CYTOSQUELETTE - Acte II - LES MICROFILAMENTS d’ACTINE 1 – RECONNAISSANCE 2 – MISE EN ÉVIDENCE 3 – CONSTANCE 4 – DÉFINITION 5 - MICROSCOPIE PHOTONIQUE 6
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CYTOSQUELETTE - Acte II - LES MICROFILAMENTS d’ACTINE 1 – RECONNAISSANCE 2 – MISE EN ÉVIDENCE 3 – CONSTANCE 4 – DÉFINITION 5 - MICROSCOPIE PHOTONIQUE 6 - MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE 7 - POLARISATION du MICROFILAMENT 8 - BIOCHIMIE de l’ACTINE 9 – PROTÉINES SE FIXANT à 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 14 – APERCU de RÉGULATION LES MICROFILAMENTS D’ACTINE 1 – RECONNAISSANCE : Dans les cellules musculaires : Dans les autres cellules fin du XIXème siècle… : M.E. « récente » (env.1965) problèmes de fixation 2 – MISE EN ÉVIDENCE Microscopie photonique : Contraste de phase les fibres de tension Techniques d’immunofluorescence avec : Anticorps anti-actine couplés à Méromyosine lourde un fluorochrome phalloïdine Microscopie électronique : Transmission simple Transmission et coloration histoimmunologique Cryodécapage et ultracongélation 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 Eubactéries chez les Archés (une forme très voisine chez certaines ??) 4 – DÉFINITION : Structures filamenteuses de 7 nm de diamètre homopolymériques polarisées capables 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 Actine en vert. Noyau en rouge Disposition sous la forme de FIBRES de TENSION (cellule immobile) Réseau plus diffus : Cellule faiblement mobile F Fibres de tension dans une cellule immobile 6 - MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE : Filament apparemment bicaténaire torsadé En fait : monocaténaire 7 - POLARISATION du MICROFILAMENT : Mise en évidence par la méromyosine lourde Extrémité + Croissance rapide ADP ADP ADP ADP ADP Extrémité Décroissance rapide ATP ADP ATP ADP Échange lent 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 8 - BIOCHIMIE de l’ACTINE : Petite molécule globulaire de 42 kDa de masse moléculaire La plus abondante des protéines solubles cytoplasmiques stock intracytoplasmique de monomères très important Existe dans la cellule sous deux formes : - une forme monomérique - une forme polymérique Actine G (Globulaire) Actine F (Fibreuse) Diverses variétés (codées par 6 gènes) : - 4 variétés d’actines musculaires - 2 variétés d’actines non musculaires 3,5 nm 6,8 nm Très hautement conservée au cours de l’évolution Possède de très nombreux sites de fixation pour de très nombreuses protéines Liste malheureusement non exhaustive…. 9 – PROTÉINES SE FIXANT à L’ACTINE : Protéines de « fonctions » : troponines, tropomyosines, léiotonines, myosines Protéines d’organisation : Protéines de liaison : Réseaux Filamine Fimbrine Villine, Fascine Spectrine Faisceaux a actinines, Arp, taline, vinculine, protéines ERM, spectrine filamine, fimbrine Protéines de « modification structurale » : profilines, gelsolines, b actinines, dépactines Protéines de séquestration : thymosine, profiline oui Toxiques : La phalloïdine Les cytochalasines La latrunculine pas uniquement Fixation sur l’extrémité – Inhibiteur de dépolymérisation Favorise la polymérisation Bloquent la polymérisation 10 - PONTAGE des MF D’ACTINE à LA MEMBRANE PLASMIQUE : Différents systèmes en fonction des cellules considérées: 1 - Dystrophine et fibres musculaires Complexe d’insertion spécifique Fibres et cellules musculaires striées, neurones 2 - Protéines ERM : ezrine, radixine, moesine Se fixent sur la CD44, protéine intégrale membranaire ubiquitaire mais aussi sur des échangeurs ioniques des canaux ioniques des ATPases de type P Portent une séquence consensus commune voisine de la protéine bande 4.1 érythrocytaire 3 - Protéines fimbrine, a actinine, spectrine, taline, vinculine diverses protéines membranaires intégrales, des intégrines La DYSTROPHINE - des fibres musculaires - des neurones. Gène unique sur le chromosome X (Xp21 : gène DMD) maladies liées au sexe - myopathie de Duchene - myopathie de Becker Collagène Volumineuse protéine indispensable à la structuration Dystroglycanes Lame basale Laminines b Complexe sarcoglycane Syntrophine a a Glycoprotéine extracellulaire de 156 kDA permettant la liaison à des protéines de la matrice extracellulaire (laminines &…) C N Dimère de dystrophine Actine N- Segment analogue 24 répétitions à l’a actinine : « spectrine-like » Insertion MF actine Myopathie de Duchene Myopathie de Becker C Domaine de fixation aux prot. membranaires Myopathie de Duchene 10 - Pontage des MF d’actine à la membrane plasmique : Différents systèmes fonction des cellules considérées: 1 - Dystrophine et fibres musculaires Complexe d’insertion spécifique Fibres et cellules musculaires striées, neurones 2 - Protéines ERM :ezrine, radixine, moesine Se fixent sur la CD44, protéine intégrale membranaire ubiquitaire mais aussi sur des échangeurs ioniques des canaux ioniques des ATPases de type P Portent une séquence consensus commune voisine de la protéine bande 4.1 érythrocytaire 3 - Protéines fimbrine, a actinine, spectrine, taline, vinculine diverses protéines membranaires intégrales, des intégrines 11 - PROTÉINES MODIFIANT LES MICROFILAMENTS D’ACTINE ATP Profiline + Actine-ADP Profiline-Actine G-ATP ADP Thymosine b -actine ACTINE G + thymosine b Filamine Filamine DÉPOLYMÉRISANTES Si Ca++ < 10-7 M Gelsolines b actinines Actine G-ADP Gelsolines b actinines ACTINE F a actinines (si Ca++ > 10-5 M) Dépactine fimbrine villine fascine TROUSSEAUX FAISCEAUX POLYMÉRISANTES Si Ca++ > 10-7 M filamine a actinines (si Ca++ < 10-5 M) RÉSEAUX 12 - LES PETITES PROTÉINES G P-P-P GDS = GDP Dissociating Stimulator GDI = GDP Dissociating Inhibitor GTP Petite protéine G GDI - Chaîne aliphatique (+/-) GDS + FORME ACTIVE P-P-P PROTEINE X INACTIVE GEP GDP / GTP Exchange Protein PROTEINE X ACTIVE Les familles des Petites Protéines G : P-P-P Familles Ras : prolifération cellulaire, transferts nucléaires (Ran) en règle, expression des gènes Familles Rab : Transferts vésiculaires, endo et exocytose P-P FORME INACTIVE GAP GTPase Activating Protein Familles Rho, Rac : mobilité, réseau d’actine globalement : morphologie cellulaire 13 - MOUVEMENTS AMIBOÏDES 3 grandes phases : émission d’un pseudopode, d’un filopode adhésion du pseudopode rétraction sur ce pseudopode STADE INITIAL : Cellule fixée au substrat par des plaques d’adhésion PHASE 1 : Emission d’un pseudopode Exocytose antérieure Endocytose postérieure 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 2 microtubules P-P-P Filament d'actine - P-P Petite protéine G active Cdc42 + GEP P-PP-P-P Petite protéine G inactive Protéine WASP Protéine Arp P-P-P WASP : Wiskott Aldrich Syndrom Protein Syndrome de déficience immunitaire par défaut de migration des cellules immunocompétentes En fait : toute une famille de protéine nucléant les filaments d’actine P-P-P Petites protéines G intervenant sur l’actine : Familles : Rho : les fibres de tension Rac : les extensions membranaires Cdc 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 endoplasmique mitochondries membranes plasmiques calciosomes 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 1- DÉFINITION : Initialement : strictement morphologique Microfilaments de tailles comprises entre 8 et 10 nm d’épaisseur rectilignes non ramifiés porteurs d’une striation périodique 2 - CONSTANCE : Spécifique des Métazoaires (à partir des Nématodes) Quasi ubiquitaires (exceptions : oligodendrocytes, hématies) Absence chez les Métaphytes, les Protophytes Absence chez les Procaryotes - Connus (morphologiquement) de longue date : les TONOFILAMENTS des kératinocytes - Relations étroites avec les systèmes de jonction entre les cellules - Biochimie longtemps inconnue : protéines insolubles (ou peu…) protéines diverses homo ou hétéropolymères PEAU et KÉRATINOCYTES (épithélium malpighien kératinisé) Couche desquamante Couche cornée Couche granuleuse Stratum spinosum Couche germinative Tonofilaments Desmosome 3 - CONSTITUTION 42 nm Monomère hélice a Homodimère ou hétérodimère 21 nm 21 nm 21 nm 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 1 Kératines acides Cellules cutanées, phanères Classe 2 Kératines neutres Tonofilaments des desmosomes Vimentine Fibroblastes, Cellule de Sertoli Leucocytes, Cellules endothéliales Desmine Cellules & fibres musculaires Ichtyoses Epidermolyse bulleuse Desminopathies Classe 3 Protéine gliale acide Périphérine Plasticine Classe 4 Protéine neurofilamentaire Classe 5 Lamines A, B & C Classes 6 & 7 Cellules gliales Neurones S.N. périphérique Cellules rétiniennes Axones Dendrites Noyaux des Neurones S.N. central Sclérose latérale amyotrophique Progeria Nestine, tanabine Les kératines sont les protéines les plus insolubles de l’organisme : important de le savoir ? 4 - RENOUVELLEMENT : Structures très stables Pas de pool cytoplasmique soluble Pas de polarisation Différences +++ avec MT, MF Pas de protéine motrice associée Cependant, dépolymérisation possible : phénomènes de phosphorylation Ne sont abondants que dans les cellules différenciées Un seul toxique connu : l’acrylamide (dépolymérisant) Penser à la mitose 5 - PROTÉINES de PONTAGES (IFAPs –Intermediate Filament Associated Protein): Existence de diverses protéines pontant les MFI à d’autres structures : les PLAKINES principalement 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 CYTOSQUELETTE - Acte IV - Myosine de type 2 : la seule à former des FILAMENTS ÉPAIS Chaîne lourde = 200 kDa Chaînes légères = 16 & 20 kDa MONOMÈRE : Zone d’interaction avec l’actine ATP 155 nm Méromyosine légère 10 nm charnières Tête S1 Méromyosine lourde DIMÈRE : MICROFILAMENT ÉPAIS : MYOSINES NON CONVENTIONNELLES : 14 types différents : 13 se déplacent vers extrémité + 1 se déplace vers l’extrémité – (myosine IV) Déplacement fonction de la structure fixe de la molécule de myosine Vésicule Microtubule MF actine MF actine MF actine Déplacement général des vésicules : - si long trajet : système microtubulaire avec dynéine/kinésine - si trajet court : microfilaments actine et myosines non conventionnelles vinculine actine Myosine 1 calmoduline villine filamine Réseau de MFI Organisation d’une plaque d’adhésion MF actine Fimbrine a actinine (dimère) Taline vinculine Tensine Membrane plasmique Intégrines (hétérodimères) Liaison avec des protéines de la matrice extracellulaire FIN du Chapitre LE NOYAU