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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

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CytosqueletteCours de Cytologie

Le cytosquelette

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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

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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