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