmêler avec deux autres fibres (trimère). On va couper leurs extrémités N et C terminales.
On se retrouve avec une fibre de 300 nm. Ces fibres se polymérisent d’extrémité en extrémité
24
pour former des fibrilles. Puis plusieurs longues fibres vont s’associer l’es une à côté des autres
pour former une fibre de collagène. Mais elles seront un peu décalées. Le décalage est de 67 nm.
Pour le renouvellement du collagène, on a le polynucléaire et le macrophage qui sert à la
dégradation.
La régulation de la production du collagène se fait par l’intermédiaire d’hormones de
croissance, en particulier les cytokines.
A la suite d’une opération, on peut avoir une lésion du derme et de l’épiderme. Il faut que
ça cicatrise. Parfois, on aura la formation de cicatrice chéloïde, cicatrice dure, et émergente,
susceptible de faire des brides (ponts entre deux compartiments).
Avec le temps, le collagène est de moins en moins renouvelé, d’où l’apparition de rides.
La fibre de collagène est souple, quand on la plie perpendiculairement à son axe. Par
contre quand on tire sur ses deux extrémités, elle est particulièrement résistante.
La fibre d’élastine est très souple et donne sa souplesse au collagène, en interagissant
avec le collagène de type I. L’élastine est le complément d’élasticité du système. Une molécule
d’élastine fait en moyenne 70 kDa. Elle est riche en proline et en glycine.
Le collagène est renouvelé en permanence. Chez les humains, il est renouvelé tous les
deux mois. Destruction par les PNN, et d’autres cellules qui produisent des collagénases. Les
faisceaux de collagène sont dans un réseau de fibres élastiques (qui doivent être colorées pour
être vues). Les deux permettent une grande souplesse et une grande résistance.
Le principal composant des fibres élastiques est l’élastine, petite protéine non-glycosylée.
Les liaisons covalentes entre fibres élastique et collagène se font par l’intermédiaire de
desmosine (lysine modifiée), qui est très dure à lyser. La demi-vie de l’élastine est de 70 ans
(renouvellement très lent). L’élastine est lysée par l’élastase qui appartient à la famille des MMP.
La fibronectine présente des sites de liaisons au collagène. En fait c’est une protéine
dimérique avec des sous-unités reliées par des ponts disulfures, sur chaque monomère on a un
site de fixation au collagène, un site de liaisons avec les integrines, un site PAG. Elle assure la
liaison entre matrice extracellulaire et cellules.
L’eau de la transpiration vient de la matrice extracellulaire. Ainsi, les grands brûlés
perdent beaucoup d’eau. La fibronectine est fournie par les cellules en contact avec la matrice
extracellulaire. La fibronectine est lysée par les MMP.
Les migrations de cellules (mise en place du système nerveux…) se fait à l’aide la
fibronectine, qui sert de « rail » aux cellules qui doivent se déplacer.
Les polysaccharides (ou glycosamino-glycanes ou GAGs) sont très importants et présents
dans la matrice extracellulaire. On a souvent un sucre de la chaine qui est aminé et sulfaté. Ils
occupent généralement de grands espaces, parce qu’ils ne peuvent pas se plier (chaine carbonée
inflexible).
L A LAME BASALE .
25
Elle est composée d’héparan-sulfate, de collagène de type IV, de fibronectine et de
laminine (entre autres). Dans la lame basale on distingue 3 zones :
-une zone claire et supérieure : la lame claire (ou lamina lucida).
-en dessous : la lamina densa.
-et au plus profond : la lamina fibroreticularis.
Des filaments d’ancrage vont des cellules à la lamina densa. Cette dernière est formée de
collagène de type IV (pas de fibre, pas de strie). Ça forme un réseau de molécules, une sorte de
contreplaqué. Souple et résistant.
On trouve la lame basale sous tous les épithéliums, sous les cellules endothéliales, autour
de toutes les cellules musculaire squelettique, autour de fibres nerveuses myélinisées.
La laminine se trouve dans la lame basale (à ne pas confondre avec les lamines du
cytosquelette). Elle est formée de trois chaines qui s’organisent en forme de petite croix. On a
deux sites de liaisons aux collagènes IV aux extrémités des bras courts de la croix, un site de
fixation aux intégrines à l’intersection et un site de liaison au PAG à l’extrémité de la grande
partie de la croix.
La laminine est synthétisée par les fibroblastes et par les cellules qui sont au contact de
la lame basale.
Les intégrines sont incluses au travers de la membrane des cellules. Elles se lient avec de
la fibronectine et des laminines. La laminine se lie avec le collagène de type IV
A l’intérieur de la cellule, les intégrines sont coiffées par un complexe de protéines
associées. Ces complexe sont liés à de l’actine et à des cyto-kératines.
EXPERIENCES :
Entre l’épiderme et le derme on a la lame basale. On les sépare, on « tue » le derme et on
recolle. On attend. Parallèlement on associe de l’épiderme à du derme vivant retourné. Dans ce
dernier cas, le derme se repolarise dans le bon sens. Dans le cas du derme tué, s’il est remis
normalement ou dans le mauvais sens, on a reconstitution d’une lame basale incomplète, en outre
la liaison entre l’épiderme le derme tué est faible.
Dans le cas d’une brûlure au deuxième degré étendue, on ne peut pas compter sur les
bords de la plaie pour la cicatrisation. Dans ce cas, on doit remettre de la peau, là où c’est brûlé.
Soit on prend de la peau animale et on la met sur du collagène le tout sur la peau brûlée. Soit on
prend quelques cellules de peau ailleurs, on les fait un peu pousser in-vitro et on les colle, mais
dans ce cas, vu que le derme est tué, on a une faible liaison. Donc on ajoute des pansements de
compression.
La lame basale est le lien entre les tissus non-vascularisés et les tissus vascularisés.
EXEMPLE DE VILLOSITES INTESTINALES :
Les entérocytes sont synthétisés à la base des villosités, et ils se déplacent petit à petit
pour monter tout en haut de villosités. Arrivés en haut, ils meurent.
26
L ES JONCTIONS CELLULA IRES .
L’évolution a permis la spécialisation des cellules, permettant la formation d’organe. La
matrice extracellulaire lie les cellules et joue un rôle mécanique, et de transport. On va voir les
CAM (Cellular Adhesion Moleculs), qui permettent aux cellules de s’identifier entre elles. Les
interactions de la cellule avec la matrice extracellulaire se fait par l’intermédiaire de récepteurs
sur la membrane plasmique.
Un organe est une architecture complexe et implique un grand nombre de types
cellulaires. L’arrangement tridimensionnel de l’organe dépend des interactions sélectives de
cellules d’un même type.
Les jonctions cellulaires sont assez complexes mais on peut les simplifier en un schéma
général. En partant de l’extérieur on observe : un ligand externe ; un domaine intégral
membranaire ; des molécules de liaisons ; et le cytosquelette.
Les protéines extracellulaires sont responsables des liaisons homophiles et hétérophiles.
EXEMPLE DES CELLULES EPITHELIALES INTESTINALES.
On des jonctions serrées au niveau de la partie profonde des villosités. Elles assurent
l’étanchéité. Ensuite deux membranes cellulaires s’écartent un peu, pour laisser place à des
jonctions adhérentes, avec des protéines de liaisons présentant des domaines extracellulaires
assez grands qui se lient entre elles et avec l’actine du cytosquelette. On a un système
ressemblant : le desmosome où on a une liaison avec les filaments intermédiaires. Ces trois
jonctions forment le complexe de jonction.
Plus profondément on a un type de jonction particulièrement serrée : la GAP jonction (ou
nexus). Ces jonctions gèrent le passage de petites molécules.
Plus profondément on arrive à la lame basale où les entérocytes sont liés à la lame basale
par des hémi-desmosomes.
LA JONCTION SERREE .
27
Deux
types
de
protéines sont
impliqués dans
ces jonctions
étanches : les
claudines
et
les occludines.
Ce
sont des
protéines polytopiques. Deux cellules mises côte à côte, et possédant dans claudines et
des occludines qui se lient de façon homophiles.
Lorsque
la
liaison
est
effectuée il y a un
resserrement
de
l’espace entre les
cellules.
Dans
une
jonction serrée, il y
a une succession, un
alignement
de
claudines/occludine
s sur une longueur
d’environ 6 µm.
Les parties intracellulaires se lient en un maillage tendu, ce qui a tendance à faire
totalement disparaitre l’espace extracellulaire.
Un
épithélium
repose sur
un
cadre
protéique
percé
de
trous.
Si
entre
le
cadre
et
les cellules,
on met du
collagène,
il y a formation de liaisons entre épithélium et collagène pour former la lame basale. A
l’intérieur du cadre, au dessus du pôle apical des cellules, et à l’extérieur du cadre, dans le milieu
externe on met deux liquides différents. On mesure la résistance électrique avec un ohmmètre,
qui correspond à l’étanchéité. On remarque que plus il y a d’alignements, plus la jonction est
étanche, pus la résistance est élevée.
28
Les
jonctions
serrées
peuvent
provoquer un gradient de concentration.
Comme le glucose qui vient de l’extérieur qui
rentre dans la cellule et qui ressort de l’autre
côté, ne peut pas retourner vers son origine en
passant entre les cellules vu qu’elles sont liées
par des jonctions serrées.
LES JONCTIONS ADHERENTES.
Les jonctions adhérentes, ou jonction intermédiaires ou zonulaires. Les protéines
adhérentes sont attachées au cytosquelette qui est lié à des villosités membranaires.
Les
protéines
de
liaison sont composées d’un
domaine membranaire, d’un
domaine intracellulaire et de
polymère de motif répétés
dans l’espace intercellulaire.
Entre chaque motif, on trouve
des domaines d’interaction
avec le calcium. Dans la
cellule
le
domaine
transmembranaire se lie à un
complexe de liaison qui sert
d’adaptateur
avec
le
cytosquelette.
Chaque partie extracellulaires interagiras de façon homophile et tête-bêche avec la
partie extracellulaire d’autre protéines d’adhésion.
Ces protéines s’appellent les cadhérines. Leur fonctionnement est régulé par la
concentration en calcium. Il existe différents type de cadhérines (les n-cadhérines dans les
neurones ; les VE-cadhérine pour vasclar-enodthelial pour tous types de vaisseaux ; la pcadhérine des cellules placentaires et quelques épithélium).
Les molécules du complexe de liaison sont surtout des caténines.
EXPERIENCE.
On cherche à savoir si les cellules L (dérivées des fibroblastes) produisent des caténines.
On met des cellules exprimant la N-cadhérine et des cellules exprimant l’E-cadhérine et on
29
secoue. On se rend compte que toutes les cellules à E-cadhérines se sont regroupées en un ilot
entouré de cellule à N-cadhérine.
Les interactions homophiles de cadhérines permettent la formation de feuillets. Les
cellules qui expriment la même quantité de cadhérines se regroupent entre elles.
LES DESMOSOMES.
On a aussi des cadhérines, et des plakoglobines qui forment une plaque d’adhésion
cellulaire et permettent l’ancrage de filament de cytokératine (remplace le complexe de liaison).
On trouve aussi des desmo-plakines qui on deux têtes d’un côté et deux de l’autre. Deux têtes se
lient à des cadhérines et les deux autres avec le cytosquelette. On retrouve solidité et
souplesse.
Les cadhérines sont en fait des desmo-collines et des desmo-gléines, qui se reconnaissent
de façon homophiles.
LES HEMI-DESMOSOMES.
On a une plaque intracellulaire sur laquelle s’ancre les filaments intermédiaires. La plaque
s’appuie sur la membrane cellulaire et s’y fixe par l’intermédiaire d’intégrines. Les hémidesmosomes sont très dynamiques et peuvent se dissoudre et se former très vite. C’est très
utile lors de divisions cellulaires.
Aux jonctions entre deux cellules, on trouve souvent des desmosomes. A la base de ces
cellules, on trouve des hémi-desmosomes qui forment des bandes d’attachement avec la lame
basale. Les desmosomes sont plutôt localisés, les hémi-desmosomes ont tendance à s’étaler.
30
LES GAP-JONCTIONS.
Ces jonctions sont faites à partir de protéines intégrales de membrane qui forment de
connexons. Ces protéines sont des connexines.
Entre deux cellules on a un espace moyen de 20 nm. Dans les zones où on a ces jonctions,
l’espace est réduit à 3 nm !
Des protéines transmembranaires sont reliées entre elles et laissent un petit trou de
moins de 1,5 nm. Qui va permettre le passage de solutés, d’une cellule à l’autre, en se liant à
l’hémi-canal de la cellule voisine.
Si on se place dans la cellule, on regarde les connexines, vues du dessus. Le tube est
composé de 6 sous-éléments. A haute concentration, le calcium (ou bien à bas pH), le connexon se
tend, s’enroule et diminue le diamètre de l’hémi-canal.
La jonction GAP contient plusieurs milliers de connexons. Elles permettent le maintient de
l’homéostasie.
Les connexines existent sous différentes formes. Les différentes formes peuvent
s’associer pour former un canal adapté à la fonction qu’il doit assurer.
31
EXPERIENCE.
On a des jonctions GAP entre deux cellules. On injecte des molécules fluorescentes de
différents poids moléculaires, dans l’une des deux. On remarque qu’à 100 Da, ça passe d’une
cellule à l’autre. A 1000 Da, ça passe aussi. Quand on arrive à 20000, ça ne passe plus. On
remarque que le poids limites moyens des connexons est de 5000 Da (neurotransmetteur, ATP,
sucre, AMPc, etc.).
En présence de calcium à haute concentration, aucune des molécules ne passe.
LES INTEGRINES
Les intégrines sont toute une variété de molécules qui ont à peu près la même
structure/fonction.
-on a toujours un domaine intégral, en travers de la membrane.
-on a un domaine cytoplasmique C-terminal, qui est un domaine d’attachement.
-un domaine extracellulaire qui finira par une « raquette » où on trouve 1, 2, 3 ou 4 site
de liaisons par des cations divalents (dont le calcium). Sur le « manche de la raquette » on a un
domaine de répétition riche en cystéine.
Elles sont composées de taline, d’α-actinine, et de filamine.
Sous l’effet d’une activation (hormones, etc.) du récepteur, on va avoir formation d’un
messager secondaire qui va activer les intégrines. La partie extracellulaire de l’intégrine va voir
sa conformation modifiée et va permettre la liaison avec la matrice extracellulaire.
Les IgCAM (ou sélectines) permettent
l’adhérence entre cellules de même type. Le
bras Ig, qui dépasse de la « raquette » permet
la liaison homophile. On les appelle sélectines
parce
qu’elles
permettent
la
« reconnaissance » de cellules qui expriment le
même type de CAM.
32
On a les N-CAM pour le système nerveux.
Les leucocytes on la capacité de passer de l’intérieur du système vasculaire, vers
l’extérieur sans causer d’hémorragie. Les cellules des vaisseaux sont liées les unes aux autres
sans laisser d’espace. Lorsqu’il y a inflammation, les leucocytes passent : c’est le phénomène
d’extravasation (ou emigration en anglais). Les cellules endothéliales sont liées par des Ig-CAM.
On a des Ig-CAM (petits trucs verts sur
le schéma) sur les cellules endothéliales,
et sur le leucocyte on a des sélectines
(jaunes), des intégrines (rouge) et un
récepteur au PAF (Facteur d’Activation
des Plaquette en anglais Platelet
Activation Factor).
Dans le cytoplasme de la cellule
endothéliale on a des vésicules pleines de
P-sélectine. Lors de la réaction
inflammatoire, ces P-sélectines sortent
et restent fixées à la membrane Elles
vont se lier avec les sélectines du
leucocyte. Le leucocyte arrête donc de
se déplacer et se fixe. C’est le
phénomène de trapping.
Le PAF synthétisé par la cellule
endothéliale se fixe au récepteur du
PAF. Ce qui entraine, à l’intérieur du
leucocyte, l’intervention d’un messager
secondaire (AMPc), qui active les
intégrines.
33
Enfin, elles se fixent aux Ig-CAM de la
cellule endothéliale. Le leucocyte
s’aplatit contre la paroi vasculaire. Le
leucocyte roule sur la cellule endothéliale
en gardant toujours au moins une
intégrine fixée, c’est le phénomène de
rolling.
On assiste ensuite au passage du
leucocyte entre deux cellules de la paroi
vasculaire, c’est l’extravasation !
En gros ça donne :
34
L E CYTOSQUELETTE .
I NTRODUCTION .
Les microfilaments d’actine, formés de deux brins
de polymère d’actine globulaire (actine G). Pour marquer
les MF on utilise une drogue la phalloïdine. Les MF forment
des faisceaux Ils sont enrichis dans les muscles, dans les
microvillosités (comme dans les cellules épithéliales
intestinales)…
(fibres de stress, ou fibres contractiles).
Les filaments intermédiaires sont plus gros que les
MF. On a des filaments qui « s’entortillent » en
corde. Ils sont différents selon les types
cellulaires.
Les microtubules sont des tubes
composés d’hétéro-dimère de tubuline α β et.
C’est le plus gros élément du cytosquelette.
F ONCTIONS DU CYTOSQUE LETTE .
Soutient de la membrane plasmique des cellules. Maintiennent la forme des cellules.
Permettent le déplacement des cellules et guide les organites intracellulaires en déplacement.
Même si le terme « squelette » évoque quelque chose de fixe, on a à faire à des structures
particulièrement variables et dynamiques.
On va étudier la régulation de la dynamique du cytosquelette.
Les microfilaments
sont très
importants pour le maintient de la forme des
cellules en dépit des pressions. Comme les
érythrocytes sont souples et rigide à la fois
grâce aux microfilaments). La déformation
plaquettaire est aussi due aux microfilaments.
Les mouvements cellulaires sont aussi assurés par les microfilaments (même s’ils sont
assez lents en général, ils on bien lieu et sont indispensables au développement embryonnaires, à
35
la réponse immunitaire). La rapidité est du à une bonne coordination entre la protrusion de la
membrane vers l’avant (microfilaments) et la propulsion des corps cellulaires. On a aussi des
mouvements intracellulaires d’organites (parfois certaines petites bactéries utilisent les
Les microtubules assurent la mobilité des cils et des flagelles (épithélium pulmonaire,
spermatozoïde…).
Ils interviennent lors de la division cellulaire, avec la formation des fuseaux mitotiques.
On a aussi une influence des mouvements des organites.
Les filaments intermédiaires assurent le support mécanique des cellules et des organites
(voir lamines du noyau) et la cohésion cellulaire dans les tissus (jonction cellulaires, contact avec
la matrice extracellulaire).
Ils interviennent aussi dans l’architecture de la cellule (neurofilaments dans les axones).
Ils sont associés aux microfilaments.
Ils interviennent dans l’extravasation, en permettant la déformation du leucocyte lors de
sa sortie.
Ils jouent un rôle dans la signalisation des voies de signalisation. S’ils sont liés aux
récepteurs membranaires, ils vont réguler leur densité et leur fonction (message  liaison avec
récepteur  transmission intracellulaire du message le long des filaments intermédiaires). Si le
message utilise une protéine intracellulaire, la protéine risque de se fixer aux filaments
intermédiaires plutôt qu’à l’organite cible (inhibition).
36
I-
L ES PROTEINES ASSOCIEES AUX MICROTUBULES .
Les MAPs (Microtubules Associated Proteins). S’associent latéralement à) la paroi des
microtubules et leur confère des propriétés particulières. On a des MAP structurales et des
MAPs motrices.
Les MAPs structurales :
-organisation, modelage des réseaux de microtubules (MAP d’assemblage)
-régulation
des
la
polymérisation
stabilité
des
microtubules
stabilisantes/déstabilisante)
(MAP
Les MAPs motrice :
-déplacement des organites
-régulation de l’instabilité des microtubules.
I-1. MAPS STRUCTURALES.
A- MODELAGE, ORGANISATION DES RESEAUX DE MICROTUBULES PAR LES MAP D’ASSEMBLAGE.
Elles ont un domaine en saillie et un domaine au contact avec le microtubule. Les domaines
en saillie déterminent la distance entre chaque microtubule. Si on fait surexpirmer une certaine
MAP, on va assister à l’organisation spatiale des microtubules.
On a deux types de MAPS d’assemblage :
-MAPs 1A 1B 1S
-MAPs 2 4 et tau
Les MAPs 1 sont des longue structures filamenteuse (1A et 1B sont dans les axones et
dans les dendrites des neurones ; 1S dans tous les autres types cellulaires). Elles sont
structurellement proches. On a synthèse d’un précurseur qui va être clivé en une chaine lourde
(site de fixation aux microtubules et aux microfilaments) et une chaine légère. Les chaines
légères interagissent avec les chaines lourdes des autres protéines.
Les MAPs 2, 4 et tau possèdent une même séquence de 18 acides aminés répétés 3 à 4
fois, dans leurs domaines de liaison aux microtubules. MAP 2 n’est que dans les dendrites (ponts
entre microtubules et filaments intermédiaires). MAP 4 est associés aux microtubules pendant
l’interphase et la mitose dans les cellules non-neuronales. Tau se retrouve dans les axones et les
dendrites, il accélère la polymérisation et organise les microtubules en épais faisceaux stable.
37
Si on fait surexprimer du tau dans une cellule non-neuronale, on va avoir formation de
prolongements. Si on inhibe tau dans un neurone, l’axone disparait.
B- REGULATION DE LA DYNAMIQUE DES D’ASSEMBLAGE ET DE DESASSEMBLAGE DES
MICROTUBULES.
1- Substance chimiques affectant les microtubules.
(Attention, on parle de drogues utilisées en labo pour l’étude du cytosquelette et les
traitements.)
-le taxol : provient de l’if du Pacifique, il stabilise les microtubules (ce qui va engendrer la
division cellulaire, tout comme la déstabilisation des microtubules avec d’autres drogues).
-colchicine, colcémide, vinblastine, vincristine, ou nocodazole: se fixe sur les sous unités
et empêche la polymérisation (augmentation de la polymérisation).
2-Les MAPs d’assemblage.
(Attention, on parle de molécule endogène, produites par l’organisme.)
Les MAPs d’asemblage qui se fixent latéralement sur les microtubules sont aussi
stabilisantes.
Elles inhibent la dépolymérisation en empêchant les protomères de tubuline de quitter le
centre et les extrémités des microtubules.
Certaines accélèrent la polymérisation comme tau, dans les cônes de croissance des
neurones (cf TD3).
MAP2 rajoutées à une solution de tubuline accélère la nucléation (initiation de la
formation de microtubules).
3-Les voies de signalisation.
La phosphorylation ou la déphosphorylation des MAPs régule leur fixation aux
microtubules (les MAPs déphosphorylées se fixent aux microtubules, les stabilisent et provoque
leur élongation, et inversement).
Les kinases impliquées sont la MA kinase et la MARK (Microtubules Affinity Regulating
Kinase).
Dans les cellules en mitose, qui ont besoin d’avoir une grande dynamique, on a un grand
renouvellement de microtubules, on observe un fort degré de phosphorylation des MAPs qui se
dissocient et permettent aux microtubules de se raccourcirent, de s’allonger… La
phosphorylation des MAPs est régulée lors du développement des neurones dans le temps et dans
l’espace. La plupart des données qu’on a sont sur la protéine tau, parce qu’elle est impliquée dans
de nombreuses maladies neuro-dégénératives. Dans ces maladies, on a une tau hyperphosphorylée qui forme des agrégats.
38
4-Protéines de séquestration.
La stathmines séquestre la tubuline non
39
5-Protéine de coiffe.
Elles se fixent aux extrémités des microtubules (+ ou -) et régulent leur polymérisation :
-la γ-tubuline : nucléation et ancrage
des microtubules au niveau du MTOC, elle
permet la nucléation.
-la catastrophine (de la famille des kinésines) se lie au centrosome ou à l’extrémité + et
déstabilise les microtubules (kinétochore).
-la (+)Tip : est stabilisatrice des microtubules et assurent un lien avec des structures
cellulaires variées (cortex cellulaire, kinétochore, vésicule d’entocytose). Elle régit aussi les
forces exercées sur les microtubules.
6- protéine de fragmentation.
La katanine casse les microtubules, libères les microtubules de leur attaches sur le MTOC
(rôle crucial dans la dépolymérisation rapide des microtubules au pole du fuseau mitotiques au
cours de la mitose mais aussi dans les neurones (libération et dépolymérisation des microtubules).
Nécessite de l’ATP.
Deux sous-unités : une qui utilise l’ATP pour couper le microtubule et une qui dirige la
katanine vers le centrosome.
La protéine STOP (Stable Tubules-Only Peptide) dans le sytème nerveux : elle inhibe la
dynamique et stabilise les microtubules, initie la pousse neuritique, sous forme phosphorylée. Elle
se détache des microtubules et va s’associer à l’actine et aux protéines synaptiques.
Pratiquement tout le temps associée aux microtubules.
40
I-2. LES MAPS MOTRICES.
Elles sont de deux types : les kinésines et les dynéines qui se déplacent en sens inverses
l’une de l’autre. La kinésine vers le + (du centre vers la périphérie) et la dynéine vers le – (de la
périphérie vers le centre).
La dynéine est associée à un complexe
multi-protéique de dynactine comprenant un
filament d’Arp1 apparenté à l’actine. On a aussi
de l’ankyrine qui sert d’adaptateur entre les
protéines membranaire des vésicules et la
spectrine reliée à Arp1.
Ces moteurs ont deux têtes. Une va se
lier à de la β-tubuline, elle va se fixer une
molécule d’ATP et l’hydrolyser ce qui engendre
la rotation de l’autre tête devant qui se fixe et
fixe de l’ATP et ainsi de suite. ↓
41
I-2.A : LES MOTEURS MOLECULAIRES.
Une des principales fonctions des moteurs moléculaires dans les cellules en interphase
est de transporter et placer les organites entourés d’une membrane. Au cours de la mitose
l’appareil de Golgi se fragmente, et lorsqu’on traite des cellules au nocodazole (qui dépolymérise
les microtubules) on s’aperçoit que l’appareil de Golgi se fragmente et se disperse dans la cellule.
Chaque fragment correspond à une petite pile de citernes. Si on laisse les microtubules se
reformer, les mini-citernes vont se diriger vers le MTOC et reformer un appareil de Golgi.
La kinésine et la dynéine sont co-localisés avec l’appareil de Golgi. Si on bloque leurs
activités (par micro-injection d’anticorps), on a une collapse de l’appareil de Golgi. Si on entraine
le détachement de la dynéine de l’appareil de Golgi, ce dernier se disperse.
Ce qui montre que ces moteurs ont un rôle dans l’organisation de l’appareil de Golgi.
La dynéine est associée
avec des vésicules qui viennent
de RE et qui vont se déplacer
vers l’appareil de Golgi. La
dynéine est associée au cis-Golgi
et au Golgi-médian. Elle maintient
l’appareil de Golgi à proximité du
MTOC.
La kinésine est plutôt
associée
au
trans-Golgi
et
transporte
les
vésicules
golgiennes du Golgi vers la
membrane plasmique.
L’accrochage des vésicules golgiennes à la dynéine nécessite tout plein de protéines qu’on
a vu plus tôt (ARP1, …).
I-2-B- REGULATION DES MOTEURS MOLECULAIRES DANS LE MOUVEMENT DES MELANOSOMES.
Les mélanosomes sont des cellules (souvent de poissons) qui contiennent des granules
pleins de pigments, qui peuvent être transportés vers la périphérie de la cellule. Une fois arrivée
à la périphérie, les granules sont pris en charge par des molécules de type myosine).
Une hormone va induire la phosphorylation de la kinésine, ce qui l’inactive, les granules
reviennent vers le centre de la cellule : le poisson perd sa couleur.
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II-
PROTEINES ASSOCIEES A L ’ ACTINE .
Des protéines régulent la polymérisation/dépolymérisation des microfilaments, leur
stabilité, leur organisation, leur longueur, leur stabilité, leur agencement, leur
fragmentation/destruction, leur ancrage à la membrane. Ce, grâce à des protéines accessoires
qui se fixent soit sur les filaments, soit sur les monomères.
Dans la cellule, 40% de l’actine est sous forme non-polymérisée 70% dans les plaquettes).
Les protéines de séquestration régulent la polymérisation de l’actine en séquestrant plus ou moins
les monomères libres dans le cytoplasme. Si elles n’existaient pas, la polymérisation spontanée de
l’actine aurait lieu.
II-1- REGULATION DE LA DYNAMIQUE DES MFS.
II-1-A- PROTEINES DE SEQUESTRATION DE L’ACTINE G
La principale protéine de séquestration est la thymosine. La béta4 bloque le site de
fixation de m’ATP bloquant l’association du monomère avec le microfilament.
Le recrutement des ces monomères va dépendre de la profiline. Elle se fixe du côté (+) et
entre en compétition avec la thymosine pour se fixer sur les monomères. L’activation locale de la
profiline déplace les monomères du pool libre au pool polymérisé.
L’ADF et la cofiline va se fixer sur l’actine-G-ADP. La
profiline va se lier à l’actine G-ADP et favorise l’ouverture de la
fente et permet le remplacement d’ADP par l’ATP, ce qui induit
la fixation à l’extrémité (+) du filament. Elle accélère à la fois la
polymérisation des filaments en (+) et leur dépolymérisation en
(-). Son activité va être régulée par sa liaison au phospholipide
membranaire. Elle est juste sous la membrane et liée à certains
lipide. Sou l’action d’un signal, elle est relarguée et elle agira
pour empêcher la liaison entre membrane et microfilaments.
Tant qu’elle est associée aux phospholipides membranaires, elle
est incapable de se lier à l’actine.
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Le mode d’action d’ADF/cofiline : elle se fixe sur les pools d’actine-G-ADP. Elle empêche
l’échange ADP/ATP. Elle permet un démantèlement efficace des plus anciens microfilaments
assurant leur renouvellement. Elle est considérée aussi comme une protéine de coiffe.
II-1-B- PROTEINES DE REGULATION DE LA POLYMERISATION/DEPOLYMERISATION DES MFS.
(Attention on parle là de substances chimiques exogènes.)
La phalloïdine se fixe sur les filaments et les stabilise.
La cytochalasine coiffe les extrémités (+) des filaments.
La latrunculine se fixe sur les monomères et empêche leur polymérisation.
La swinholide séctionne les filaments.
II-1-B-1- protéines de nucléation.
Le complexe Arp 2/3, les formines, la spire et la cofiline.
Le complexe Arp 2/3 est le premier qu’on a découvert. Il présente 45% d’homologie de
structure avec l’actine. Elle mime un dimère/trimère d’actine et se fixe sur un filament et induit
la nucléation en dérivation sur un filament. Elle est régulée par des molécules de signalisation
intracellulaire places sous la membrane plasmique (WASP).
Les formines s’associent à deux monomères d’actines et suit l’extrémité (+) du filament
en formation. Elles se lient au complexe profiline/actine, accélérant l’addition de monomère à
l’extrémité (+) des microfilaments. Rôle dans la formation des faisceaux.
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Les spires se lient à 4 monomères d’actines. Elle est associée à l’extrémité (-) des
filaments.
La cofiline en forte concentration peur aussi induire une nucléation de l’actine, dans le
déplacement des cellules mais le mécanisme d’action n’est pas encore connu.
II-1-B-2- protéines de coiffage.
Elles empêchent soit l’addition soit la
dissociation des monomères, ralentissant la
croissance et la dépolymérisation des
filaments.
On a la gelsoline, la fragmine, la sévérine, l’alpha-actinine et Cap Z qui se fixent à
l’extrémité (+) des microfilaments.
On a Arp 2/ 3, l’ADF/cofiline et la tropomoduline qui se fixent à l’extrémité (-).
La régulation du coiffage se fait par 2 voies : le calcium (activation de molécules et
entrainer le coiffage des microfilaments) et PI2 (qui entraine le décoiffage des microfilaments
entrainant leur croissance).
La gelsoline, la fragmine, la sévérine piègent le calcium et bloquent la dissociation ou
l’adjonction de monomère d’actine, à l’extrémité (+) des microfilaments. Elles sont aussi des
protéines de fragmentation.
D’autres protéines de coiffage n’ont pas d’activité dépendante du Ca comme Cap Z (forte
affinité pour l’actine), empêche les protomères d’actine de quitter les filaments. La plupart des
microfilaments sont coiffés par CapZ.
L’actine musculaire est stabilisée par CapZ à l’extrémité (+) et par la tropomoduline à
l’extrémité (-).
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II-1-B-3- protéines de fragmentation.
On a la gelsoline, la cofiline, la brévine, la fragmine, la sévérine.
Elles vont casser le filament et coiffer la partie qui reste.
Elles ont un rôle important dans l’activation de plaquettes.
La gelsoline va être activée par le calcium, elle
se fixe aux microfilaments, elle le casse, et se lie à
l’extrémité (-) générée.
Activation des plaquettes sanguine : dans la plaquette non-activée, les microfilaments
sont coiffés par des CapZ et sont stable. 70% de l’actine est sous forme libre. L’entrée de Ca,
active la gelsoline qui fragmente les microfilaments et les coiffe. Parallèlement, on a une
augmentation de PIP2, qui décoiffe les microfilaments, ce qui laisse le champ libre aux
monomères. On a des fasciculations (formation de faisceaux). Ce qui entraine la déformation de
la membrane.
II-1-B-4- protéines de stabilisation.
On a la tropomyosine, la nébuline, et la caldesmone.
La tropomyosine, se fixe sur 7 sous-unités d’actine bloquant l’interaction avec d’autres
protéines. La régulation est importante pour la contraction musculaire. La tropomysoine est
régulée par la tropomoduline.
La nébuline régule la longueur du filament (elle fait la longueur du filament) en se
fixant latéralement aux microfilaments, empêche les échanges de monomères.
La caldesmone, est dans le muscle lisse et dans les cellules non-musculaires. Elle
régule.
Quand la concentration de Ca2+ est basse, la caldesmone forme un complexe avec la
tropomyosine et l’actine, empêchant la myosine d’accéder à l’actine. Quand la concentration
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en Ca2+ augmente, la tropomyosine change de conformation et permet à l’actine de se lier
avec la myosine et, ensuite, le raccourcissement du muscle.
II-2- REGULATION DE L’ORGANISATION DES FILAMENTS DANS L ’ESPACE.
Les filaments d’actine sont soit organisés en réseau bidimensionnel (lamellipodes) ou
tridimensionnel (pseudopodes) soit en faisceaux contractiles (dans les fibres tractiles ou fibres
de stress qui accrochent la membrane de la cellule au support) ou partiellement serrés (dans les
microvillosités, les filopodes).
Les filaments d’actine ont une importance particulière dans le phénomène de neurulation
embryonnaire.
II-2-A- PROTEINES DE RETICULATION.
Elles sont longues et flexibles et relient 2 filaments
d’actine presque en angle droit formant un gel lâche. Elles sont
importantes pour la formation de lamellipode de migration
cellulaire.
II-2-B- PROTEINES DE FASCICULATION.
Elles interviennent dans la formation de
faisceaux, dans les microvillosités (pour la viline et la
fimbrine).
Les faisceaux sont contractiles avec l’αactinine.
II-2-C- PROTEINES D’ANCRAGE MEMBRANAIRE.
Spectrine, dystrophine, protéine 4.1, ankyrines, ARMn vinculine, taline.
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Associent les microfilaments à la membrane plasmique. Ce qui important pour la forme
des cellules, le maintient de micro-domaine protéique membranaire, et l’attachement à la matrice
extracellulaire.
II-3- VOIES DE SIGNALISATION IMPLIQUEES DANS LES
REARRANGEMENTS DU CYTOSQUELETTE D ’ACTINE.
Elles modulent l’activité des protéines accessoires responsables de la forme et le
cytosquelette d’actine
De la famille des protéines Rho : Cdc42, Rac et Rho. Actives sous forme liées au GTP.
Inactives sous forme liées au GDP.
Rho régule la formation de fibres de stress.
Cdc 42 régule la formation de filopodes.
EXEMPLES DE REGULATION.
La protéine WASp est d’abord repliée et inactive. Elle est activée, par Cdc42 et Rac
(lorsque ces deux derniers sont liés au GTP, et donc actifs), et WASp se déplie. Elle se lie
ensuite au complexe ARP et induit la nucléation d’actine, ce qui entraine la formation de
filopodes.
On a aussi Rac-GTP qui active la PI(4)P-5 kinase qui phosphoryle le PI(4)P en PI(4-5)P2
Qui entraine le décoiffage des extrémités (+) des microfilaments par la gelsoline ou par CapZ.
Ceci entraine la formation de lamellipodes et le plissement de la cellule.
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On a aussi Rho-GT qui active une kinase qui inhibe une phosphatase. Ce qui entraine
l’augmentation de la concentration de la myosine II-P à activité contractile et la formation de
fibre de stress.
II-4- LES MOTEURS MOLECULAIRES ASSOCIES A L ’ACTINE.
Les myosines sont toutes composées d’une chaine lourde et d’une chaine légère.
Seule la myosine I reste sous forme monomérique.
Mécanisme de déplacement de la myosine sur les microfilaments commun à toute la
myosine.
Sans nucléotide, la myosine s’attache fortement à l’actine comme c’est le cas dans l’état
de rigidité cadavérique.
II-4-A- LA MYOSINE II.
Composée de deux monomères.
Si on bloque l’activité de la myosine II, on a division des noyaux, mais pas de
cytokinèse : on obtient une cellule multi-nucléée.
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II-4-B- LES AUTRES MYOSINES.
On parlera des myosines I et V.
La myosine I est impliquée dans la formation de protrusion membranaires et dans le
transport de vésicules golgiennes et d’endosomes.
La myosine V permet le transport des mélanosomes (dispersion dans les
mélanophores), lysosome, endosome, vésicules dérivées de l’appareil de Golgi, RE, vésicules
de sécrétion. Une carence en myosine V entraine des convulsions mortelles chez les souris.
II-5- IMPLICATION DES MICROFILAMENTS D’ACTINE ET DE SES
PROTEINES ASSOCIEES DANS LA FORMATION DES LAMELLIPODES DANS LA
MIGRATION CELLULAIRE .
On a dans l’ordre :
-Adhérence.
-Formation du lamellipode (protrusion membranaire).
-Nouvelle adhérence.
-Traslocation du corps cellulaire.
-Décollement des points focaux postérieurs
-Contraction de la cellule.
Merci à MoD pour les superbes schémas.
Méta-Zoheir.
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