CYTOSQUELETTE - Acte II -

LES MICROFILAMENTS d’ACTINE1 – RECONNAISSANCE

2 – MISE EN ÉVIDENCE

3 – CONSTANCE

4 – DÉFINITION

5 - MICROSCOPIE PHOTONIQUE

6 - MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE

7 - POLARISATION du MICROFILAMENT

8 - BIOCHIMIE de l’ACTINE

10 - PONTAGE DES MF D’ACTINE à LA MEMBRANE PLASMIQUE

11 - PROTÉINES MODIFIANT LES MICROFILAMENTS D’ACTINE

12 - LES PETITES PROTÉINES G

13 - MOUVEMENTS AMIBOÏDES

9 – PROTÉINES SE FIXANT à L’ACTINE

14 – APERCU de RÉGULATION

LES MICROFILAMENTS D’ACTINE

1 – RECONNAISSANCE :

Dans les cellules musculaires : fin du XIXème siècle…

Dans les autres cellules : M.E. « récente » (env.1965)problèmes de

fixation

2 – MISE EN ÉVIDENCE

Techniques d’immunofluorescence avec :

Microscopie photonique :

Contraste de phase les fibres de tension

Anticorps anti-actineMéromyosine lourdephalloïdine

couplés à un fluorochrome

Microscopie électronique :

Cryodécapage et ultracongélation

Transmission simple

Transmission et coloration histoimmunologique

Les fibres de tension,les réseaux d’actine

3 – CONSTANCE :

Présents chez les Métazoaires, les Protozoaires

Absents chez les Métaphytes mais présents chez les Protophytes

Inconnus chez les Eubactérieschez les Archés (une forme très voisine chez certaines ??)

4 – DÉFINITION :

Structures filamenteuses de 7 nm de diamètrehomopolymériquespolariséescapables de générer des mouvements

par eux-mêmes grâce à des molécules de myosine

Ont avant tout un rôle de rail.Mais peuvent cependant générer des déformations membranaires par leur croissance, peuvent avoir un (discret) rôle de charpente.

5 - MICROSCOPIE PHOTONIQUE : Immunofluorescence

Actine en rouge. Zyxine en vert

Disposition sous la forme deFIBRES de TENSION

(cellule immobile)

Actine en vert. Noyau en rouge

Réseau plus diffus :Cellule faiblement mobile

F

Fibres de tension dans une cellule immobile

6 - MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE :

Filament apparemmentbicaténairetorsadé

En fait :monocaténaire

7 - POLARISATION du MICROFILAMENT :

ADP ADP ADP ADP ADPExtrémité -

Décroissancerapide

Extrémité +

Croissancerapide

Conséquences :

Equilibre dynamique des microfilaments fins:Stock cytoplasmique de monomères important

Rotation des MF pouvant être très rapide

Possibilité de déplacement (sur d’autres structures, par treadmilling)

Contrôle de la croissance

ADPATP

ATP

ADP

Échange lent

Mise en évidence par la méromyosine lourde

6,8 nm

3,5 nm

8 - BIOCHIMIE de l’ACTINE :

Petite molécule globulaire de 42 kDa de masse moléculaireLa plus abondante des protéines solubles cytoplasmiques

Existe dans la cellule sous deux formes :- une forme monomérique Actine G (Globulaire) - une forme polymérique Actine F (Fibreuse)

Diverses variétés (codées par 6 gènes) :- 4 variétés d’actines musculaires- 2 variétés d’actines non musculaires

Très hautement conservée au cours de l’évolution

Possède de très nombreux sites de fixation pour de très nombreuses protéines

stock intracytoplasmique de monomères très important

Protéines de « fonctions » : troponines, tropomyosines, léiotonines, myosines

Protéines de liaison : actinines, Arp, taline, vinculine, protéines ERM, spectrine filamine, fimbrine

Protéines de « modification structurale » : profilines, gelsolines, actinines, dépactines

Protéines de séquestration : thymosine, profiline

Protéines d’organisation : FilamineFimbrineVilline, FascineSpectrine

Réseaux

Faisceaux

9 – PROTÉINES SE FIXANT à L’ACTINE : Liste malheureusement non exhaustive….

pas uniquementoui

Toxiques : La phalloïdine Les cytochalasines

La latrunculine

Fixation sur l’extrémité –Inhibiteur de dépolymérisationFavorise la polymérisation

Bloquent la polymérisation

10 - PONTAGE des MF D’ACTINE à LA MEMBRANE PLASMIQUE :

1 - Dystrophine et fibres musculaires

2 - Protéines ERM : ezrine, radixine, moesine

Se fixent sur la CD44, protéine intégrale membranaire ubiquitairemais aussi sur des échangeurs ioniques

des canaux ioniquesdes ATPases de type P

Portent une séquence consensus commune voisine de la protéine bande 4.1 érythrocytaire

3 - Protéines fimbrine, actinine, spectrine, taline, vinculine

Différents systèmes en fonction des cellules considérées:

diverses protéines membranaires intégrales,des intégrines

Complexe d’insertion spécifiqueFibres et cellules musculaires striées, neurones

La DYSTROPHINE

Gène unique sur le chromosome X (Xp21 : gène DMD) maladies liées au sexe- myopathie de Duchene- myopathie de Becker

Glycoprotéine extracellulaire de 156 kDA permettant la liaison à des protéines de la matrice extracellulaire (laminines &…)

Volumineuse protéine indispensable à la structuration- des fibres musculaires- des neurones.

Segment analogueà l’ actinine :

Insertion MF actine

24 répétitions« spectrine-like »

Domaine de fixationaux prot. membranaires

Myopathie de Becker Myopathie de DucheneMyopathie de Duchene

Dystroglycanes

Complexe sarcoglycane

N

C

Dimère de dystrophine

Laminines

Syntrophine

Actine

N- C

Collagène

Lame basale

10 - Pontage des MF d’actine à la membrane plasmique :

1 - Dystrophine et fibres musculaires

2 - Protéines ERM :ezrine, radixine, moesine

Se fixent sur la CD44, protéine intégrale membranaire ubiquitairemais aussi sur des échangeurs ioniques

des canaux ioniquesdes ATPases de type P

Portent une séquence consensus commune voisine de la protéine bande 4.1 érythrocytaire

3 - Protéines fimbrine, actinine, spectrine, taline, vinculine

Différents systèmes fonction des cellules considérées:

diverses protéines membranaires intégrales,des intégrines

Complexe d’insertion spécifiqueFibres et cellules musculaires striées, neurones

11 - PROTÉINES MODIFIANT LES MICROFILAMENTS D’ACTINE

Profiline + Actine-ADP Profiline-Actine G-ATP

ATP

ADP

Thymosine -actine ACTINE G + thymosine

Filamine

Gelsolines

actinines

Filamine

Gelsolines

actinines

POLYMÉRISANTES

Si Ca++ > 10-7 M

DÉPOLYMÉRISANTES

Si Ca++ < 10-7 M

ACTINE F

Dépactine

Actine G-ADP

actinines(si Ca++ > 10-5 M)

filamine

fimbrine

villine

fascine

TROUSSEAUXFAISCEAUX

RÉSEAUX

actinines(si Ca++ < 10-5 M)

P-P

P-P-P

P-P-P

P-P-P

Chaîne aliphatique (+/-)

Petite protéine G

GTP

GAPGTPase Activating

Protein

GEP

GDP / GTPExchange Protein

GDS+

GDI-

PROTEINE XINACTIVE

PROTEINE XACTIVE

FORME ACTIVE

FORME INACTIVE

GDS = GDP Dissociating Stimulator

GDI = GDP Dissociating Inhibitor

12 - LES PETITES PROTÉINES G

Les familles des Petites Protéines G :

Familles Ras : prolifération cellulaire, transferts nucléaires (Ran)en règle, expression des gènes

Familles Rab : Transferts vésiculaires, endo et exocytose

Familles Rho, Rac : mobilité, réseau d’actineglobalement : morphologie cellulaire

13 - MOUVEMENTS AMIBOÏDES

3 grandes phases : émission d’un pseudopode, d’un filopodeadhésion du pseudopoderétraction sur ce pseudopode

STADE INITIAL :Cellule fixée au substrat par des plaques d’adhésion

PHASE 1 :Emission d’un pseudopode

Endocytose postérieure

Exocytose antérieure

Filaments d’actine en croissance

Ajout de monomères

+-

Phase 2 :Fixation du pseudopode par formation de nouvelles plaques d’adhésion et disparition des plus postérieures

Phase 3 :Rétraction sur les néo-pseudopodes:Intervention : myosines 1

myosines 2microtubules

P-P-P

P-P-P-P P-P-PGEP

Filament d'actine +

-

P-P-P

P-P-P

P-P-P

Profiline- -P-P-P -P-P-P

+-

Petite protéine G activeCdc42

Petite protéine G inactive

Protéine WASP

Protéine Arp

WASP : Wiskott Aldrich Syndrom ProteinSyndrome de déficience immunitaire par défaut de migration des cellules immuno-compétentesEn fait : toute une famille de protéine nucléant les filaments d’actine

Petites protéines G intervenant sur l’actine :Familles :

Rho : les fibres de tensionRac : les extensions membranairesCdc 42: les filopodes

14 – RÉGULATION :

Extrêmement complexe…

Pouvant être très localisée

Deux grands niveaux :

- Au niveau de la globalité de la cellule :Le taux du calcium

Contrôle de ce taux : les calmodulines cytoplasmiques les pompes à calcium

réticulum endoplasmiquemitochondriesmembranes plasmiquescalciosomes

les canaux calcium

- Ponctuellement dans une zone cellulaire : les petites protéines G : Rho , Rac et Cdc42

CYTOSQUELETTE - Acte III -

CYTOSQUELETTE - Acte III -

LES MICROFILAMENTS INTERMÉDIAIRES

1- DÉFINITION

2 - CONSTANCE

3 - CONSTITUTION

4 - RENOUVELLEMENT

5 - PROTÉINES de PONTAGES

2 - CONSTANCE :

Spécifique des Métazoaires (à partir des Nématodes)Quasi ubiquitaires (exceptions : oligodendrocytes, hématies)

Absence chez les Métaphytes, les ProtophytesAbsence chez les Procaryotes

- Connus (morphologiquement) de longue date : les TONOFILAMENTS des kératinocytes

- Relations étroites avec les systèmes de jonction entre les cellules

1- DÉFINITION :

Initialement : strictement morphologiqueMicrofilaments de tailles comprises entre 8 et 10 nm d’épaisseurrectilignesnon ramifiésporteurs d’une striation périodique

- Biochimie longtemps inconnue : protéines insolubles (ou peu…) protéines diverses homo ou hétéropolymères

DesmosomeTonofilaments

Couchegerminative

Stratumspinosum

Couchegranuleuse

Couchecornée

Couchedesquamante

PEAU et KÉRATINOCYTES(épithélium malpighien kératinisé)

42 nm

hélice

21 nm 21 nm

21 nm

3 - CONSTITUTION

Monomère

Homodimère ouhétérodimère

Tétramère(non polarisé)

Protofilament(association de tétramères)

Assemblage de 8 protofilaments :Microfilament intermédiaire

Striation périodique d’environ 21 nm

Structure beaucoup plus solide et résistante que les MT ou les MF fins

3 - COMPOSITIONS BIOCHIMIQUES

Classe 2

Classe 3

Classe 4

Classes 6 & 7 Nestine, tanabine

Cellules cutanées, phanères

Tonofilaments des desmosomes

Vimentine

Fibroblastes, Cellule de SertoliLeucocytes, Cellules endothéliales

Cellules & fibres musculaires

Protéine gliale acide Cellules gliales

Périphérine Neurones S.N. périphérique

Plasticine Cellules rétiniennes

Classe 5 Lamines A, B & C Noyaux

Protéine neurofilamentaire

Neurones S.N. central

AxonesDendrites

Desmine

Classe 1 Kératines acides

Kératines neutres

des

IchtyosesEpidermolysebulleuse

Desminopathies

Les kératines sont les protéines les plus insolubles de l’organisme : important de le savoir ?

Sclérose latéraleamyotrophique

Progeria

4 - RENOUVELLEMENT :

Structures très stables

Pas de pool cytoplasmique soluble

Pas de polarisation

Cependant, dépolymérisation possible : phénomènes de phosphorylation

Ne sont abondants que dans les cellules différenciées

Un seul toxique connu : l’acrylamide (dépolymérisant)

Pas de protéine motrice associée

5 - PROTÉINES de PONTAGES (IFAPs –Intermediate Filament Associated Protein):

Existence de diverses protéines pontant les MFI à d’autres structures : les PLAKINESprincipalement les plakoglobines

la plectrine

Cette dernière possède des domaines de liaison avec - divers MFI pontage de divers MFI les uns aux autres,- les microtubules,- les microfilaments fins

Penser à la mitose

Différences +++ avec MT, MF

CYTOSQUELETTE - Acte IV -

Myosine de type 2 : la seule à former des FILAMENTS ÉPAISChaîne lourde = 200 kDaChaînes légères = 16 & 20 kDa

charnières155 nm

10nm

Zone d’interactionavec l’actine

ATP

Tête S1Méromyosine légère

Méromyosine lourde

MONOMÈRE :

DIMÈRE :

MICROFILAMENT ÉPAIS :

MYOSINES NON CONVENTIONNELLES :

14 types différents : 13 se déplacent vers extrémité +

1 se déplace vers l’extrémité – (myosine IV)

Déplacement général des vésicules :- si long trajet : système microtubulaire avec dynéine/kinésine- si trajet court : microfilaments actine et myosines non conventionnelles

Déplacement fonction de la structure fixe de la molécule de myosine

Microtubule MF actine

Vésicule

MF actine MF actine

actine

Myosine 1

calmoduline

villine

Réseau deMFI

filamine

vinculine

Fimbrine

MF actine

Intégrines(hétérodimères)

Membraneplasmique

vinculine

actinine

Liaison avec des protéines de la matrice extracellulaire

(dimère)

Organisation d’une plaque d’adhésion

Taline

Tensine

FIN du Chapitre

LE NOYAU