LE CYTOSQUELETTE - Faculté de Médecine de Limoges ...

LE CYTOSQUELETTEUE2‐PAES S1 2010/2011Faculté de Médecine‐Université de LimogesDr Faraj jTERRO (3 ème étage‐bureau 315)1

Les trois types de filaments du cytosqueltteActineTubulineNH2Domaine central en hélice αCOOHVariable selon letype de FI7 nmCortexcellulaireLumière10 nm25 nmCentrosomeLaminaFilaments d’actineou microfilamentsMicrotubulesFilaments intermédiaires3

Coiffes ATP et GTPMonomèresPolymèresinstablesPolymèresstabilisésMonomèresFilamentsProtéines associéesProtéines associées4

Filaments d’actine : structure et organisation dans la celluleADPADPADPADPATPATPADPATPATP ATPFilaments d’actineFaisceau étroitRéseau gelFaisceau largeFilopodesCortex cellulaireFibres de stress5

Filaments d’actine : DynamiqueCroissanceEchange ADP/ATP Nucléation/Stabilisation ATP ATPATPATPComplexe denucléationArp2/3ATPATPEXT (+)ATPADPADP+ATPMonomère(actine G)Dimère Trimère StableInstablesMonomèresADPADPHydrolysede L’ATP LATP_RecyclageADPADPPiEXT (‐)DépolymérisationFilament d’actine(F‐actine)6

Filaments d’actine : DynamiqueNucléation :Phase de latenceElongation :Phase de croissancePlateau :Phase d’équilibreConcentration de monomèresdans la phase d’équilibre = Ccfilament% d’act tine dans leMonomèresd’actineOligomèreFilament d’actineen croissanceCc: Concentration critiqueTemps après ajout de Mg 2+7

« Treadmilling »: déplacement des filaments d’actine « comme un tapis roulant »8

Protéines associées à l’actine : les protéines agissant surla polymérisation ou la dépolymérisation des FAProtéinesMode d’actionla thymosine βSéquestre les monomères d’actineet empêche tout assemblagela profilineStimule la polymérisation à l’extrémité (+)en favorisant l’échange ADP/ATP au niveaude l’actine G (compétition avec lathymosine)Actinthymosinla formineSe lie aux monomères d’actine, initie lapolymérisation à l’extrémité (+) et facilitel’action de la profilinela profilineEXT (+)le complexe Forme un site de nucléation ATP ADPArp2/3 (formation de réseau de FA)+la cofiline/ADFLa cofiline se lie préférentiellement àl’actine‐ADP au niveau de l’extrémité (‐)couvre le FA et impose une torsionsupplémentaire au FA ce qui affaiblit laliaison entre molécules d’actine etaccélèrent leur dissociation.ADPATPATPEXT (‐)le complexe Arp2/3 9

Toxines du cytosquelette d’actineNom Origine Mode d’actionLatrunculineCytochalasinesPhalloïdinesÉponge defeu ramifiée(LatrunculiaMagnifica)Moisissure(HelminthosporiumDermatioideum)Amanite phalloïdeSe lie aux monomères d’actine et lesstabilisent entraînant (indirectement) ainsiune dépolymérisation des FABloquent la polymérisation d’actine en sefixant sur l’extrémité (+). Résultat net = unedépolymérisation des FABloquent la dépolymérisation des FA en sefixant sur leur côté : effet stabilisateur. Undes remèdes à l’empoisonnement est demanger de grandes quantités de viandecrue dont l’actine lactine piège les phalloïdines ⇒baisse de la toxicité.CytochalasineEXT (+) ()LatrunculineADPATPADPATPHydrolysede l’ATPADPADPADPADPADPDépolymérisationPhalloïdineEXT (‐)10

Organisation des FA dans une cellule mobileContacts focauxFibres de stressCortex cellulaireFilopodesα‐actinineFaisceaux larges(contractiles)Dimère de filamineRéseauFaisceaux étroitsFascineFaisceau contractile : espace entrefilaments est large permettant à lamyosine II de s’intercalerRéseau lâcheet flexibleFaisceau parallèle : faisceau étroitet rigide empêchant la myosine IIde passer11

Deux types de faisceaux d’actineFilaments d’actineFimbrine, villine (microvillosité)α‐Actinine (muscle squelettique)Faisceau contractile :espace entre filament est largePermettant à la myosine II de s’intercalerFaisceau parallèle : faisceau étroitet rigide empêchant la myosine IIde passer12

Modèle d’expansion du réseau de FA au niveau de la pointed’une cellule qui se déplaceMembraneplasmiqueDésassemblageCofilineTransport de monomères d’actineAssemblageComplexe ARP13

Filaments d’actine et mobilité cellulaire14

Sarcomère, en microscopie électroniqueMuscleFuseaude myofibresMyofibrilleMembraneplasmiqueStrie ZStrie ZNoyauBande IBande ASarcomèreBande ISarcomèreStrie ZBande IBande ABande IStrie Z15

Organisation des filaments contractiles dans le sarcomèreα‐ actinineStrie ZCAP ZTitineNebulineTropomodulineFilament épais (filament de myosine)Filament mince (FA)Tête de MyosineExt (‐)Ext (+)Bande IBandeBande I16

Cytosquelette d’actine et endocytoseMembrane plasmiqueRemaniement localdu cortex d’actineVésiculed’endocytoseQueue d’actineDéplacementCentrede la celluleDynéineExtracellulaireIntracellulaireRéseau de FA encours de polymérisation+MicrotubulesDéformation de la membraneplasmique et remaniementdu cortex d’actinePolymérisation des FAet formation de lavésicule d’endocytosePropulsionde la vésiculed’endocytose17

Cytosquelette d’actine et ExocytoseDéplacement de la vésiculevers MP (FA+ Myosine courte)Fusion des membraneset ExocytoseFilament d’actineMembraneplasmique+Gelsoline+ Ca ++Kinésine+ INTMicrotubulesMyosinecourteDéplacementde la vésicule(MT+Kinésine)Clivage des FA par la gelsolineDésagrégation localedu cortex cellulaire18

Clivage des FA par la gelsolineGelsolineCa ++Clivageet CoiffeFilamentsd’actine19

Filaments d’actine et adhérencescellulaires20

ORGANISATION MOLECULAIRE DES JONCTIONS ETANCHESoccludineclaudineCellule AMP de la cellule AEspaceintercellulaireMP de la cellule BDomainesextracellulairescourtsCellule BZO = zonula occludensDomaine cytosolique lié à des protéines d’ancrag(exemple : protéines ZO)protéines d’ancrage liées auxfilaments d’actine 21

JONCTIONS ADHERENTES ETJONCTIONS ETANCHES DANS LES TISSUS EPITHELIAUXmicrovillositésFilaments d’actine dans lesmicrovillositésJonctions étanchesJonctions adhérentescadhérinesceintured’adhérenceMP latérales des cellulesépithéliales22

JONCTION ADHERENTE= jonction C‐C par cadhérinesclassiques avec ancrage aux filamentsd’actineCELLULE AMPMPCELLULE BFilament d’actine dactineCADHERINESProtéines d’ancrage(caténine, vinculine, α‐actinine)23

SUPERFAMILLE DES CADHERINES= CAM Ca++ ‐dépendantesLiaison cellule‐cellule :cadhérinesCADHERINES organiséesen dimèreEspace extra‐cellulaireMPCaténines= prot. d’ancrage dancrageFilament d’actine24

MicrovillositésCoiffe terminale (matériel dense)Ext + filaments d’actineMembrane plasmiqueMyosine‐I (bras latéraux)Protéines de réticulation (fimbrine et villine)25

Filaments d’actine et contacts focaux(‐)(+)Protéinesd’ancrage dancrage26

Structure et organisation des microtubulesGTPFibroblaste+_ProtofilamentsLumièreExt (+)CentrosomeExt (‐)27

Instabilité dynamique des microtubulesCoiffeGTPRégion moins stablede microtubule contenantdes dimères de tubiline‐GDPCroissanceraccourcissementHydrolyse du GTPet perte de la coiffe28

Toxines des microtubulesNom Origine Mode d’actionLa CholchicineLa VinblastineLa VincristineLe TaxolColchique d’automneou Safran BatarPervenche de Madagascar (vinca)(Catharanthus roseus)Epines de l’ifSe fixe sur les monomères detubuline et empêche leurpolymérisation, ce qui conduit aufinal à la dépolymérisation des MT.Elle bloque la mise en place dufuseau mitotique et par conséquentla division cellulaireSe fixent sur les dimères de tubulineentraînent leur agrégation etempêchent leur polymérisation. Cesont des toxines antimitotiquesutilisées en chimiothérapie anticancéreuse.Elles bloquent la mitoseen inhibant la formation du fuseaumitotique .Se fixe sur les MT constitués etstabilise leur structure en bloquantleur dépolymérisation ce qui lesrend non fonctionnels et tuepréférentiellement les cellulesmitotiques.29

MAP stabilisatrices des MT dans les neuronesFaisceaux largesFaisceaux largesDouble immuofluorescenceMAP2/ Tau30

Microtubules et transports cellulaires : les MAP motricesTête(ATPase)QueueCentripèteCentrifugeVers la périphériede la cellule31

Microtubules et transports cellulaires : les MAP motricesDynéineFlux axoplasmique32

Sites de nucléation(anneaux de tubuline γ)Le centrosomePaire de centrioles(diplosome)CentrosomeMatricede MAPtubuline γtubuline αSite de nucléationtubuline βMicrotubulesProtéines MAP associéesà l’anneau de tubuline γProtofilament33

MicrotubulesA,B,C,Le centrioleCentrioleLiaison transversaleCentriole en coupeCentriole en coupeMicroscopie électronique34

Organisation des microtubules dans un cil (ou flagelle)35

Matrice de MAPLame protéiqueou bras radiaireLiaison transversale(nature protéique )Microtubules :ABC A,B,C3 protofilaments t encommun entre36Microtubules : B et C

Bras de dynéine interneBras de dynéine externeBPont de nexineAABABStructure 9+0Doublet de MTpériphériques A et B37

Bras radiaireBras de dynéine interneBras de dynéine externePont de nexineDoublet tde MTcentrauxGaine interneABABDoublet de MTpériphériques A et BAxonème (structure 9+2) 38

Bras radiaireDoublet tde MTcentrauxGaine interneABABDoublet de MTpériphériques A et BAxonème (structure 9+2) 39

Battement ciliaire/mouvement de flagelleBABAProtéinesde liaisonHydrolysede l’ATPLes MT se plientbase40

Structure et organisation des filaments intermédiairesMonomèreDomaine central en hélice αDimère torsadé en hélice αTétramère apolaireProtofilamentFilament intermédiaire =8 protofilaments41

Les différentes familles de filaments intermédiairesFamille : nb d’isoformes Expression cellulaire Commentaires sur leurs fonctions /applicationsLamines : 3 (A, B, C)Vimentine : 1Noyau de toutes les celluleseucaryotesCellules mésenchymateuses,épithéliales et non épithéliales(fibroblastes, leucocytes,…)Constituent la lamina nucléaire.Maintien de la position du noyau dans la cellule et de l’intégritéde l’enveloppe nucléaireIdentification de ces cellules par immunohistochimie antivimentinepermet de distinguer les fibroblastes des cellulesmusculaires (desmine +) dans des sarcomes)VimentinesDesmine : 1Spécifiques des cellulesmusculairesRelient les filaments contractiles entre eux, à la membraneplasmique et à l’enveloppe nucléaireGFAP: 1Astrocytes (SNC)Cellules de Schwann nonmyélinisantes (SNP)Identification des astrocytes par immunohistochimie anti‐GFAP: détermination des tumeurs d’origine astrocytaire pourles distinguer des métastases ou des tumeurs développées àpartir d’oligodendrocytesPériphérine : 1Certains type neuronaux :Formation des axones et dendrites dans le SNPCytokératines : 20type I (acide)type II (basique)Toutes les cellules épithéliales etannexes épidermiques (cheveux,poils, ongles)‐ Dans les épithéliums malpighiens, comme l’épiderme, les FI decytokératines constituent des faisceaux très denses , ancrés surla plaque dense des desmosomes (adhérence cellulaire).‐ Immunohistochimie pour les cytokératines permet undiagnostic différentiel entre carcinomes (cancer de typeépithélial et sarcomes (cancers des cellules conjonctives).Neurofilaments : 3 (NF‐L, NF‐M,Neurones (axones et dendrites)dans le SNC et SNPDans les neurones, les neurofilaments participent à laformation de l’axe des dendrites d et des axones et déterminenttNF‐H)(nestine : FI dans les cellules leur calibres. Ils confèrent une résistance de l’axone (peut fairesouches neurales)jusqu’à 1m) aux diverses contraintes42GFAP : Glial Fibrillary Acidic Proteins, SNC: Système Nerveux Central, SNP: Système Nerveux Périphérique

Filaments intermédiaires et adhérences cellulaires dans la cellule épithéliale43

DESMOSOME= jonction C‐C avecancrage aux filamentsIntermédiairescadhérines desmosomalesPlaque desmosomale =domaine cytosolique desCAM associé à desprotéines d’ancrage( desmoplakine,plakoglobine )Filamentsintermédiaires ancrés àla plaque desmosomale(= kératine dans lescellules épithéliales)MP CELLULE A MP CELLULE B 44

HEMIDESMOSOMES= jonction C‐MEC parintégrines avec ancrage auxfilaments intermédiairesSitués au pôle basal des c. épithéliales Adhérence à la lame basaleFilaments intermédiaires(kératine)Protéines d’ancrageintégrinesMEC = lamebasale45