Filaments intermédiaires PDF

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Généralités sur les filaments intermédiaires...

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LES FILAMENTS INTERMEDIAIRES I. Présentation des filaments intermédiaire (IF) I.1. Distribution intracellulaire des FI Le marquage de la tubuline montre bien des réseaux tubulaires organisés. La Vimentine représente les filaments intermédiaires quant au marquage de l’actine on peut voir très nettement les filaments de stress. Il n’y à pas de Vimentine dans le noyau Les FI sont des filaments ubiquitaires c'est-à-dire qu’ils sont présents dans toutes les cellules. Ces filaments sont très résistants. Ce sont également les plus faciles à purifier dans les cellules en raison de leur grande résistance aux détergents. Ce sont des structures stables : ils ne sont pas dynamiques comme les filaments d’actine et les microtubules. Leur rôle est de protéger la cellule des agressions mécaniques et on les trouve particulièrement abondant autour du noyau. Ainsi les filaments intermédiaires sont aussi bien nucléaires comme cytoplasmiques.

De plus il existe sur la face interne de l’enveloppe nucléaire des protéines apparentées à celle de la famille des filaments intermédiaires : les lamines nucléaires formant la lamina ou nucléo cortex. Ces lamines apparentées aux filaments intermédiaires ne forment pas de filaments, mais un réseau à mailles carrées en 2 dimensions, que l’on retrouve sur la face interne de l’enveloppe nucléaire. Cependant les lamine contrairement aux filaments intermédiaires, on une activité dynamique, c'est-à-dire qu’elles sont capables de se polymériser et se dépolymériser.

I.2. Super famille de protéines Type I II III

IV V VI Autres

Plus de 65 protéines IF dans e corps humain Expression complexe pendant l’embryogénèse Notion de tissu-spécificité Sous-unités Kératines acides Kératines neutres/basiques Desmine GFAP(glial fibrillary acidic protein) Vimentine

Périphérine Neurofilaments : NFI, m h Internexine Lamines Nestines Filensine, Phakinine

I.3. Gènes et évolution

Spécificité d’expression Epithélium Epithélium Muscles Astricytes Différents précurseurs embryonnaires Cellules mésenchymateuses Quasi ubiquitaire in vitro Neurones Neurones Noyau/Ubiquitaire Cellules souches neuroépithéliales Cristallin

Tous les Fi dérive d’un seul pro géniteur : la lamine. Par la suite on va avoir la vimentine -like, les IF, des neurones

I.4. Une structure commune Les FI sont formée par de nombreux brins torsadés, en cordage. La première étape du niveau d’organisation est le monomère : sous unité protéique du FI. Ces monomères sont des protéines fibreuses allongées composée d’une structure hélicoïdale centrale, et une structure globulaire aux extrémités. La partie centrale est très bien conservée : c’est le domaine Rod. Le domaine central hélicoïdal permet à 2 sous unités de former un dimère super enroulé. Puis deux dimères vont pouvoir former un tétramère en s’associant de manière décalée par des liaisons non covalentes. Cela permet l’empaquetage des tétramères les uns à la suite des autres formant un protofilament. L’association de 8 protofilaments va former les filaments intermédiaires

I.5. Variabilité des domaines terminaux On distingue 3 grandes classes de filaments intermédiaires cytoplasmiques avec pour certaines des sous classe : -

Les filaments intermédiaires de kératine : dans les cellules épithéliales (kératinocytes). Il y en a une20aine environ. Elles peuvent être exprimées différemment selon les tissus épithéliaux. ON parle de cytokératines lorsque ces filaments sont situés à l’intérieur de la cellule, ce qui permet de faire la différence avec la kératine = ces même filaments lorsqu’ils sont situés hors de la cellule. (constituent les ongles, les poils, les cheveux). Il existe : o Des kératines acides o Des kératines basiques

-

-

Les filaments intermédiaires de Vimentine, ou apparentés à la vimentine : on les trouve dans les cellules du tissu conjonctif, dans les cellules endothéliales, des cellules musculaires, des cellules gliales. Chaque type cellulaire énoncé possède son propre type de protéines de filaments intermédiaires : o Les filaments de vimentine : se trouvent dans diverses cellules : cellules endothéliales, leucocytes… o Les filmalents de desmine se trouvent spécifiquement dans les cellules musculaires lisses et striées. o Les filaments de GFAP, dans les cellules gliales du système nerveux central  NB : les filaments de desmine et de GFAP sont I « apparentés à la vimentine » Les neuro-filaments : ils sont spécifiques des cellules nerveuses

II. Assemblage Les filaments intermédiaires sont très stables, ils résistent à une extraction dans des tampons contenants des détergents non ioniques et de fortes concentrations salines dénaturants. Cette propriété est utilisée pour les isoler à partir de cellules ou tissus. Cependant les filaments intermédiaires ne sont pas statiques ! En mettant de la vimentine en in vitro on remarque une élongation au cours du temps. Il n’y a pas besoin d’enzyme pour se polymériser. III. Stabilité/dynamisme III.1. Stabilité des IF Les FI sont en constant remodelage. Dans la cellule trois formes existent : -

Particules Fragments en élongation Filaments

La concentration des particules est très forte. E déplacement de la vimentine est sensible au Nocodazole (Kinésine(+) et dynéine (-) ). Le déplacement des kératines est sensible à la cytochalasine D (myosine). Les FI et les microtubules sont extrêmement bien reliés.

III.2.

Dynamisme des IF / FRAP

Les filaments intermédiaires cytoplasmiques montrent une réorganisation importante lors de processus physiologiques. : -

Différenciation Activation des lymphocytes La mitose : la vimentine s’agrège autour du noyau  structure dite cage - like.

 La différentition et activation des lymphocytes Dans la circulation, on a de la vimentine à la périphérie du cytoplasme ce qui permet d’avoir une résistance aux stress mécaniques. En réponse à des chémokines (par ex. A un site d’inflammation), on va avoir une organisation de la vimentine autour du noyau qui permettra la « pliabilité » du cytoplasme.  Mitose Les filaments intermédiaires cytoplasmiques montrent une réorganisation importante lors de processus physiologiques. La vimentine s’agrège autour du noyau, on parle de structure dite « cage-like » .

III.3.

Régulation du dynamisme

Au sein de la structure des IF il y a un équilibre entre sous unités et IF polarisés. Pour prouver cet équilibre diverses techniques on été utilisées :  Micro-injection de peptides Pour un FI avec une taille constante les tétramères peuvent s’échanger : Si on part de la cellule non injectée, on remarque qu’au cours du temps on va avoir des projections cytoplasmique, la forme allongée des cellules montrent surement une forme d’adhérence. Entre et minutes la forme de la cellule est perturbée, la disparition de la fluorescence montre une désorganisation des FI accompagnée d’une altération de la forme cellulaire. Utilisation de la GFP : protéines fluorecentes. On va avoir une proyéine d’intérête ou sera fixé de la GFP

 Expérience du FRAP Cette technique consiste à marquer la membrane de la cellule, puis on décolore par le laser. Enfin n rétablit la fluorescence afin de voir s’il y a une des mouvements. C’est un résultat quantitatif ! Pour les FI on peut faire la même chose et on remarque que l’on a des échanges de polymères.

 Expérience du FRP avec des neuro-filaments Le mécanisme d’échange des sous -unité se fait le long du filament de manière plus ou moins homogène. Les filaments intermédiaires sont d’excellents substrats pour les kinases et phosphatases. -

In vitro : la vimentine et desmine phosphorylées ne polymérisent pas In vivo : l’inhibition des tyrosines phosphatases induit une désorganisation rapide du réseau de filament de kératine.

Kinase : ajout phosphate alors que la phosphatase enlève un phosphate.

IV. Organisation cytoplasmique des IF, organisation avec les autres membres du cytosquelette/des protéines associées IV.1.

Avec d’autre élément du cytosquelette

 Réorganisation du réseau de kératine par la cytochalasine B (altération des microfilaments d’actine)  Collapse du réseau de vimentine par la colchicine (altération des microtubules) Les micro-filaments servent à transporter des vésicules, si se transport ne fonctionne plus alors on peut penser que les dynéines ne fonctionne plus. On est capable de bloquer par FRAP le réseau micro-tubulaire.

IV.2.

Association avec des IFAP

Les kératines vont venir se fixer sur les desmosomes et les hémidesmosomes. A la fin il faut comprendre qu’on a 3 réseaux important (filaments d’actine, filaments intermédiaires, microtubules) qui communiquent entre eux. Réticulation et organisation entres les différents éléments. Cela se fait grâce au plectines (voir élément en rouge sur la diapo 23).

IV.2.1.1.Exemple d’ IFAP : La Plectine C’est une protéine d’environ 300kDa. Il existe un lien entre les filaments intermédiaires et : -

-

Les microtubules et microfilaments La membrane plasmique Des complexes transmembranaires spécialisés (desmosomes, hémidesmosomes…) La lamina nucléaire

V. Les IF en détail (Particularités et maladies associées) V.1. Les Kératines -

-

Expression restreinte aux cellules épithéliales 25-30 kératines de 40-70 kDa 2 groupes séparés par gel 2D : o Type I : acides, de 40 à56.5 kDa o Type II : basiques/neutres, de 53 à 67 kDa Chaque épithélium exprime au moins deux kératines différentes ; toujours une kératine type I associée à une kératine type II (formation d’hétérodimère) L’expression dépend : o Du type d’épithélium o De l’état de différenciation d’un épithélium donné V.1.1.

Histologie de la peau après mutation K14

Symptôme ressemblant à une maladie humaine, l’épidermolyse bulleuse simplex (EBS) V.1.2. -

Souris knockout’ pour la kératine (K8 ou K18)

Souris présentant des anomalies hépatiques Epithélium significativement plus sensible à l’apoptose Rôle des IF comme modulateurs de signaux intracellulaires

V.2. La Vimentine C’est une protéine IF des cellules mésenchymales (fibroblastes, cellules endothéliales). Elle est exprimée dans la plupart des cellules en culture

-

V.2.1. Souris knockout’ pour la vimentine Pas d’anomalie notable pendant le développement embryonnaire Fertiles Vivent normalement

MAIS : la réduction de la masse rénale (conduisant à une vasodilatation) est léthale pour les souris knockout. Donc, la vimentine est essentielle pour l’adaptation des cellules à un stress mécanique.

VI. Les IF nucléaires VI.1. Les lamines Les lamines sont localisées dans le noyau. Il en existe deux types A et B. Chez l’humain, il existe 3gènes codant pour les lamines , on les retrouvent sous forme de dimères et la polymérisation de ces dimères génères les filaments intermédiaires qui forment la lamina nucléaire sur la surface interne du noyau. La lamina fait parti des FI : -

Lamines A, C1, C2 obtenues par épissage alternatif du gène A Lamine B1 (gène B1) Lamines B2 et B3 obtenues par épissage alternatif du gène B2 VI.1.1.

Localisation de la lamina

Les trois lamines forment des dimères et la polymérisation de ces dimères génère les filaments intermédiaire qui forment la lamina nucléaire sur la face interne du noyau

-

VI.1.2.

Souris knochout pour la lamine A

VI.2.

Les IF en quelques mots

Filaments ubiquitaires Groupe de + de 65 protéines Structure secondaire commune en 3 parties Assemblage spontané et non polarisé

-

Expression dépendante du tissu et/ou de l’état de différenciation Très stable mais non statiques Nombreuses maladie associées Quelques fonctions comme : o Support mécanique o Cytoarchitecture o Migration cellulaire et mouvement o Modulation de signaux intracellulaires

VI.3.

Assemblage des IF

L’assemblage des IF est un assemblage dimère-dimère. On retrouve 4 modèles -

Association décalée de 2 sortes Association bout à bout Alignement longitudinal...