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Agenda
• Introduction
• Les microfilaments d’actines
• Les microtubules
• Les Filaments intermédiaires
Objectifs
• Connaître les protéines composant le cytosquelette et leur mode d'assemblage en
filaments ou en tubes.
• Etablir le rapport entre le phénomène de polymérisation/dépolymérisation et le
dynamisme des filaments d'actine et des microtubules.
• Connaître les protéines motrices et leur interaction avec l'actine et la tubuline.
• Pouvoir donner des exemples précis de fonctions cellulaires nécessitant
l'intervention directe du cytosquelette.
intro
1/ Transport
membranaire
Golgi
2/ Traffic
vésiculaire
4/ Adhérence
RE
Noyau
Vésicules
de transport
Le Système endo membranaire
Proteasome
3/ Cytosquelette
Les microfilaments eux :
- effectuent les courants du cytoplasme
-changent de formelors de l’endocytose et
de l’exocytose.
Si nous regardons plus en détails, les microtubules :
- conservent la forme de la cellule
- séparent la cellule lors de la division cellulaire.
Le cytosquelette
ARCHITECTURE CELLULAIRE
CytosqueletteCours de Cytologie
Le cytosquelette
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CytosqueletteCours de Cytologie
Le cytoplasme des cellules eucaryotes est soutenu et organisé dans l’espace par
un cytosquelette de filament intermédiaires, de microtubules et de filaments
d’actine
Le cytosquelette est un réseau
complexe de filaments et tubules
protéiques qui s'étend dans tout le
cytoplasme.
joue également le rôle d’une
musculature cellulaire,
responsable des mouvements des
cellules elles-mêmes ou des
composants cellulaires à l’intérieur
des cellules
Vue d’ensemble
Tous les éléments du cytosquelette sont des structures protéiques allongées résultant
de la polymérisation d'éléments monomériques.
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Actin subunit
10 nm
Tubulin subunit
Contrairement au squelette osseux qui est rigide, le cytosquelette cellulaire est
une structure très dynamique qui se réorganise continuellement au cours des
différents événements cellulaires (migration, division, etc.)
Deux types de monomères protéiques sont à la base des polymères fibreux du cytosquelette
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pour les Microfilaments
d’actine (MA) et les
Microtubules (MT);
pour les Filaments
intermédiaires (FI).
Les éléments du cytosquelette
Les éléments du cytosquelette existent sous trois formes en équilibre dans la cellule:
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néosynthétisés ou issus de
la dépolymérisation ;
car leur fréquence de
polymérisation/dépolyméris-
ation est élevée ;
par des interactions avec
des protéines associées.
Localisation des éléments du cytosquelette
Les éléments du cytosquelette se localisent dans les trois compartiments cellulaires
suivants :
– le cytosol
– le nucléoplasme (en particulier, les lamines qui sont des FI)
– la périphérie de la cellule, sous la membrane plasmique, où ils forment le cortex
cellulaire.
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Les microfilaments;l’actine
Rôle physiologique : intégrité tissulaire en présence de filaments d’actine
Intégrité tissulaire en présence de la
ceinture d’adhérence
Perte de l’intégrité tissulaire en
l’absence de la ceinture d’adhérence
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Les fonctions du cytosquelette d’actine
Chez les cellules de mammifères, le cytosquelette d’actine est impliqué dans plusieurs
fonctions cellulaires, dont la motilité, la sécrétion, la cytocinèse et dans la réponse aux
changements extracellulaires à des moments précis de son cycle cellulaire.
l’actine joue un rôle dans
- l’endocytose,
- dans la sélection du site de bourgeonnement,
- dans le mouvement des organelles
- et également dans la signalisation
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L’actine monomérique aspect moléculaire
C’est une protéine très conservée entre les espèces dont il existe plusieurs isoformes:
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Caractéristique:
Protéine Globulaire : actine –G , Poids Moléculaire : 42 – 47 kDa, 375 Aa
α β γ
Bleu , ActineVert ATPorange. GelsolinRouge, protéines de liaison
L’actine monomérique
Les filaments d’actine
Les monomères d’actine-G s’associent en filaments : actine-F
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Les filaments d’actine : actine - F
ATP
ATP
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Les filaments d’actine : actine - F
Les monomères d’actine-G s’associent en filament,(polymérisation)
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Les trois types arrangements des filaments d’actine
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La division cellulaire : Cytodiérèse
Micrographie en fluorescence
d’une division cellulaire :
cellule de rein de rat coloré à
la fluorescein-phalloïdin
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Les protéines qui contrôlent la polymérisation des filaments d’actine
Dans la cellule, la polymérisation des filaments d’actine est contrôlé par des
protéines capable de lier l’actine-G ou F
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Ces protéines sont de quatre type:
Ces protéines créent un noyau de nucléation qui permet d’initier la polymérisation
de l’actine-G en microfilament
Dans la cellule, il en existe plusieurs types:
Ces protéines interagissent avec les monomères d’actine-G et maintient celle-ci sous
forme liée à l’ATP, ce qui favorise la polymérisation.
Et ainsi de maintenir un pool d’actine-G dans le cytoplasme de la cellule,
Il existe trois protéines de séquestration
dans la cellule,
β
Les protéines de coiffage sont des protéines qui se lient au extrémités barbées (+)
des filaments d’actine-F et empêche l’ajout de nouveaux monomères d’actine,
La twinfiline est capable de jouer deux rôles liée à un monomère d’actine-G, elle se lie aussi au filament
d’actine et empêche l’assemblage d’autres monomères
Dans la cellule il existe plusieurs protéines de fragmentation, elles sont comme leur
nom l’indique, capable de cliver les filaments d’actine-F,
En présence de Ca2+, la gelsoline se fixe au polymère d’actine et crée une coupure
engendrant la dislocation du filament d’actine
Les principales protéines de fragmentation (sevrage)
RÔLE PHYSIOLOGIQUE
La migration cellulaire
La migration des neutrophiles vers une source d’inflammation sollicite une
réorganisation des microfilaments (polymérisation de nouveaux filaments) pour le
franchissement de la barrière endothéliale et leur déplacement au sein du tissu
conjonctif.
Cette dernière étape est possible grâce aux faisceaux contractiles d’actine qui sont situés aux
points focaux d’adhérence.
Des protéines cytoplasmiques (vinculine, taline et α-actinine) assurent le lien entre les
microfilaments et les molécules d’adhérence (intégrines).
La cicatrisation
C’est un phénomène complexe qui met en jeu les fibroblastes et les kératinocytes.
Une phase importante de la cicatrisation va nécessiter :
- une adhérence des fibroblastes à la matrice extracellulaire
- une traction des fibroblastes sur la matrice pour diminuer la surface de la plaie.
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Les fibre de tension
Il ne faut pas confondre les points focaux avec les hémidesmosomes car ils ont la même
localisation membranaire (pôle basal de la cellule épithéliale).
Ils différent essentiellement par le type de filaments qui leur est associé, il s’agit d’actine pour
les points focaux et de filaments intermédiaires pour les hémidesmosomes.
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Aspect mécanique
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Ségrégation tissulaire au cours de l’embryogenèse: Formation du tube neuronal par mouvements progressives de la ceinture d’adhérence
Ceinture d’ adhérence
Contraction progressive des
filaments d’actine
La contraction progressive
des filaments d’actine des
ceintures d’adhérence ainsi
que des expressions
différentielles de
molécules d’adhérence
participent à la formation
de la gouttière neurale,
puis du tube neural.
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Aspect moléculaire de l’architecture cellulaire
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Microvilli de la membrane plasmique
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Organisation du muscle strié
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Aspect moléculaire
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La migration cellulaire
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Déplacement de l’actine (contraction du sarcomère) dû au changement de la position de la tête de myosine
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Aspect physiologique de la contraction musculaire
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La présence de Ca2+ permet l’interaction entre la myosine et l’actine
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Effets de toxines et autre molécule:
La phalloïdine produite par l’amanite phalloïde a la propriété de se lier aux filaments d’actine.
Elle s’oppose à leur dépolymérisation causant ainsi leur accumulation et donc un dysfonctionnement cellulaire.
La cytochalasine B a aussi une origine fongique et elle inhibe la polymérisation de l’actine ce qui altère l’organisation du réseau des filaments d’actine.
Dynamique membranaire
PHYSIOLOGIE DE LA MEMBRANE
Les microtubules
a- et b-tubuline
Les microtubules
Les microtubules existent dans tous les types cellulaires chez les vertébrés
supérieurs (à l’exception des hématies).
Ils sont particulièrement nombreux dans les neurones du cerveau, où ils
représentent environ 20% des protéines solubles
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Les microtubules aspect général :
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Les microtubules :
Les microtubules sont des tubes cylindriques de 250A° de diamètre, de longueur
variable et sont en général rectilignes
Les microtubules sont généralement associés en structures complexes dont:
. centriole
. axonèmes des cils et des flagelles
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Les microtubules :
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le centriole
Formé d’un ensemble de microtubules associés par groupe de trois triplets et on compte
toujours par centriole 9 triplets qui sont régulièrement espacés
Dans un triplet, les microtubules sont associés sur toute leur longueur et ont en commun
une partie de leur paroi.
Des ponts unissent longitudinalement les triplets voisins.
A l’exception des végétaux supérieurs, les cellules des eucaryotes possèdent au moins deux centrioles comportant chacun 9 triplets.
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le centriole
Une cellule en interphase, renferme deux centrioles situés près du noyau et placés
perpendiculairement l’un à l’autre,. Cette paire de centriole et appelée diplosome
- Lorsque les centrioles sont très nombreux, ils sont souvent situés près de la surface
cellulaire à la base des cils et flagelles.
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le centriole
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Rôle structurel
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Les constituantsStructure de la microtubule
Cette protéine est l'unique constituant des microtubules.
La tubuline s'associe en dimères (tubuline-tubuline)
Les dimères se polymérisent ensuite pour former des protofilaments.
Chaque protofilament est lui-même constitué de dimères de tubuline, tubuline-alpha et tubuline-bétâ.
L'association de 13 protofilaments forme un filament creux de microtubule.
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Assemblage du protofilament à partir de monomère de tubuline
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dimère
La dynamique (la polymérisation)
les microtubules sont des structures polaires : une extrémité est capable de croissance rapide
(extrémité plus), alors que l'autre extrémité se trouve le plus souvent enchâssée dans le
centrosome (extrémité moins).
La dynamique ( le phénomène catastrophe)
Les cellules peuvent modifier cette instabilité dynamique par des protéines qui s'associent aux
microtubules sur toute leur longueur : les "microtubule-associated proteins » MAP2 (200 kDa),
Axonèmes des cils et des flagelles
Les cils et les flagelles sont des digitations mobiles de la surface cellulaire qui
sont animés par des mouvements pendulaires ou ondulants.
Ils sont limités par la membrane plasmique et leur longueur est de 5 à 10 µ pour
les cils et de 50 µ pour les flagelles.
A l’échelle ultrastructurale, il n’y a pas de différence essentielle entre l’anatomie
des cils et celle des flagelles, c’est leur longueur qui les différencie.
Cils et flagelles renferment un faisceau de microtubules orientés parallèlement au
grand axe de la digitation. Cet arrangement géométrique très précis porte le
nom d’axonème
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Le mouvement cilaire :
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Rôle dans le mouvement intracellulaire
Les microtubules périphériques sont munis sur toute leur hauteur de paires de "bras"
constitués d'une protéine, la dynéine et la kinésine, munie d’une activité ATPase.
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Rôle dans le mouvement intracellulaire
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Comment une molécule de kinésine marche ?
“Walking” end of a kinesin molecule
le long de la surface d'une molécule de MT avec une fixation
/ relâchement en alternance de ses "pieds".
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Protéines motrices interagissant avec les microtubules
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Dynamique membranaire
PHYSIOLOGIE DE LA MEMBRANE
RÔLE THÉRAPEUTIQUE
Intérêt pharmacologique des MT:
Les microtubules; cible de la thérapie anticancéreuse
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Intérêt pharmacologique des MT:
Les microtubules; cible de la thérapie anticancéreuse
Certaines toxine et drogues (celles qui inhibent la mitose) affectent la
polymérisation ou la dépolymérisation des tubulins
Taxol, drogue anti-cancer, stabilise les microtubules.
Colchicine se lie au tubulin et bloque la polymérisation les
microtubule dépolymérise hautement
Vinblastine cause une dépolymérisation et formation de vinblastine-
tubuline paracrystal
Nocodazole cause une dépolymérisation des microtubules.
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Les filamentsintermédiaires
kératine
vimentine
lamine
desmine
neurofilament
Les filaments intermédiaires
desmosome
filaments intermédiaires
Les filaments intermédiaires ont un diamètre de 10 nm, intermédiaire entre celui des
microfilaments d’actine et les microtubules, d’où leur nom.
Ils proviennent de la polymérisation de monomères fibreux.
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Les filaments intermédiaires
- Ce sont les éléments les moins dynamiques du cytosquelette.
- Ils sont très importants pour la structure du noyau
- Ils permettent l'ancrage des organites
épithélium Tissus de connexion, cellules musculaire et
cellule gliale
Cellules nerveuse Chez les cellules animale
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La composition des monomère fibreux :
Chaque monomère est composé de trois domaines :
– un domaine central hydrophobe organisé en hélice alpha. Il est très conservé d’une famille
de filaments intermédiaires à l’autre ;
– une extrémité N-terminale et une extrémité C-terminale de longueur variable. Ces
extrémités portent des sites de phosphorylation et de O-glycosylation.
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monomère fibreux
domaine central
hydrophobe
Chaque monomère est composé de trois domaines :
extrémité N-terminale
De longueur variable.
Ces extrémités portent des sites de phosphorylation et de O-glycosylation.
Organisé en hélice alpha.
Il est très conservé d’une
famille de filaments
intermédiaires à l’autre ;
extrémité C-terminale
La composition des monomère fibreux :
Filament intermédiaire
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Rôle physiologique
ARCHITECTURE CELLULAIRE
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Les filaments intermédiaires :
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Cycle de croissance d’un poil
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Filaments intermédiaires (lamine) dans le noyau
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Remarque :
– Contrairement à la plupart des microfilaments d’actine et aux microtubules, les filaments
intermédiaires sont des polymères stabilisés et non polarisés, ayant un rôle plutôt
structural dans la cellule.
– Les filaments intermédiaires sont présents dans le cytosol et le nucléoplasme.
– Des trois constituants du cytosquelette, les filaments intermédiaires résistent le mieux aux
forces d’étirement ou de déformation.
Le génome de certains virus pathogènes pour l’Homme code des protéines capables de désorganiser les
FI dans les cellules infectées.
Ex. :
Le virus d’Epstein-Barr (EBV, famille de l’herpès) cible les filaments intermédiaires des lymphocytes ( mononucléose
infectieuse) le papillomavirus cible des filaments intermédiaires de cytokératine des cellules basales de l’épithélium
malpighien du col utérin ( cancer de l’utérus).
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Le cytosquelette rencontré uniquement chez les cellules
eucaryotes ,est un système formé de microstructures
protéiques fibreuses, qui est solidaire de la membrane
plasmique et des organites, ainsi que de l'enveloppe nucléaire.
Le cytosquelette confère une forme à la cellule.
Il est également responsable de la dynamique cellulaire