Cytosquelette et motilité cellulaire PDF

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Summary

Le cytosquelette est un réseau de fibrilles intérieures qui soutient l’architecture de la cellule et guide les mouvements des éléments du cytosol. Les trois acteurs du cytosquelette :
- Micro filaments d’actine
- Microtubules
- Les filaments intermédiaires...

Description

LE CYTOSQUELETTE ET LA MOTILITE CELLULAIRE Introduction Le cytosquelette est un réseau de fibrilles intérieures qui soutient l’architecture de la cellule et guide les mouvements des éléments du cytosol. Les trois acteurs du cytosquelette : -

I.

Micro filaments d’actine Microtubules : ils sont creux Les filaments intermédiaires qui se trouvent proches des desmosomes, hémidesmosomes et jonction cellulaire.  c’est trois acteurs vont permettre le mouvement, le dynamisme et procurer de l’énergie.



Motilité : déplacement



Charpente



Motilité

Les microfilaments d’actine

Ils ont un diamètre de 7 à 9 nm et sont composés d’ACTINE. L’actine est une protéine intracellulaire prépondérante dans la cellule eucaryote. Ces filaments d’actines sont essentiels à de nombreux mouvement cellulaire, en particulier ceux qui impliquent la surface cellulaire = construction de microvillosités, de pseudopodes, comme des sortes de « tentacules » qui permettent aux cellules « d’attraper » des choses, d’internaliser ou encore de se déplacer. L’actine est codée par une famille de gènes très conservés au cours de l’évolution. La levure / Amibe  1 gène L’Oursin  11 gènes L’homme  6 gènes Plantes  +/- 60 gènes Pseudogène (gène éteint)

I.1.

Il existe 6 types d’actine 3 actines α musculaires 1 actine β et γ non musculaire 1 actine γdans les muscles lisses

Structure du protomère d’actine ( par cœur )

Formation dans les deux sens I.2.

Structure et organisation de l’Actine : filament

Les filaments d’actine se présentent sous différentes forme : -

Ils peuvent former des faisceaux rigides, relativement permanent dans les microvillosités. Ils peuvent former des faisceaux contractiles, qui serviront de « muscle de cellule », responsables de phénomènes de contraction dans la cellule. On parle de fibres de tension ou de stress.

-

Peuvent former également des faisceaux dynamiques, au niveau d’un front de progression d’une cellule qui va se déplacer en rampant. Ces faisceaux dynamiques d’actine forment 2 types de structures : les lamellipodes et les filopodes. I.3.

Caractéristique

L’actine F possède une polarité structurale et fonctionnelle du monomère mais aussi du polymère. La myosine sert à identifier (mettre en évidence) les filaments d’actine et indique leur polarité. On va avoir à la fois une élongation du pôle + et du pôle - mais elle sera plus importante au niveau du pôle +.

I.4.

Polymérisation de l’actine

Les micro-filaments sont sans cesse en train de s’allonger ou de se raccourcir pour ajuster la forme de la cellule. Les filaments d’actine peuvent s’allonger par addition de monomères d’actine (un monomère d’actine est appelé « actine G ») à chaque extrémité, mais le rythme de croissance est bien plus élevé à l’extrémité positive (+) du filament. Le phénomène est le suivant : -

Trapping : l’actine G (monomère) capte une molécule d’ATP En fixant cet ATP, sa structure se modifie, et elle devient plus affine pour d’autres monomères d’actine G. Par son extrémité +, cette actine G (=globulaire) ATP peut s’accrocher à une autre actine G Ce qui donne un filament d’aspect hélicoïdal d’actine F Au bout d’un certain nombre d’actine G incorporées, il y a hydrolyse de l’ATP en ADP, qui part deu pôle (-)  Le câble d’actine F (polymère), est stable au pôle (+) mais instable au pôle (-) : on appelle ça le treadmilling = fait qu’il y a ajout d’actine ATP au pôle (+) et perte d’actine ADP au pôle (-) du filament.

La phase d’équilibre est la phase où il y a autant de filament d’actine fabriquée que dégradée. Remarque : la polymérisation de l’actine nécessite du magnésium (Mg2+). L’actine est impliquée dans la contractilité, l’adhésion, l’endocytose, les divisions

cellulaires. Il existe des drogues qui affectent cette polymérisation. Les filaments d’actine non dynamiques sont des filaments qui sont situés dans le muscles, c'est-à-dire qu’elles ne sont jamais déstructurées. Ainsi ces drogues ne sont utiles que pour des microfilaments dynamiques Les drogues qui affectent la polymérisation : -

Les cytochalasines : liaison à l’extrémité (+) des filaments d’actine ce qui bloque l’assemblage  Pas d’effet sur les filaments non dynamique (fibres musculaires). Bloque la phagocytose, la cytodiérèse, les mouvements cellulaires

-

La Phalloïdine : Liaison à l’actine et stabilisation des filaments. Bloque le désassemblage. C’est un poison violent venant de champignon.  Pas d’effet sur les filaments non dynamiques (fibres musculaires). Bloque tous les mouvements cellulaires en se fixant sur les filaments d’actine. Phalloïdine-Rhodamine utilisé comme marqueur en cytologie. I.5.

Protéines associées

L’organisation et le comportement des filaments d’actine sont déterminés par tout un ensemble de protéines s’unissant à l’actine. L’actine représente 5% des protéines totales d’une cellule animale. Beaucoup plus encore dans les cellules musculaires striées : jusqu’à 20% des protéines totales. Dans une cellule quelconque, où l’actine représente donc 5%, il y a environ la moitié de l’actine associé en filament (pont, réseau, faisceau) et l’autre moitié qui est libre dans le cytoplasme sous forme de monomères. L’actine possède nombreux co-facteur pour réguler ses rôles et sa structure. -

Gelsoline : coupe les filaments d’actine. >Elle va donc déstabiliser l’actine gel et donc fluidifier le cytoplasme.

Les protéines de séquestration du monomère empêche se dernier de se polymériser : -

La thymosine : se fixe sur des monomères d’actine ADP et empêche l’échange de l’ADP contre un ATP. L’actine ne peut donc pas être incorporée dans un filament. Joue un rôle de réserve. La profiline : elle force les monomères d’actine G ATP à échanger leur ATP contre un ADP I.6.

Actine et forme de la cellule

On retrouve des filaments d’actine dans les microvillosités, les faisceaux contractiles, les anneaux contractile et les filopodes. Le bout avant de la cellule (du filopode) est plus large, du fait que les filaments d’actine soient assez denses. Les fibres de stress vont permettre la rétraction des filopodes. Dans les microvillosités les filaments d’actine vont aider à augmenter la surface d’échange. Réseau cortical : les fibres de tensions sont en contact avec les contacts focaux (intégrines).

II. Actine et Motilité L’actine intervient dans tous les mécanismes de motilité cellulaire. L’actine dans la cellule se présente sous forme de faisceaux et de réseaux Faisceaux  Filaments parallèles compacts Réseaux  Filaments à angle droit, moins denses Ce sont des protéines de pontage de l’actine, ils retiennent la forme de la cellule ; Soit pour permettre d’étirer la cellule soit pour expatrier l’arrière de la cellule vers l’avant. Les faisceaux sont arrimés à la membrane, c'est-à-dire que les protéines de pontage de la membrane sont arrivés aux micro-filaments.L’actine fixe les protéines de la membrane et soutient les projections membranaires (microvillosités) et soutient les projections membranaires. II.1. Motilité non musculaire Polymérisation de l’actine seule comme générateur d’une force : La polymérisation de l’actine au bord avant de la cellule va former des microspicules et lamellipodes. La production d’un mouvement n’est intéressant que s’il est approprié alors on aura une réponse à un stimuli (chimiotactisme ex les neutrophiles) II.1.1. Motilité et actine Etape de protrusion : correspond à une extension de la MP. Les PFA sont au niveau du corps cellulaire, c’est une intégrine qui est accrochée indirectement à la laminine. Après l’adhésion la polymérisation à le pouvoir de rétracter la queue de la cellule vers l’avant, ce qui va engendrer un déplacement. La zone avant est plus large que la queue car elle est soutenue par des filaments d’actine. Ainsi, dans cette zone on va retrouver plus de polymérisation. Les prolongements de filaments d’actine on une polymérisation intense = spicules. A l’intérieur de la cellule on a un centre d’organisation, c’est le centrosome. Les éléments du cytosquelette vont servir de rails. On parle de vésicules, car la cellule ne va pas laisser de cytoplasme à l’arrière. Elle va en revanche rapatrier la membrane plasmique par le biais des vésicules, pour se faire ces vésicules vont utilisés les rails. Ainsi on va avoir une endocytose dans la cellule et une exocytose sur le bord avant de la cellule. L’actine dans le cône de croissance des neurones : Sur l’image (A) on peut voir de rayons qui représentent les filaments d’actine. Avec injection de drogue (B- + cytochalasine) on remarque une disparition de l’actine, dans la dernière image on remarque que l’actine a été totalement délocalisée voir détruit ! Sur la diapo 27, il faut retenir que la motilité est un mécanisme conservé qui fait intervenir la protéine RAC 1 (pôle de contrôle de la polymérisation d’actine) et la protéine RHO A. La concentration de RHO A est plus importante à l’arrière de la cellule, car elle va être nécessaire dans la dépolarisation des filaments d’actine. Tandis que la concentration de RAC 1 est plus

importante à l’avant car elle va servir à la polymérisation des filaments d’actine. Ces deux protéines subissent un gradient de concentration.  L’actine permet donc le déplacement de la cellule. II.1.2. Déplacements de pathogènes Sur l’image on peut voir un pathogène qui a l’extrémité comporte des petits fils chevelus, ce sont les filaments d’actine. Cependant cette actine appartient à la cellule qui a été infectée et non au pathogène. C’est donc le pathogène qui vient utiliser (il lui pique) les filaments d’actines de la cellule pour se déplacer : c’est un déplacement « en comète ». Les pathogènes qui utilisent cette méthodes sont : -

-

Listéria : cette bactérie est responsable d’infections alimentaires graves chez la femme enceinte, elle peut provoquer l’avortement. La bactérie va passer rapidement d’une cellule à l’autre sans être exposée au système immunitaire : elle utilise l’actine de la cellule pour se déplacer. Shigella Rickettsia Vaccinia virus Mais aussi : vésicules endogènes : endosomes, lysosomes --> Arp 2/3, N-WASP, Cdc42vésicules à clathrine II.1.3. Déplacement des cils et microvillosités

Il n’y a pas d’actine dans les cils mais elle est présente dans les microvillosités. Les microvillosités permettent une meilleure nutrition de la cellule du fait qu’elles agrandissent la surface d’échange. BILAN : II.2. La contractilité musculaire Myosine : moteur moléculaire des filaments d’actine Les moteurs moléculaires transforment l’énergie chimique de l’ATP en énergie mécanique qui sert au déplacement de la cargaison attachée au moteur. La myosine permet le glissement de deux filaments d’actines en un réseau. II.2.1. Muscles Les fibres musculaires squelettiques sont de longues cellules multi nucléés contenant de nombreuses myofibrilles striées disposées parallèlement. Ces myofibrilles sont des éléments contractiles faisant de 1 à 2 µm de diamètre et pouvant faire la longueur de la cellule. Chaque myofibrille est constituée d’unité contractile : le sarcomère II.2.2. La myosine Toutes les protéines motrices qui interagissent avec l’actine sont des protéines de type myosine. La myosine est une protéine musculaire présente dans les myofibrilles qui, en collaboration avec l'actine, joue un rôle dans la contraction musculaire. Ce sont des protéines ATPasique. Ces protéines se déplacent exclusivement du pôle - au pôle + du filament d’actine. Elle est présente dans toutes les cellules eucaryotes

II.2.3. La contractilité musculaire 1- fixation du nuclétides 2- hydrolyse de l’ATP 3- départ du phosphate inorganique Pi 4- Départ de l’ADP  C’est le cycle de ‘ADP dans le cycle musculaire Le cycle ATPasique de l'actomyosine La suite des évènements peut, en première approximation, être découpée en quatre étapes : 1- (3-4)Le complexe myosine ADP-Pi va se lier à l’actine 2- (3-4)Le départ du Pi puis de l’ADP stabilise la liaison actinemyosine et provoque un changement de conformation de la myosine entraînant l’actine 3- (1)L’arrivée rapide d’un ATP entraîne la dissociation de la liaison actine-myosine. 4- (2)L’hydrolyse de l’ATP en ADP+Pi entraîne un changement de conformation de la myosine

II.2.4. Protéines associées Il existe d’autres protéines : La TITINE. Les filaments minces sont composés d’actine mais aussi de TROPOMYOSINE et de 3 TROPONINES....