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Biologie cellulaireCHAPITRE 4 : LA DIFFÉRENCIATION CELLULAIRE(Exemple de la différenciation épithéliale)CMUne cellule différenciée est une cellule qui s’est spécialisée dans la réalisation de certaines fonctions cellulaires. Cependant, toutes nos cellules ont le même génome, c’est-à-dire qu’en princ...

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Biologie cellulaire CHAPITRE 4 : LA DIFFÉRENCIATION CELLULAIRE (Exemple de la différenciation épithéliale) CM12 Une cellule différenciée est une cellule qui s’est spécialisée dans la réalisation de certaines fonctions cellulaires. Cependant, toutes nos cellules ont le même génome, c’est-à-dire qu’en principe les cellules q-sont toutes capables de faire la même chose. Cette cellule va investir dans certaines fonctions plutôt que d’autres. C’est donc cet investissement cellulaire que l’on va appeler la différenciation cellulaire. La différenciation épithéliale est une structure qui va mettre en place de la résistance mécanique. Un épithélium est un ensemble de cellules, donc un tissu qui va permettre de recouvrir quelque chose.

I.

Caractères généraux de la différenciation épithéliale : l’exemple des entérocytes

1-L’organisation des cellules épithéliales est souvent polarisée Un entérocyte est une cellule épithéliale, que l’on va trouver au niveau de notre intestin (≈6m). Ces cellules tapissent notre intestin, constituées de replis, qui sont en fait des petits picaux. Ces derniers sont appelés des villosités intestinales. La présence de replis permet donc d’agrandir la surface. En bordure de ces villosités, il y a tout un tas de cellules, ce sont les entérocytes. Sur un picaux, il y a 2 types cellulaires, mais ces 2 types sont des entérocytes. Celui que nous allons nous intéresser est celui en rose, le plus commun. ème Le 2 type cellulaire en en fait une cellule caliciforme à mucus (composé de GAG).  Au niveau des organites Cette organisation est polarisée, comme la plupart des cellules épithéliale, c’est-àdire qu’il y a 2 pôles : -pôle basal est en contact avec la MEC (lame basale) -pôle apical de la cellule est celui qui forme la lumière de l’intestin Le noyau de la cellule est essentiellement du côté du pôle basal de la cellule. Le RE est également plutôt vers le pôle basal. L’appareil de Golgi est plutôt du côté apical. Les mitochondries sont situées un peu partout dans la cellule. Les cellules sont donc orientées. Au sommet de ces cellules, on va trouver des microvillosités. Ce sont des replis en doigt de gants, à l’intérieur de ces microvillosités on a du cytosquelette. Dont le diamètre de ces MV sont d’environ 7 nm, ce sont des microfilaments. On peut donc observer un doigt de gant plasmique soutenu par faisceau d’actine. Les microfilament (filaments d’actine) contenus à l’intérieur sont maintenus parallèles les uns aux autres. C’est donc un faisceau de microfilaments.

On peut voir que les MV sont régulièrement espacées, au niveau de l’ancrage des doigts de gant, on y observe des tétramères qui vont être reliés à une 2ème MV. L’écart constant entre les 2 MV est lié par cette molécule qui ressemble à la spectrine.  Au niveau moléculaire Un microfilament a 2 extrémités, une (+) et une (-), ici les microfilaments ont tous la même orientation. L’extrémité (+) est vers le pôle apical et le (-) vers le pôle basal. Ces microfilaments sont donc stables, en plus de ces microfilaments, il y a des protéines associées au cytosquelette qui régule la stabilité de ces microfilaments. Ce sont ces protéines associées qui vont maintenir en place les microfilaments. Il existe des molécules capables de faire « des barreaux d’échelle » se liant par ses 2 extrémités. On peut voir aussi qu’il y a des zones sombres, ces dernières sont constituées de filaments intermédiaires, ces derniers se situent en-dessous de la molécule semblable à la spectrine. C’est le réseau terminal (terminal way). Les molécules membranaires que l’on va trouver au pôle apical et pôle basal sont des molécules différentes. Il y aura des différences au niveau des protéines membranaires, mais aussi au niveau des phospholipides membranaires. Sur cette cellule, il y a des protéines transmembranaires qui assurent du transport qui n’existent que sur la face apicale. Ici, on s’intéresse à un transporteur capable de faire un co-transport, donc un symport qui est capable de transporter du sodium et du glucose. Sur la face basolatérale, essentiellement sur la face basale, on trouve essentiellement 2 autres molécules. La 1ère est la pompe sodium/ potassium et le 2ème est un transporteur de glucose. Ce dernier est très fortement concentré dans les cellules et moyennement concentré dans le pôle basal de la cellule. La cellule va dépenser beaucoup d’énergie pour faire sortir du sodium, ce qui veut dire que l’intérieur de la cellule est pauvre en sodium. Donc ce dernier a tendance à rentrer par un transporteur sodium/ glucose. Le sodium et le glucose rentre en même temps. Ce transport est passif pour le sodium, mais actif secondaire pour le glucose au niveau apical. La diffusion est facilitée par la présence d’un co-transport. 2-Les cellules épithéliales sont fortement jointives Entre les cellules épithéliales, on va trouver des structures qui sont des jonctions cellulaires. Une jonction est une structure cellulaire et visible au microscope, permettant la création de liens mécanique entre cellule-cellule ou cellule-MEC. Les mécanismes non jonctionnels sont des mécanismes que l’on ne peut pas voir. Une cellule épithéliale possède presque toutes les jonctions connues.  Les jonctions étanches Entre ces 2 cellules, il y a toute une série de structure, en premier lieu, on va se pencher sur les premières structures qui sont près des MV. Ces 2 membranes ont des points de contacts, qui sont des jonctions. Ces points de contacts peuvent aller de 3 à une dizaine.

Ce sont les protéines transmembranaires qui vont interagir entre les 2 cellules. La principale protéine est la Claudine, qui est une petite protéine de 17 kD, ce qui veut dire qu’elle dépasse à peine de la membrane. Ici, la Claudine est extrêmement abondante, ce qui va créer des fils de protéines dans la membrane. Sur la cellule d’à côté, il y a le même dispositif. Ces fils de protéines interagissent les uns avec les autres. Les membranes sont accrochées sur toute une longueur. Les claudines vont interagir entre elles au niveau des points de liaisons. Les claudines forment donc des fils appelé « réseau de claudines anastomosées ». Ces jonctions empêchent les molécules de rentrer et les molécules internes de sortir. Il y a une spécialisation de la face apicale et basale. Les protéines dans la face apicale vont pouvoir se déplacer jusque la limite du fil de Claudine et inversement. Ces jonctions étanches ont un rôle fondamental dans la polarisation des cellules épithéliales. Ces jonctions étanches jouent le rôle d’une ceinture qui fait tout le tour de la cellule sous le pôle apical.  Les jonctions d’ancrage Ces jonctions ont un rôle mécanique, pour servir à ancrer (sans blague). Ces jonctions sont retrouvées sur la face basolatérale. Elles sont toutes construites sur le même principe, il y a toujours une protéine transmembranaire qui va jouer le rôle d’ancrage. Au niveau du côté du cytosol, on va trouver souvent des protéines intermédiaires et derrière ces protéines intermédiaires, il y a du cytosquelette. Ces protéines intermédiaires permettent d’interagir avec le cytosquelette. Du côté externe, il peut y avoir une autre cellule permettant une jonction cellule/ cellule, ou il peut y avoir une matrice extracellulaire, aboutissant à une jonction cellule/ matrice. Il y a 2 grande familles de molécules qui permettent ces jonctions, cette protéine transmembranaire peut être : -une cadhérine, c’est une adhérine, donc qui adhère avec du calcium -une intégrine, ce sont des grosses protéines Pour le cytosquelette, il y a 2 catégories de filaments de cytosquelette pouvant être : -des microfilaments, qui sont des filaments d’actine sont des jonctions adhérentes. Il y a un exemple nommée la ceinture d’adhérence qui est la zone sombre en-dessous des jonctions étanches. Les protéines transmembranaires sont des cadhérines qui vont interagir entre elles grâce à du calcium. Au bout de ces cadhérines, on va trouver des protéines intermédiaires, qui sont des caténines, qui vont permettre des interactions entre cadhérines et les microfilaments d’actine. Ces derniers ont une disposition particulière, c’està-dire qu’ils sont parallèles à la membrane. Cette zone d’adhérence fait le tour de la cellule.

-des filaments intermédiaires, font intervenir des desmosomes qui se situent uniquement sur les faces latérales. Ce dispositif ne fait le tour de la cellule, ils sont décrits comme faisant « des boutons de pressions circulaires ». Il y a énormément de matériel autour des 2 cellules et on observe une masse de protéines accolé à la membrane. Au niveau du desmosome, on trouve des protéines transmembranaires qui appartiennent à la famille des cadhérines, mais ce sont des cadhérines desmosomales. Ce sont ces extrémités qui interagissent. Du côté cytoplasmique, il y a présence de protéines intermédiaires extrêmement abondantes dans le cas du desmosome qui vont former une petite plaque appelée, « la plaque cytoplasmique ». Cette plaque cytoplasmique interagit avec le cytosquelette de filament intermédiaire. Dans le cas d’un desmosome, les membranes sont légèrement écartées l’une de l’autre. Les desmosomes sont retrouvés sur les faces latérales des cellules. En fonction des éléments, on va donner des noms différents avec des différentes jonctions.

3-Les cellules épithéliales sont ancrées sur une lame basale La jonction qui permet cet ancrage est appelé « un hémidesmosome », qui se trouve que sur la face basale, morphologiquement, la structure ressemble à un demidesmosome. Il y a présence de filaments intermédiaires et en face il y a la MEC. Mais il y a 2 différences, ce ne sont pas des cadhérines, mais des intégrines desmosomales. La 2ème différence est que l’interaction avec les filaments intermédiaires à tendance à se faire avec l’extrémité des filaments intermédiaires. C’est donc l’extrémité des filaments intermédiaires qui sont mis en jeu dans le cas des hémidesmosomes.

Il existe un type de jonction particulier chez les cellules épithéliales et qui n’a aucun rapport avec les contraintes mécaniques, ce sont les jonctions gap. Ces derniers sont retrouvés sur les faces latérales des cellules, en particulier chez les cellules épithéliales.

Ce sont des accumulations de protéines transmembranaires. Les 2 membranes des cellules sont très proches l’une de l’autre, mais ne sont jamais en contact, car il y a toujours un petit fossé (gap), d’où le nom. C’est en fait « un patch » constitué de protéines transmembranaires qui sont sous forme de complexes creux. C’est donc un canal. Ce sont des canaux que se font face à travers la membrane, il y en a environ entre 5 à 10 000 canaux. Ces canaux peuvent communiquer d’un cytosol à l’autre d’une autre cellule. L’ensemble moléculaire faisant passer le canal d’un côté à l’autre, c’est le connexon. Ce dernier à partir de protéine appelée « connexine », il y a en tout 6 connexines pour former un connexon. Un connexon forme un canal hydrophile qui permet de passer à travers la membrane. C’est grâce à ces canaux que les cellules vont pouvoir s’échanger des métabolites, comme du glucose ainsi que les seconds messagers.

CM13 II. L’adaptabilité du phénotype cellulaire : le thyréocyte Le thyréocyte est une cellule qui va rassembler beaucoup de caractères de la cellule épithéliale. Un en entérocyte est une cellule qui a des MV sur sa surface apicale, qui va récupérer des nutriments digestifs par la lumière du tube digestif. Puis, ces nutriments vont être passés dans le sang, dont les vaisseaux sanguins sont en-dessous de son pôle basal. Cette cellule fonctionne de la face apicale vers sa face basale. C’est également une cellule épithéliale polarisée, spécialisée dans l’absorption, ce qui aboutit à énormément d’endocytose. Les cellules caliciformes présentes avec les entérocytes, sécrètent du mucus dans la lumière du tube et sont aussi des cellules épithéliales polarisées, spécialisées dans l’excrétion. Elles ont tendance à récupérer du matériel dans la MEC sous la face basale. C’est à partir de là, qu’elles vont sécrétées du mucus à base de GAG et protéoglycanes. Ces molécules vont être déversées dans le pôle apical. Cependant, il y a des cellules qui sont capable de faire les 2, mais à des moments différents. Ces cellules auraient une plasticité phénotypique par rapport à un phénotype différencié, qui est constant dans le temps. 1-La thyroïde et les thyréocytes  La thyroïde Les thyréocytes sont des cellules constituant une glande particulière, appelé la thyroïde. Cette dernière est une glande endocrine, c’est-à-dire qu’elle sécrète une hormone et est situé à la base du cou. C’est une glande bilobée. La thyroïde est constituée avec une série de « ballons », appelés des follicules.  Les thyréocytes Chacun de ces follicules sont limités par une couche de cellule. Les follicules sont pleins d’une substance légèrement gélatineuse, appelé le colloïde. Cette substance est connue car elle est riche en iode. Elle est riche en iode car elle constituée par une protéine, qui est la thyroglobuline. C’est une glycoprotéine iodée c’est-à-dire que certains AA sont modifiés et portent des atomes d’iode.

Quand on les regarde, ce sont typiquement des cellules épithéliales. Il y a une lame basale tout autour du follicule. C’est-à-dire que les cellules autour du follicules reposent sur une lame basale, elles sont toutes rangées en ayant des organites. Les follicules n’ont pas tous le même aspect, les gros dont gorgés de colloïde. Les follicules existent donc en 2 états : -la vésicule est petite avec peu de colloïde -la vésicule a beaucoup de colloïde, elle est donc dilatée  Les hormones thyroïdiennes Ces hormones endocrines vont être déversées dans le sang. Les vaisseaux sanguins sont entourés de cellules épithéliales et qui reposent aussi sur une lame basale. Les hormones thyroïdiennes dérivent d’un AA, qui est la tyrosine. Ce dernier est cyclique avec un groupement OH au bout. Cette hormone est constituée d’une tyrosine avec une demityrosine. Cette hormone porte aussi de l’iode, 3 atomes d’iode, c’est la T3. Mais il existe la T4, contenant 4 atomes d’iode, c’est la tyroxine. Ces hormones sont des activateurs du métabolisme et sont sécrétées dans le sang. 2-Le fonctionnement des thyréocytes  Des pathologies révélatrices -Le myxœdème Cette famille se traduit par plusieurs symptômes. Le 1er est l’asthénie, c’est-à-dire amorphe. Le 2ème est l’hypothermie, ces malades ont toujours froids. Le dernier est la bradycardie, c’est-à-dire que ces patients ont des battements lents. Cette maladie s’accompagne par la plupart du temps avec un goitre, c’est-à-dire que la thyroïde est complètement distendue. Il y a une accumulation de thyroglobuline. Il existe une forme congénitale, qui est le nanisme thyroïdien qui s’accompagne aussi par des problèmes neuronaux. Notamment dans les endroits assez reculés, ces derniers ne mangeaient pas de poisson, donc pas d’iode. Tout ce phénotype est réversible, car il suffit de traiter les patients avec des hormones thyroïdienne pour le phénotype redevienne normal. Il y a donc une accumulation de thyroglobuline, la sécrétion se fait vers la face apicale. -Maladie de Basedow Cette maladie se traduit par des tremblements, de l’excitabilité, des personnes toujours énervés. Ces derniers sont aussi atteints d’hyperthermie. Ces malades sont aussi atteints de tachycardie, les battements sont rapides. Cette maladie peut s’accompagner d’un faciès tragique, c’est-à-dire avec les yeux légèrement exorbités. La cause de cette maladie est en fait un excès d’hormones thyroïdiennes dans le sang. Les follicules sont pratiquement vides. Il y a une hypersécrétion des hormones dans le sang, la sécrétion se fait vers la face basale. Cependant, chez nous les 2 sens fonctionnent, mais il va plutôt utiliser un sens ou l’autre selon le contexte hormonal, c’est-à-dire en fonction des informations extérieures

 Le thyréocyte réoriente son activité en fonction du contexte hormonale -Synthèse et stockage de thyroglobuline iodée Le thyréocyte est capable de fabriquer de la thyroglobuline, qui est une glycoprotéine, elle va se retrouver à l’extérieur de la cellule. Cette protéine va être assemblée au niveau du REG, elle va être transportée par l’appareil de Golgi, puis transportée par des vésicules golgiennes et va être déversée par exocytose au niveau de la face apicale des thyréocytes. La protéine se jette dans le follicule. Les thyréocytes possèdent des transporteurs sur leurs faces basolatérales. Il existe des transporteurs capables de récupérer activement l’iode de notre sang. C’est-à-dire que la cellule dépense de l’énergie donc de l’ATP pour récupérer l’iode à l’extérieur de la cellule et le faire rentrer dans le cytoplasme. Cet iode se diffuse rapidement dans la cellule et il va diffuser jusque l’intérieur du follicule. Les follicules se comportent comme des pompes à iode. Au niveau de la face apicale de ces thyréocytes, il existe une enzyme qui est capable d’accoler un iode sur une molécule de tyrosine qui est intégrée dans une protéine. Lorsque la cellule exocyte la thyroglobuline, cette dernière va se retrouver au niveau de la membrane apicale

-Formation « des dimères » de tyrosine au sein du follicule Il se produit une réaction entre 2 tyrosines, qui fait qu’il y aura à l’intérieur de la thyroglobuline un morceau de tyrosine qui va pouvoir se coller sur une autre tyrosine. Il y a donc fabrication de dimères de tyrosine qui reste dans la thyroglobuline, qui se fait à l’intérieur du follicule. C’est une réaction lente.

-Si TSH : pinocytose-formation des lysosomes, digestion de la thyroglobuline et libération T3/ T4 Cette réaction se produit lorsque le thyréocyte est soumis à l’action d’une hormone, qui est la TSH (ThyréoStimuline Hormon). Lorsqu’il reçoit cette information, il inverse son fonctionnement, il cesse de sécréter de la thyroglobuline, mais il va faire de l’endocytose de la thyroglobuline. Il y aura donc des vésicules d’endocytose qui vont aller sur des endosomes, qui vont recevoir des lysosomes. Le thyréocyte va digérer thyroglobuline

stockée dans le follicule. Ce qui aboutit à un découpage de la thyroglobuline en AA et il va laisser des doublets de tyrosines. Le résultat final est des lysosomes qui vont contenir des AA isolés et de l’hormone thyroïdienne. Ces produits vont être éversés et exocytés vers la face basale de la cellule. C’est une réorientation complète du cytosquelette, ce qui change complètement la polarité de la cellule. Cette plasticité est donc fondamentale, c’est grâce à cela que la cellule peut survivre....