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2016-2017
Adhérence cellulaire
Biologie cellulaire et moléculaire
– UE 7: Sciences biologiques –
Adhérence cellulaire
Semaine : n°18 (du 06/02/17 au
10/02/17)
Date : 07/02/2017
Heure : de 9h00 à
10h00
Binôme : n°14
Professeur : Pr. Lestavel
Correcteur : n°43
Remarques du professeur
•
•
•
•
Diapo disponible sur Moodle
Questions d'examens concernant les cours, TP et ED
1 ED en mars
5 TP en tout
PLAN DU COURS
I)
L'adhérence cellulaire
A)
Principes généraux de l'adhérence cellulaire
B)
Récepteurs d'adhérence
a) Sélectines
b) Intégrines
c) Cadhérines
d) Ig-CAM
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Adhérence cellulaire
Objectifs : toute cellule au sein d'un organisme multicellulaire est soumise à des stimuli d'origines
diverses et parfois antagonistes.
→ Il faut comprendre les mécanismes moléculaires que la cellule met en œuvre pour répondre de façon appropriée
à son environnement (physiologique ou pathologique).
La cellule peut répondre de différentes manières, nous
verrons dans ce cours :
–
Différenciation
Inflammation
Métabolisme
–
Migration
–
Adhérence : interaction cellule-cellule, celluleMEC.
La plupart des eucaryotes sont pluricellulaires, au cours du développement les cellules vont se
différencier : on part d'une cellule totipotente, qui va se diviser et va acquérir un certain nombre de « caractères
différenciés » qui vont permettre à chaque cellule d'avoir une fonction unique.
Le fait de réaliser une fonction unique ce n'est pas parce que les cellules ont gagné cette fonction mais parce
qu'elles ont perdu leur plurifonctionnalité ++ elles gardent une seule fonction spécialisée.
La constitution d’un individu nécessite la mise en place :
•
D’un programme génétique de différenciation des cellules ;
•
De relations entre les cellules.
La cohésion des cellules nécessite de la matrice, ce sont les cellules qui élaborent la matrice et dans un
tissu, les cellules vont coordonner leurs fonctions au cours du développement puis ensuite durant la vie adulte.
Pour créer un organisme 4 processus majeurs :
–
Prolifération cellulaire
–
Spécialisation cellulaire : différenciation
–
Interaction cellulaire : adhérence
–
Mouvement cellulaire : migration
Chacun de ces processus sont mis en place suite à des stimuli, dans des conditions physiologiques ou
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Adhérence cellulaire
pathologiques.
Exemples pour montrer la force de l’adhérence et la mémoire de l'adhérence cellule-cellule/cellule-matrice
Exemple 1 : Embryon amphibien
–
On prend un embryon d'amphibien avec l'épiderme,
mésoderme et endoderme ;
–
Si on désassemble cet embryon, on fait en sorte que les
cellules ne soient plus organisées, on mélange de façon
aléatoire ces cellules on obtient un amas de ces cellules et si
on laisse un peu de temps, progressivement on ré-obtient
l'organisation (épiderme, mésoderme, endoderme et tube
neural) ;
–
Au tout premier stade embryonnaire, les effets de
l'adhérence sélective (=pas au hasard) cellule-cellule et
cellule-matrice sont très puissants car ça permet à l’embryon
de se reformer de façon parfaite.
→ C'est un exemple, ce n'est pas à apprendre
Exemple 2 : Dépôt de fibronectine sur 2 lames de verres
–
Lame de verre : sur une lame de verre a été déposé une même quantité de fibronectine
(composant de la MEC), soit en un seul point, soit en plusieurs points mais toujours la
même quantité ;
–
Après on a déposé une cellule sur le gros point et les multiples petits points ;
–
Quand les cellules ont été cultivées sur le gros point : elles meurent par apoptose, mais
si cultivées sur petits points : elles vont s'étaler, les cellules vont adhérer et survivre et
même croître. => Interaction cellules – matrices pour la survie et la croissance
cellulaire (prolifération).
Exemple 3 : Différenciation de la glande salivaire
Différenciation de la glande salivaire :
On utilise une glande salivaire que l’on débarasse de son mésoderme environnant ;
il ne nous reste alors que l’endoderme glandulaire + sa lame basale :
–
Cet explant débarrassé de mésoderme est traité par la collagénase et la
hyaluronidase pour dégrader la MEC. La lame basale est une MEC
spécialisée donc on enlève cette lame basale. Si on laisse les choses
comme ça en culture, la lame basale va être régénérée par les cellules de
l'endoderme mais la différenciation est incomplète ;
–
Quand on ajoute du mésenchyme, on obtient une différenciation
complète de la glande salivaire ;
–
Cependant, si on ajoute du mésenchyme directement, sans attendre la
régénération de la lame basale, on n’a aucune prolifération, l'explant ne
bouge plus.
→ L'adhérence à la matrice, ou a d'autres types cellulaires (adhérence avec
mésenchyme par exemple) peut induire de la différenciation.
→ Sans interaction matrice-cellule, pas de différenciation.
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Adhérence cellulaire
Exemple 4 : Survie de cellule exposées à radiations selon le mode de culture
Étude visant à tester la capacité des cellules à pousser en soit :
–
2D boite de plastique toute simple ;
–
2D boite de plastique qui avait été préalablement recouverte de MEC ;
–
Dans une MEC en 3D.
Pour chacune de ces 3 conditions de culture on a regardé la survie après une radiation : c’était pour mimer un
traitement anticancéreux par radiothérapie.
✔
Pour une même dose de radiation : La cellule qui a été cultivé en 2D sur du plastique meurt plus vite
qu'une cellule qui a été cultivé en 2D sur du plastique avec de la MEC et encore moins que les cellules
cultivées en 3D.
✔
La survie et le milieu de culture sont connectés. Les cellules en 3D sont plus radio-résistantes que les
cellules cultivées en 2D.
Les conditions de culture modulent la survie cellulaire après une radiation.
→ Une des conclusions de ce travail a été de dire que les cellules cultivées en 2D dans une MEC sont plus
radio et chimio résistantes que les cellules cultivées en 2D.
→ Attention : quand on veut tester des thérapies il faut trouver les bons modèles, un bon milieu de
culture : il faut surtout mettre en place des cultures cellulaires en 3D dans la recherche des molécules anti
cancéreuses : l'adhérence à la matrice c'est aussi ce qu'on étudie dans nos boites de culture pour participer
à la recherche de molécules anti cancéreuses.
++ A la fin de ce cours, vous devrez être capables : ++
–
Présenter la MEC et les molécules qui la constituent.
–
Présenter l’organisation moléculaires des interactions cellule-cellule et cellule-matrice.
–
Exposer les principes généraux de la différenciation cellulaire.
–
Exposer les différents types de cellules souches.
–
Analyser des documents (textes ou figures) issus d'un article scientifique : c'est à dire le présenter et
interpréter.
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II)
Adhérence cellulaire
Adhérence cellulaire
A)
Principes généraux de l'adhérence cellulaire
L’adhérence cellulaire ou adhérence entre les cellules et la matrice extracellulaire a 2 grands piliers :
➔
Adhérence jonctionnelle : permet la formation de tissus grâce aux interactions adhésives et stables ;
✔
Tissus épithéliaux ou endothéliaux ;
➔
Adhérence non jonctionnelle : résultat d’interactions transitoires et labiles.
–
Adhérence avec de la matrice ou de la lame basale ;
–
Dans une cellule, un entérocyte par exemple, on a des jonctions serrées (tight junctions) qui représente
une frontière entre 2 régions cellulaires membranaires : le pôle apical et le pôle basolatéral. Ces jonctions
permettent une certaine imperméabilité également ;
–
EN MO à transmission :
•
Microvillosités
Desmosome
Jonction GAP : jonction communicante
→ Ça c'est dans un épithélium adhérence cellule-cellule.
•
•
Dans l'épithélium, l'adhérence cellule-matrice est possible par les :
–
Hémidesmosomes ;
–
Adhésions focales ou plaques d'adhésion.
Pour l'adhésion non jonctionnelle : il n'y a pas ces structures aussi bien caractérisée puisque les jonctions sont
labiles et transitoires, pas de structures stables qui permettent de stabiliser le tissu.
→ L'ensemble de ces jonctions (jonctionnelle ou non jonctionnelle) va nécessiter des molécules de
reconnaissance à la surface des cellules : ce sont des récepteurs ou des protéines d'adhérence.
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Adhérence cellulaire
Pour l'adhérence jonctionnelle, il y a 2 récepteurs qui participent essentiellement :
–
Cadhérines (jonction serrées, desmosome) ;
–
Intégrines (cellule-matrice ou cellule-cellule) ;
Dans l'adhérence non jonctionnelle en plus des cadhérines et des intégrines on trouve comme récepteur :
–
Les ICAM ou IgCAM ;
–
Les sélectines ;
–
Les protéoglycanes.
L'adhérence est possible car :
1. Expression sélective de récepteurs d’adhérence par les cellules :
- Programme génétique de différenciation cellulaire à la base de cela ;
- En réponse à des stimuli extracellulaires.
2. Ligand principal/ ligands multiples pour chacun de ces récepteurs :
- Adhérence homophile des cadhérines : 2 protéines de même nature ;
- Adhérence hétérophile des Ig-CAM : interagit avec autre chose que l'Ig-CAM ;
- Adhérence sélectines/mucines donc adhérence hétérophile ;
- Adhérence des intégrines à de multiples ligands ;
- Une panoplie de ligand qui vont induire en se fixant des stimuli à la cellule.
3. Contrôle de l'adhérence par modulation de la densité des récepteurs d'adhérence à la surface des
cellules (en réponse à un stimulus intra- ou extracellulaire).
- Taux de synthèse : transcription/traduction des récepteurs ;
- Stockage dans des compartiments intracellulaires : stocker des récepteurs déjà fabriqués dans des
endosomes de stockage qui seront en attente d'un stimulus.
4. Force des liaisons d'adhérence : deux intégrines ne s'accrochent pas de la même manières que des
sélectines, on peut mesurer expérimentalement la force que les cellules vont s'adhérer entre elles.
5. Interaction des récepteurs d'adhérence au cytosquelette via des protéines d'adaptation
intracellulaire : contribue à la force des liaisons entre les cellules et avec la matrice. Cela va permettre
aussi à la transduction du signal et la réponse de la cellule en modifiant le cytosquelette. Les modifications
du cytosquelette à son tour pourront modifier l'activité d'un récepteur membranaire.
6. Activation de voies intracellulaires de traduction des signaux suite à une interaction des cellules avec
la matrice.
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Adhérence cellulaire
Protéine d’adhérence : schéma général de ce que doit être un récepteur d'adhérence :
–
Domaine transmembranaire: dans la membrane, une chaîne polypeptidique, ce domaine a une ou
plusieurs traversée(s) ;
–
Domaine intracellulaire, l’endodomaine :
Celui-ci va pouvoir :
-Être phosphorylé ;
-Adhérer à des protéines modulaires d'adhérence ;
-Interagir avec le cytosquelette et induire alors des mouvements de la
cellule ;
-Interagir avec des protéines de la signalisation intracellulaire et donc
ça va conduire à un signal.
–
Domaine extracellulaire : exodomaine.
Celui-ci va pouvoir :
- Réagir avec un ligand ou un autre récepteur ;
- Être glycosylé et interagir avec la MEC ;
- Être glycosylé et interagir avec d'autres récepteurs.
Au final, on voit que l’interaction n’est pas juste un « bout de scotch dénué de conséquences ». Les interactions
cellules-cellules et cellules-matrice vont induire des signaux (modification du cytosquelette ; transduction d’un
signal intracellulaire) et donc une réponse cellulaire. On peut anticiper, l’inverse est possible : l'endodomaine peut
recevoir des signaux intracellulaires et peut induire alors des modifications de la capacité des récepteurs à adhérer
cellule ou matrice (une modification de l’adhérence postérieure à une modification intracellulaire).
Interaction « récepteur + ligand »
Interaction « récepteur + récepteur »
•
Sélectine + oligosaccharides ;
•
Cadhérine + cadhérine ;
•
Intérgine + protéines de la MEC.
•
Intégrine + intégrine ;
•
Ig-CAM + intégrine.
L'adhérence cellulaire intervient dans plusieurs domaines :
–
La cohésion tissulaire
–
La migration cellulaires
–
La prolifération cellulaire
–
La différenciation cellulaires
–
L'apoptose
–
Le développement embryonnaire
–
Les remaniements tissulaires physiologiques ou physiolopathologiques
–
La réponse inflammatoire
B)
Les récepteurs d'adhérence
Il en existe 5 :
–
Mucine / protéoglycanes : structures protéiques extrêmement glycosylées, très longues et compliquées.
(on en parlera pas plus que ça)
–
Sélectine
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Adhérence cellulaire
–
Intérgine
–
Cadhérine
–
Ig-CAM (cell adhesion molecule)
1)
Les sélectines
–
Assure l'adhérence intercellulaire cellule-cellule transitoire
–
Le mécanisme est calcium dépendant, sans calcium pas
d'adhérence via une sélectine
–
Il en existe plein de sortes mais peu importe.
–
Interactions hétérophiles
–
Protéines transmembranaire avec un domaine extracellulaire
qui présente :
- Un domaine lectine capable de reconnaître des sucres : ça
va fixer les glucides et les mucines.
- Un domaine de type EGF (épidermal growth factor).
- D'autres domaines qui vont allonger plus ou moins dans le
milieu extracellulaire.
–
2)
L'endodomaine via des protéines d'ancrage, va interagir avec
les filament d'actine du cytosquelette : les sélectines seront
dans l'interaction des plaquettes et des leucocytes avec les
cellules endothéliales vasculaires lors de recrutement des
cellules du système immunitaire ++
Les intégrines
–
–
–
hétérodimères transmembranaires à 2 sous-unités : α et β.
Lasous-unité αpeutê treclivé eetrelié eparunpontdisulfure.
24 types sous unités α et 9 types sous unités β: stratégie combinatoire.
•
β-1:interactioncellules– matrice
•
β-2:leucocytes– cellulesendothé liales(infection)
•
β-3:plaquettes-matrices(coagulation)
–
Exodomaine interagit avec la matrice.
–
Endodomaine agit avec des filaments d'actine par l'intermédiaire des
protéines d'ancrage : l’actinine-α, la taline, la filamine avec la
vinculine.
–
Mécanisme d'activation est calcium dépendant
–
Interactions hétérophiles : cellule-matrice (fibronectineo, laminine, collagène avec motif RGD
(=Arg-Lys-Asp) ou cellule-cellule (Ig-CAM)
–
Les intégrines ne sont pas toujours activées et seront activées par la fixation d'un ligand
extracellulaire : la forme inactive sans ligand, la fixation d'un ligand induit un changement de
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Adhérence cellulaire
conformation qui va donner la forme active de cette intégrine. Activation outside in : vient de l'extérieur et
active (par stimuli extracellulaire).
–
Peut aussi se faire par des protéines de liaison du cytosquelette : on peut avoir une forme inactive
d'intégrine non liée à la taline, la taline se liant à l'endodomaine va induire un changement de
conformation et donc une activation de l'intégrine : activation inside-out : liaison de protéine
intracellulaire qui induit l'activation (par modification intracellulaire).
3)
Cadhérine
–
L'endodomaine va interagir avec des protéines moléculaires d’adhérence qu'on appelle des caténines qui
vont interagir avec des filaments d'actine.
–
Les cadhérines et la transduction du signal est important car régulent la prolifération, la migration et la
différenciation cellulaire : particulièrement important dans inhibition de contact des cellules épithéliales.
Un épithélium intestinal ou bronchique par exemple est intègre quand au moins les cadhérines
interagissent de façon correcte avec leur caténine et le cytosquelette.
4)
Ig-CAM
–
Super famille des Immunoglobulines, car elles ont une structure qui ressemble
aux immunoglobulines.
–
Protéine transmembranaire qui présente dans son exodomaine des domaines de
type ig
–
Activation indépendante de calcium
–
Interaction homophile : N-CAM (cellule neuronale )
–
Interaction hétérophile : I-CAM (cellule endothéliale) /intégrine cellule
sanguine.
–
Renforce les interactions cellulaires
–
Participe au tri, à l'organisation des cellules dans un tissu.
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