Matrice extra-cellulaire PDF

Preview

Summary

Cours 2 Biologie Cellulaire PACES Pr. Lamirault...

Description

Matrice extracellulaire Généralités - Tissu = cellules + matrice extracellulaire - Matrice extracellulaire (définitions) • Réseau complexe et organisé qui remplit l’espace entre les cellules t les relie • Ensemble structuré composé de macromolécules sécrétées par ls cellules adjacentes

• La matrice n’est pas une structure inerte mais qui s’organise en fonction des cellules présentes

Différents types de matrice en fonction du tissu - Tissu conjonctif lâche - Epithélium • Lame basale, support de l’épithélium - Tissu plus spécialisé (os, tendon, cartilage)

Composants - Abondance et composition variable en fonction du tissu • Plus ou moins de matrice extracellulaire et composition varie fortement dans les tissus spécialisés

- Eau + sels (70%) et petites molécules - Protéines • Protéines fibreuses structurales • Glycoprotéines adhérentes - Polysaccharides

Structure dynamique - Equilibre synthèse/dégradation - Remodelage adaptatif • Adaptation aux contraintes mécaniques, chimiques, agressions etc…

Fonctions multiples Forte interaction cellules/matrice

- Propriétés mécaniques (compression et étirement) - Régulation de la diffusion des molécules (eau, sels, métabolites, facteurs de croissance,…) - Signalisation (récepteurs ou corécepteurs) - Adhérence et migration cellulaire - Prolifération et différenciation cellulaire

Composants Polysaccharides Glycosaminoglycannes - Structure biochimique : • Longue chaine de polysaccharides non ramifiés • N répétition d’un disaccharide • Disaccharide = sucre aminé (osamine) + sucre carboxylé • Groupement sulfate souvent ajouté sur les sucres aminés - Propriétés • Structure très étirée, peu flexible (liaison beta osidique • Charge négative, attire les ions • Hydrophile - Structures volumineuses est poreuses • Occupent la majorité du volume de la matrice • Ne représente que 10% du poids de la matrice - Fonctions • Circulation des cellules t des molécules hydrosolubles (métabolites, facteurs d croissance)

• Résistance aux forces de compression (exemple :compression) - 2 grandes familles • Acide hyaluronique • GAG sulfatés (formation des protéoglycannes)

Acide hyaluronique - Chaines pouvant contenir jusqu’à 25000 oses • Pas de résidus sulfatés (différencie des autres GAG) - Sous forme de structure isolée ou associée à d’autres protéines (complexe protéique)

- Fonctions • Lubrification du cartilage • Rôle dans la migration cellulaire (embryogenèse)

Protéoglycanes Protéoglycane = noyau protéique + chaines de GAGs Taille variable (40 à 3000 kDa) dont 90-95% de sucres Nombreuses associations possibles = hétérogénéité importante Noyau protéique de 10 à 600 kDa Peut contenir de 1 à >100 GAGs Chaque chaine de GAG contient plus de 80 résidus glucidiques

- Assemblage des protéoglycanes dans l’appareil de Golgi • Fixation d’un lien tétrasaccharide sur les résidus Ser du noyau protéique • Ajout des résidus glucidiques un par un (glycosyltransférase) • Sulfatation de nombreux résidus glucidiques - Assemblage en complexes macromoléculaires • Axe central = acide hyaluronique • Fixation des protéoglycanes à l’axe central par l’intermédiaire de protéines de liaison

- Fonction des protéoglycanes • Rigidité tissulaire • Barrière sélective pour les molécules et les cellules exemple : perlécan au niveau du glomérule rénal

• Régulation de la prolifération cellulaire - Exemple : motifs EGF-like du versican - Prolifération des fibroblastes / chondrocyte - Protéoglycanes associés à la membrane des cellules (= récepteurs membranaires)

• Liaison des glypicans à la membrane (lien glycosylphosphatidylinositol) • Insertion du protéoglycane dans la membrane plasmique - Exemple : syndecans

Protéines fibreuses structurales Collagène Protéine la plus abondante de l’organisme (1 protéine sur 4)

Composant majeur de la matrice Famille de protéines d’une 20aine de types différents identifiées (issues de gènes différents) Sécrétées par les cellules du tissu conjonctif (fibroblaste) Aspect : fibres constituées de fibrilles avec striation périodique

- Structure de la chaine alpha de collagène (exemple : collagène 1) • Structure rigide en hélice (environ 1000 acides aminés) • Répétition d’un triplet [Gly-X-Y] - Acides aminés modifiés (OHPro, OHLys, AlLys) • 3 domaines - N-Terminal - C-terminal - Domaine central = “hélice” - 3 acides aminés par tour - Diamètre réduit • Chaines associées par 3 - 3 monomères de collagène —> tropocollagène - Structure du tropocollagène • Assemblage des 3 chaines alpha - Association en “superhélice” - Aspect de bâtonnet - Orientation des extrémités NH2 et COOH • Stabilisation du bâtonnet - Interactions OH ds acides aminés modifiés - Interactions électrostatiques - Structure des fibrilles de collagène I • Autoassemblage orienté de molécules de tropocollagène pour former un câble

(décalage en quinconce) • Renforcement par liaisons covalentes entre les bâtonnets de tropocollagène • Interaction avec les molécules de collagène associé aux fibrilles (collagène XII) - Agrégation de fibrilles parallèles en fibres - Organisation des fibres en faisceaux

- Explication de la périodicité observée en microscopie électronique - L’organisation des fibre est dépendante ds cellules adjacentes • Les cellules synthétisent les composants des fibres • Les cellules dirigent l’orientation des fibres

Collagène IV en réseau Composant essentiel de la lame basale

Structure spécifique en superhélice = permet la flexibilité Agencement des molécules côte à côte en réseau (= feuillet) Superposition des différents feuillets Stabilisation phosphatidyl amine liaisons électrostatiques et covalentes

Synthèse du collagène

Fibres élastiques de la matrice Fibres organisées en réseau Déterminant principal des propriétés élastiques du tissu (vaisseaux, poumons, peau) Composant principal = élastine Réseau recouvert d’un manchon de microfibrilles (fibrilline)

Elastine - Protéines fibreuse élastique toujours organisée en réseau - Structure et conformation • Monomère (tropoélastine) • Zones en hélices séparées par des résidus Lys modifiés • Formation de ponts entre les différentes molécules d’élastine - Structure réticulée - Fonctions • État basal condensé • Capacité d’étirement du réseau en réponse aux forces de tension • Retour à l’état condensé au repos = état le plus stable - Mode de synthèse : • Modification d’aa (ALys) • Tropoélastine soluble sécrétée • Formations de ponts desmosine entre les molécules d’élastiques • Association aux microfibrilles - Protéine impliquée dans les phénomènes de vieillissement • Peu de renouvellement (1/2 vie = 70 ans)

• Disparition progressive du réseau de fibre élastiques • Perte de propriétés élastiques du tissu (peau, vaisseaux)

Composants

Fibronectine -

Glycoprotéine volumineuse (220 kDA) 1 gène / 50 axons 20 chaines différentes possibles (épissage alternatif) 3 types de séquences répétitives d’acides aminés (= motifs) 6 domaine globulaires séparés par ds segments flexibles 2 formes distinctes : • Fibronectine plasmatique • Fibronectine tissulaire

Fibronectine tissulaire - Structure homodimérique (liaison par 2 ponts disulfures) - Les domaines globulaires contiennent des sites de liaison aux molécules environnantes • Collagène • Déparante sulfate (héparine) • Intégrines (adhésiotope RGD) - Jonctions inter-domaines sensibles à l’activité des protéases = régulation des interactions • Ces molécules ont un grand nombre d’interactions avec beaucoup de molécules différentes

Rôle de la fibronectine - Adhérence cellule-matrice • Migration et prolifération cellulaire - Embryogenèse précoce - Cicatrisation cutanée

Laminine - Composant majeur de la lame basale - Protéine volumineuse (200-400 kDa) - Hétérodimère (Alpha, Bêta, Gamma) • Liaison par des ponts disulfures - 15 isoformes de laminine identifiées - Structure asymétrique en forme de croix - Présence de domaines globulaires - Sites de liaisons • Laminine

• Nidogène (entactine) • Cellules • Héparane sulfate (héparine) - Organisation en réseau - Synthétisée par de nombreuses cellules (épithéliales, musculaires, nerveuses)

Fonction Interaction cellules-lame basale

- Différenciation des cellules épithéliales - Migration des cellules neurales - Dysrégulation de la fonction des laminines dans les phénomènes pathologiques (migration des métastases, invasion tumorale). • Clivage des laminines et utilisation par les cellules cancéreuses pour leur déplacement

Famille des tenascines Famille de 5 glycoprotéines Oligomérisation en trimère ou hexamètre (tenascine C) Liaison à l’extrémité N-terminale par des ponts disulfures Chaque chaine est composée de motifs répétés (Type III de la fibronectine, EGF-

- Sites de liaison • Tenascine • Protéoglycannes extra //////

Rôle des tenascines - Non exprimés dans les tissus adultes sains - Réexpression dans les phénomènes pathologiques • Réparation tissulaire • néovascularisation • Croissance tumorale

Organisation Interactions multiples - Interactions entre macromolécules • Identiques • Différentes - Interactions avec d’autres molécules qui participent à l’organisation de la matrice ou

qui la traversent seulement(eau, métabolites, molécules signal) • Temporaire et régulées - Interactions avec les cellules (fibroblastes, épithélium)

Organisation générale de la matrice extracellulaire du tissu conjonctif lâche - Remplissage : acid hyaluronique let GAG - Support : protéines fibreuses (collagène I et élastine) - Liaison :

Organisation générale de la matrice extracellulaire de la lame basale - Support : collagène IV et laminine - Remplissage : proétoglycanne (perlécan)` - Liaison : entactine et laminine —> à chaque tissu la matrice s’adapte

Aspects dynamiques de la matrice extracellulaire Balance entre synthèse et dégradation / remodelage permanent Déséquilibre —> phénomènes pathologiques Cf schéma Les leucocytes, agents infectieux et bactéries peuvent produire des enzymes qui vont dégrader la matrice extracellulaire pour pouvoir leur créer un passage dans les tissus Il y a également des inhibiteurs de es enzymes —> système de régulation de cette dégradation

Métalloprotéases de la matrice (MMP) - Protéines zinc-dépendantes - Sécrétées dans la matrice ou liées à la membrane cellulaire sous forme de proenzyme inactive - Activation par d’autres protéases ou autocatalyse - Expression à un niveau très faible dans les tissus normaux et modifiée lors de phénomène physiologiques ou pathologiques

- Substrats • Les MMP peuvent dégrader l’ensemble des p • rotéines de la matrice - Protéines constitutives de la matrice • Protéines fibreuses(collagène, élastine) • Glycoprotéines • Protéoglycannes - Autres substrats • Cytokines • Récepteurs membranaire • Inhibiteurs - Famille des protéines TIMP - Alpha2-macroglobuline

Rôle des MMP - Réparation des épithéliums • Lorsque les cellules rentrent en contact avec des structures avec lesquelles elles ne devraient pas • Sécrétion de MMP • Resynthèse de la lame basale - Migration cellulaire (cellules normales et tumorales • Produisent spontanément des MMP afin de détruire la lame basale pour le déplacement

Rupture de l’équilibre synthèse - dégradation Cf schéma

- Excès de destruction • Déficit en alpha1-antitrypsine : dégradation due la matrice non contrôlée au niveau pulmonaire —> trop de destruction de la matrice —> destruction des alvéoles pulmonaires : emphysème - Absence de destruction (accumulation) • Mucopolysaccharidoses : dysfonctionnement d’une hydrolase conduisant à l’accumulation d GAG dans les tissus

Pathologies acquises - Scorbut : déficit een vitamine C • Dysfonction de la proline oxydase • Anomalie de synthèse du collagène • Diminution de la stabilité de la molécule - Lésions des capillaires (hémorragies) - Lésions du tissu osseux ou dentaire

Pathologies héréditaires - Syndrome d’Elhers-Danlos • Mutations dans les gènes codant certaines chaines alpha du collagène ou des enzymes impliquées dans leur synthèse

• Maladie touchant de nombreux organes (peau, vaisseaux, articulations, os) • Cf tableau - Syndrome dee Marfan • Mutation du gène codant pour la fibrilline 2 • Atteinte des tissus élastiques - Troubles squelettiques - Troubles oculaires - Troubles cardio-vasculaires

Applications thérapeutiques, Biomatériaux - Collagène

• Biocompatible • Origine animale (compresse, poudre, épongres, injectables) • Usage externe : hémostatique • Remplissage en cas de perte de substance - Glycosaminoglycannes • Ialuset : acide hyaluroniuque (compresses, crèmes) • Usage externe …...