Chap 3 - L1 CB-SVT S2 PDF

Preview

Summary

Chapitre 3 : La cellule dans son environnement matérielCM 10Matrice, vous avez dit matrice?Est-ce que toutes les cellules vivent dans un environnement qui est une solution purement aqueuse? → pas vraimentCoupe histologique des cellules de derme : on voit toute une série de cellules et qui entre les ...

Description

Chapitre 3 : La cellule dans son environnement matériel

CM 10 Matrice, vous avez dit matrice ?

Est-ce que toutes les cellules vivent dans un environnement qui est une solution purement aqueuse ? → pas vraiment

Coupe histologique des cellules de derme : on voit toute une série de cellules et qui entre les cellules, il y a pleins d’espaces. Au microscope électronique ( en gris), on voit des cellules empêtrées dans un espèce de maillage. Elles sont complétement entourées par ce maillage. Ce maillage, c’est des macromolécules qui sont mis en place par des cellules. Matrice : ensemble de macromolécules mises en place par les cellules dans leur propre microenvironnement. Les cellules aménagent leur milieu dans lequel elles vivent. PHOTO GAUCHE : Chaque colonne correspond à une cellule. Ces cellules se reposent sur une espèce de nappe plan. On a donc des cellules qui ont un environnement qui ne sont plus en 3D mais en 2D sur lesquelles elles s’accrochent. Matrice + cellule = tissus PHOTO DROITE : on a une matrice extracellulaire extrêmement dense, plate sur laquelle les cellules vivent.

Ce sont les grands types de matrices qu’on retrouve dans les tissus :

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

-

Lame basale : matrice plane, dense sur laquelle elles vont s’accrocher les cellules : Tissus épithéliaux : exemple l’épiderme

-

Matrice mésenchymateuse : un maillage très lâche à l’intérieur duquel vivent les cellules : Tissus mésenchymateux : exemple le derme

L’association de cellules + leur matrice extracellulaire forme des cellules. Epiderme + derme = la peau Ce sont les 2 types de cellules qu’on retrouve chez les animaux. Les cellules végétales ont aussi des matrices extracellulaires = la paroi

I – Les principaux constituants des matrices extracellulaires a- Glycosaminoglycanes / protéoglycanes •

GAG : polymères de disaccharides à oses en général modifiés

Les glycosaminoglycanes, ce sont des polymères de disaccharides modifiés.

APPRENDRE GLUCOSE

-

Ose typique : le glucose et il subit toute une série de modification : La transformation de l’alcool en acide uronique = acide glucuronique La greffe de certains groupements ici un groupement acétyl-amine = Nacétylglucosamine

Ce sont ces molécules qu’on va retrouver en abondance dans les glycosaminoglycanes.

2

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

Ce sont tous des glycosaminoglycanes : on retrouve des polymères de disaccharides, le 2ième cycle est systématiquement aminé, le 1er cycle contient un acide. Un glycosaminoglycane est un polymère de disaccharides dont le premier en général sauf dans les kératanes sulfate est un ose modifié en acide uronique soit l’acide glucuronique ou soit l’acide iduronique et le deuxième est aminé. On retrouve des sulfates partout mais n’apparaissent pas dans les formules car la position des sulfates varie en fonction des tissus. Un glycosaminoglycane est un polymère de disaccharides qui peut s’écrire sous la forme (A+B) n A = acide uronique B= ose aminé + sulfaté Ces 2 oses sont reliés par soit une liaison 1-3 soit par une liaison 1-4.

3

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE •

Propriétés des GAG ✓ Polymères linéaires rigides = forment des grandes chaines linéaires ✓ Polymères chargés = on a des groupements sulfates SO3-, des acides uroniques au pH cellulaire il est COO- ils vont attires des ions donc de l’eau. Ces polymères vont être chargée d’eau. ✓ Ces molécules peuvent s’associer entre eux grâce aux ions.

Ces polymères sont capable de faire des gels qui sont très poreux et très fortement hydratés. •

In vivo… les protéoglycanes On retrouve in vivo peu de glycosaminoglycanes isolés mais on va beaucoup plus trouvée des protéoglycanes.

Un protéoglycane est constitué de l’association entre une protéine (protéine de cœur = centrale). Sur cette protéine, on va avoir toute une série de glycosaminoglycanes qui vont se greffer. Ils sont pour la plupart greffer sur des sérines, c’est un exemple de glycosylations o-liés. Dans les cellules, ces protéoglycanes sont fabriqués dans l’appareil de Golgi. C’est l’appareil de Golgi qui fait des glycosylations O-liés.

L’aggrécan est constitué d’une grosse protéine centrale, on va rajouter une centaine d’aminoglycane de type chondroïtine sulfate, une soixantaine de glycosaminoglycane de type kératane sulfate. Cela fait une molécule au total a un poids moléculaire d’environ 3000 kD. Une mole de cette protéine pèse 3000 kilo = très gros Cette molécule on peut l’extraire du cartilage. On ne le trouve pas sous forme d’aggrécan isolé mais sous forme d’amas d’aggrécan. Les aggrécans s’accrochent entre eux par l’intermédiaire d’un glycosaminoglycane nommé Hyaluronane (qui contient beaucoup d’acide hyaluronique). On a un hyaluronane qui porte n-aggrécans et donc l’ensemble forme un amas d’aggrécan. Cela fait un ensemble moléculaire qui fait au total plus d’1 micron → taille de grandeur d’une bactérie. C’est l’une des principales constitutives des cartilages. b-

Protéines fibreuses 4

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

-

Les collagènes : des protéines structurantes Exemple d’un collagène strié : collagène I. On retrouve ce collagène dans le derme.

Cette cellule est constitué de son noyau, de mitochondrie, riche en réticulum endoplasmique granuleux donc elle est capable de faire des synthèses protéiques. Autour de ces cellules, on voit des fibres de collagènes. Ces fibres sont constitué de sous-ensemble qu’on va appeler des fibrilles. On a aussi des stries sur ces fibres. ➔ collagène strié. On voit que la fibre de collagène est constitué de petits éléments qui sont côte à côte. Chacun de ces éléments représentent des fibrilles de collagène. Ce sont les fibrilles de collagène qui sont strié. Ces fibrilles de collagène sont constitué de molécules de collagène. Ces molécules de collagène sont assez grosses. Elle est constitué de trois chaines d’acide aminés = structure quaternaire : c’est une triple hélice de collagène. C’est une triple hélice gauche ce qui explique sa solidité. Ces molécules de collagène vont s’associer entre elles pour former des fibrilles.

Une molécule de collagène ( 3 chaines ensemble), cela fait de l’ordre de 1.5 nm de diamètres. Ces fibrilles de collagène font un diamètre de l’ordre entre 10-100 nm. C’est l’association de ces fibrilles de collagène qui va former des fibres de collagènes. Une molécule de collagène est une triple hélice. Ces molécules de collagène vont s’associer pour former des fibrilles de collagène : elles s’associent par leur extrémité : elles vont se lier par des liaisons de covalence. Cela donne des structures résistantes. Ce sont ces fibrilles qui

5

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

sont striés. Ces fibrilles s’associent pour donner des fibres de collagènes. Puis elle-même peut être regroupé en trousseaux de fibre. Ce sont ces fibres de collagène qu’on va retrouver dans la matrice mésenchymateuse.

Exemple d’un collagène

non strié : collagène IV Dans le cas des lames basale, on va retrouver des collagènes différents. Le collagène typique est le collagène IV. La molécule de collagène a toujours une partie avec les 3 hélices mais a des extrémités qui ont des rôles énormes. Ces extrémités vont permettre l’association entre les molécules de collagènes. Le collagène IV ne va pas faire de grandes fibrilles ni de grandes fibres. Mais le collagène IV va former un réseau plan, cela est lié à ses propriétés moléculaires. Dans les lames basales, on va retrouver ce type de réseau plan de molécules de collagène IV. Les collagènes IV s’associent sous forme de dimères. Ces dimères s’associent entre eux sous forme de tétramères.

Dans la matrice de type mésenchymateuse, on va retrouver un type de collagène : le collagène I qui est strié. Dans la matrice de type lase basale, on va retrouver un autre type de collagène : le collagène IV. La différence est : le collagène 1 fait de grandes fibres et le collagène IV fait un réseau plan. Ce qui va permettre à la collagène IV de structure de base d’armature pour construire cette chose de plan. CM 11 :

6

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

La matrice est constituée des molécules qui font le fond (= glycosaminoglycane) et des molécules structurantes (= protéines fibreuses). -

Les autres protéines… •

Fibronectine

C’est une molécule qu’on va retrouver dans la matrice mésenchymateuse. On voit une espèce de réseau de molécules. Elle est constitué de 2 parties donc de 2 chaines peptidiques qui sont assemblées à leurs extrémités par des ponts disulfures. Cette molécule va avoir des sites interactions entre les protéoglycanes et les fibronectines : les protéoglycanes vont s’accrocher aux fibronectines ou viceversa. Il y a aussi des sites d’interactions entre la fibronectine et le collagène I mais aussi il y a des sites d’interactions avec les cellules. La fibronectine porte une petite séquence de 3 acides aminés (séquence RGD). Certaines cellules sont capable de la reconnaitre à l’aide des protéines membranaires (en général des transmembranaires) qui sont donc des récepteurs à cette séquence là ➔ les cellules sont capable de s’accrocher à la fibronectine. C’est une protéine qui permet l’interface entre la cellule et la matrice. •

Laminine Laminine = molécule de la matrice extracellulaire. Lamine = c’est un type de filament intermédiaire qu’on trouve dans les noyaux.

Au niveau de la lame basale, il n’y a pas de fibronectine mais il y a de la laminine. La laminine est un trimère : 3 chaines peptidiques. Sur cette molécule, on va trouver beaucoup de sites d’interactions : il y en a avec le collagène IV, avec des protéoglycanes et avec elle-même. On a aussi des séquences qui interagissent avec des protéines qu’on va trouver dans la membrane des cellules. Cette molécule permet aux cellules de s’accrocher sur le réseau qui va constituer la lame basale. C’est une protéine qui est dans la matrice extracellulaire et qui permet l’interaction entre la cellule et matrice. Une matrice extracellulaire est un ensemble de macromolécule qui sont organisé en un réseau moléculaire. Ce réseau moléculaire va structurer l’espace autour des cellules. Il y a 2 grandes types de matrice : les matrices mésenchymateuse (tridimensionnelle, les cellules sont à l’intérieur, exemple le collagène I, la fibronectine et il y a beaucoup de protéoglycane qui permet de prendre un volume dans l’espace) et les matrices de type

7

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

lame basale (un réseau plan de collagène IV avec de la laminine et très de peu de protéoglycanes). Les protéoglycanes font le fond, les collagènes font l’armature de structures puis les fibronectines d’un côté et les laminines de l’autre sont des protéines fonctionnelles qui permettent en particuliers l’encrage des cellules.

8

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

CM 11

II- Le trafic des molécules matricielles (et des autres) Maladies de surcharge Maladie des cellules à inclusion (mucolipidose de type II) = I-cell disease = on voit des cellules qui sont dans des matrices extracellulaires. Les fibroblastes font de l’endocytose : ils vont récupérer des morceaux de matrice et vont les traiter. La matrice n’est pas une structure définitive mais va être recycler et remplacer régulièrement. Les cellules i ont pleins de vésicules dans leur cytoplasme. Lorsqu’on grossit ces vésicules : on voit des vésicules qui sont limité par des membranes et à l’intérieur, il y a un matériel granuleux. Ces cellules i sont bourrées de vésicules qui contiennent des résidus de matrice. Ces maladies de surcharges sont liés à une surcharge intracellulaire de matériel de la matrice extracellulaire. L’un des intérêts de ce modèle, on a pu obtenir un bon modèle de cette maladie. lorsqu’on cultive des fibroblastes on voit dans les cellules i, beaucoup de granuleux qui représente la surcharge.

Celllule i = cellule à inclusion

1- Mise en place de la matrice •

Sécrétion par exocytose

La matrice extracellulaire est mis en place par les cellules dans leur propre microenvironnement. Une cellule assemble des protéines au niveau du réticulum puis transporte par les Golgi puis fait des vésicules golgiennes puis fait de l’exocytose. Cela est valable pour les protéines matricielles, pour les protéoglycanes matriciels, pour les glycosaminoglycanes matriciels.

9

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

Un fibroblaste est capable de retraiter la matrice extracellulaire. •

Remaniement après endocytose Un fibroblaste est capable de faire de l’endocytose de matrice extracellulaire. Il est capable de récupérer ici des vésicules à l’intérieur de son cytoplasme qui contient de la matrice extracellulaire, de traiter cette matrice puis de se débarrasser de ces débris. ➔ fibroblaste normal Pour détruire les molécules de la matrice extracellulaire, il faut des enzymes qu’on va retrouver dans la même vésicule. Une vésicule qui contient des enzymes, s’appelle un lysosome.

. On peut retrouver 2 endroits où il y a de la traduction : libre dans le cytosol (on va retrouver les protéines dans le cytosol) ou associé à une membrane au niveau du REG. Dans la cellule normale, il y a des enzymes qui sont capable d’attaquer la matrice. Des enzymes sont des protéines qui sont fabriquées par la cellule. On retrouve les protéines qui sont dans les vésicules : cette protéine est assemblée au niveau du REG. L’appareil de Golgi est capable de donner des petites vésicules. Une vésicule qui contient des hydrolases acides cela s’appelle un lysosome. On parle de lysosomes primaires pour la vésicule qui vient directement et contient que l’enzyme et on parle de lysosome secondaire pour la vésicule qui va contenir l’enzyme et son substrat. Il y a 2 compartiments au niveau du cytoplasme d’une cellule : il y a le compartiment cytosolique et l’intérieur du cycle. Dans une cellule normale, la cellule est capable de sécréter de la matrice extracellulaire en particulier des glycosaminoglycanes. Ensuite, cette cellule est capable de récupérer de la matrice extracellulaire puis de la traiter. Pour la traiter, les vésicules d’endocytose vont recevoir une abondance d’enzyme sous forme de vésicules. 2-

L’adressage cellulaire •

I-cell disease : un problème postal

Maintenant on voir le cas avec la maladie de surcharge. Cette maladie est lié à un problème d’adressage : les molécules ne sont pas envoyées au bon endroit de la cellule. Dans le cas de la maladie, on a une accumulation de vésicules contenant la matrice à l’intérieur du cytoplasme. HYPOTHESE : Cela veut dire que la sécrétion se passe mal donc les processus ne fonctionnent pas donc la cellule va produire des vésicules contenant la matrice et on va les retrouver dans le cytosol. -

Soit un problème sur la sécrétion de la matrice Soit un problème sur le traitement de la matrice qui a été ré endocyté

10

pas d’enzyme

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

Pour cela, on va tester avec la culture des cellules. Il est très facilement testable, Hypothèse : - il suffit de regarder si on met des cellules i en cultures, il y a des molécules de matrices à l’extérieur de la cellule. S’il y en a cela veut dire que la cellule sécrète. Cependant, on voit des molécules de matrice à l’extérieur de la cellule ➔ la sécrétion marche. L’hypothèse n’est pas la bonne. - La cellule accumule des vésicules contenant de la matrice parce qu’elle sécrète puis elle fait de l’endocytose mais elle est incapable de traiter les vésicules d’endocytose. Donc elle conserve à l’intérieur d’elle les choses qu’elle ne peut pas traiter. Donc il y a un problème d’enzyme. On peut aussi la tester : on peut chercher si dans les cultures de cellules, les cellules sont capable de produire de l’enzyme ou pas. Avec un anticorps, on va pécher les molécules dans un mélange et ensuite on fait une électrophorèse pour voir les molécules qu’on a péché. Cela s’appelle de l’immunoprécipitation. On voit dans le cas des cellules normal, on a une enzyme qu’on peut pécher. Cette enzyme (iduronidase) (on la connait) est capable de détruire la matrice. Iduronidase = est une enzyme qui est capable de couper des molécules en particulier des glycosaminoglycanes au niveau des acides iduroniques. Cette enzyme, on la retrouve au niveau des cellules normales. Lorsqu’on récupère des cellules i (cellules issues d’un patient atteint d’une maladie de surcharge). On ne voit pas cette enzyme ➔ les cellules i ne contiennent pas l’enzyme donc incapable de traiter les vésicules d’endocytose qu’elles ont fait. Donc les vésicules d’endocytose s’accumulent à l‘intérieur du cytoplasme. Lorsqu’on observe à l’extérieur de la cellule, on constate que dans le milieu de culture des cellules i, on a l’enzyme. Donc le problème : l’enzyme au lieu d’être adressé vers les lysosomes mais cette enzyme est adressé vers l’extérieur de la cellule. A l’extérieur de la cellule, elle ne peut pas agir parce qu’on sait qu’elle est capable de détruire la matrice mais c’est une enzyme qui en principe agit à l’intérieur d’un lysosome. A l’intérieur du lysosome, le pH est extrêmement acide.

11

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

Dans une cellule i, La cellule est capable de sécréter de la matrice et aussi elle est capable de fabriquer l’enzyme. Mais cette enzyme, elle ne l’adresse pas au lysosome mais elle l’adresse au milieu extérieur. Cette maladie de surcharge est lié à un problème d’adressage. Il y a un problème sur le devient d’une protéine. La protéine ne se retrouve pas au bon endroit. Le milieu extracellulaire n’est pas acide ➔ donc elle n’est pas active. Ce problème des cellules i est un problème d’adressage cellulaire. L’enzyme n’est pas adressé au bon endroit. si l’enzyme des cellules i et des cellules normales ne se trouvent pas au même endroit, donc il y a une différence entre les deux. Lorsqu’on a comparé les deux enzymes, la seule différence qu’on trouve est lié à un sucre qui sert à une glycosylation. L’enzyme normal est glycosylé avec un sucre particulier, un mannose 6phosphate. Dans le cas des cellules i, elles fabriquent aussi des enzymes mais elle n’est pas glycosylé. La conséquence de cette différence, il y a une enzyme qui va se trouver dans les lysosomes et l’autre enzyme va trouver à l’extérieur. Ce mannose 6-phosphate sert de signal de reconnaissance, on parle de signal d’adressage. Une enzyme qui va porter le mannose 6phosphate, va se retrouver dans le lysosome et une enzyme qui ne porte pas de mannose 6phosphate, va se retrouver à l’extérieur de la cellule. Dans la cellule, il doit y avoir quelque part un récepteur qui est capable de reconnaitre ce signal et puis de déclencher une réaction. Le récepteur (une protéine transmembranaire) se trouve dans l’appareil de Golgi et reconnait le mannose 6-phosphate.

12

CHAPITRE 3 BIOCELLULAIRE

•

L’appareil de Golgi : le centre de tri d’export

Endocytose spécifique : il y a des récepteurs, des molécules transmembranaires qui sont capable de reconnaitre des cargos et cela va déclencher toute une série de réaction avec la molécule de clathrine. La molécule de clathrine est capable de faire des ballons. Il y a le même système au niveau de l’appareil de Golgi. Comme on a plein de récepteurs chargés de molécules (enzyme porteuse de mannose 6phosphate), il y a une couverture de clathrine qui va mettre en place. La clathrine forme une vésicule. Tous cela se passe au niveau du trans-golgi network. On va récupérer toutes les molécules qui porte un mannose 6-phophate dans une vésicule.

Quand le processus est terminé, on retrouve avec une vésicule qui contient des molécules marquées par le mannose 6-phosphate. Donc on a fabriqué un lysosome primaire. Au niveau de l’appareil de Golgi, il y a deux grandes voies so...