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UE2
TD Cytosquelette (cours E. Cornillot)
Protéines d’adhérence / Jonctions intercellulaires
(T. Maudelonde)
N. Boulle Année 2013-2014
La plupart des illustrations du TD proviennent
de Molecular Biology of the Cell
Alberts, Johnson, Lewis et al.
(5ème édition)
∅ ≅ 25 nm ∅ ≅ 7 nm ∅ ≅ 10 nm
Microfilaments d’actineMF
MicrotubulesMT
Filaments intermédiairesFI
25 µm
Définition: Le cytosquelette
Globulaire Fibreux
Caractéristiques générales du cytosquelette
Cytosquelette dynamique : renouvellement ++
Permet → le changement de forme de la cellule, son mouvement, le déplacement d’organites, de molécules, l’endocytose, l’exocytose, la formation du fuseau mitotique…
Cytosquelette stable :
Impliqué dans certaines structures cellulaires: microvillosités, sarcomère, cils, flagelle…
Caractéristiques générales du cytosquelette
MF, MT:
Pas de liaison covalente entre les monomères
Renouvellement aux extrémités: polymérisation / dépolymérisation aux extrémités
Polymères orientés: + / -
Liaison ATP/GTP – ADP/GDP
Sous-unités non tissu spécifiques
FI :
Pas de liaison covalente entre les monomères
Renouvellement sur toute la longueur du filament (y compris aux extrémités)
Pas d’orientation + / -
Pas de liaison NTP/NDP
Type de FI spécifique de tissu
Croissance in vitro: Equilibre sous unités globulaires (G) / polymères (F)
Notion de concentration à l’équilibre
A l’extrémité, constantes:
kon (polymérisation)
koff (dépolymérisation)
La vitesse de polymérisation
(= Le nombre de sous unités globulaires qui s’ajoute à l’extrémité par seconde)
dépend de la concentration en sous unités [G]:
= kon x [G]
Polymérisation des sous unités globulaires (MF, MT)
! Idem actine
Polymérisation vs dépolymérisation?
- [Sous unités globulaires] > concentration à l’équilibre ([G]eq ) → polymérisation .Formation et allongement des polymères
- [Sous unités globulaires] < concentration à l’équilibre ([G]eq ) → Pas de polymères
A l’équilibre, à l’extrémité, [G]eq où :V Polyméris ation = V Dépolymérisation
kon x [G]eq = koff → [G]eq = koff / kon
Polymères (F)
ou Viscosité =
Nombre et longueur des polymères
ÉquilibreConcentration à l’équilibre : [G]eq
[G] diminue
Polymérisation des sous-unités globulaires (MF, MT)
Polymérisation des sous-unités globulaires (MF, MT)
In vivo, équilibre modulé par:
- La modification des sous unités globulaires (G) une fois polymérisées (ATP/GTP → ADP/GDP):
� Fragilise le polymère
� Les constantes cinétiques (kon et koff) ne sont pas les mêmes aux 2 extrémités (+ et -) des MF et des MT
→ Polymérisation extrémité + et dépolymérisation extr émité –
→ [G] eq différentes aux 2 extrémités
- La présence de protéines de liaison, stabilisation, nucléation, coiffe…
Polymérisation
Dépolymérisation
Zone de tapis roulantet d’instabilité dynamique
[G]
Taux d’élongation
0
+
-
[G]eq
Actine et microfilaments
∅ ≅ 7 nm
Rq: dans les cellules: [Actine G] soluble = 1000 fois [Actine G] eq → ?
QCM 1
Rq: Liaison non covalente entre monomères!
Séquestre
(- polymérisation)Echange ADP / ATP
(+ polymérisation)
Protéines liant l’actine (AAP)
Nucléation (ext +)
Cap Z
Gel → Solution (Ca++)
Séquestre
(- polymérisation)
Echange ADP / ATP
(+ polymérisation)
Dégradation (lie actine – ADP)
Fragmentent Stabilisent
Stabilisent
Nucléation (ext -)
QCM 1
Protéines à domaine FERMSpectrineDystrophine
Protéines d’ancrage
Nucléation (ext +)
A connaître!
Protéines liant l’actine (AAP)
QCM 1
Les protéines d'assemblageProtéines associées à l’actine:
Dimère de filamineMF + α-actinine MF + fimbrine
Faisceau contractile
Disposition lâche permet d’intercaler
la myosine II
Faisceau parallèleDisposition serrée ne
permet pas d’intercaler la myosine II
Réseau type gelRéseau tridimensionnel
mécaniquement résistant
Protéines liant l’actine (AAP)
QCM 1
α-actinine
filamine
Fimbrine, villineet Formine (ext +)
Contacts Focaux
(intégrines)
Fibres de stress = Fibres de tension
Protéines liant l’actine (AAP)
Lamellipode
lamellipode
QCM 1
Arp2/3 à la périphérie
Réseau de type gel: filamine
Actine et microfilaments
2.2. Protéines associées et leurs fonctions
+ La globule rouge
- Spectrine- Bande 4.1
-> domaine FERM- Glycophorine
-> Glycosylations- …
Glycophorine
Bande 4.1
Spectrine (tétramère)
Spectrine
Domaines de fixation à l’actine
ActineBande 4.1
α
α
β
β
N
C C
N
TM
TM
Protéines d’ancrage: Les protéines à domaine FERM
QCM 1 Actine et microfilaments
Le cytosqueletteQCM 2
Coiffe de GTP
Tubuline liée au GDP
croissance « catastrophe »
Instabilité dynamique
Microtubules > microfilaments
Cf Fuseau mitotique
→ Alternance de phases de polymérisation / dépolymérisation
→ Touche en général l’extrémité +
Filament bipolaire de Myosine II
MF
Alpha-actinine
Jonctiond’adhérence
Ceinture d’adhérence
Jonctiond’adhérence
Cadhérine
Zone d’adhérence
Filament bipolaire de Myosine II
MF
Alpha-actinine
Jonctiond’adhérence
Ceinture d’adhérence
Jonctiond’adhérence
Cadhérine
Zone d’adhérence
Actine et microfilamentsQCM 2
Dans les cellules non musculaires
Zonula adherens ou ceinture d’adhérence (cellules épithéliales)
Microvillosités: MF stables!
ListeriaVésicule endocytose
Arp2/3
Remarque: Endocytose:
Polymérisation d’actine (Arp 2/3): propulsion sans moteur (« comète » d’actine)
QCM 2
Idem virus de la vaccine
Actine et microfilamentsQCM 2
titineDisque Z
Extrémité +Extrémité - Actine (filament fin)
Myosine (filament épais)Ligne MDisque Z
sarcomère
Cap Z
Contraction musculaire:
- Ca++
- Déplacement des filaments fin d’actine sur les filaments épais de myosine
QCM 3 Protéines motrices: myosines /kinésines
Myosines (microfilamentsd’actine)
Kinésines (microtubules)
- Hydrolyse de l’ATP → changement conformationnel → mouvement
NB: Dynéine: famille différente
Domaine moteur
(ATPase)
Domaine moteur
(ATPase)
Tapis roulant:
la concentration en sous-unités libres est telle que:
vitesse de croissance (ext +) = vitesse de dépolymérisation (ext -)
Polymère de longueur constante
= Tapis roulant (« treadmilling » )
Le cytosquelette / Tapis roulantQCM 4-5
+-
Hydrolyse ATP (actine) → Constante cinétiques différentes aux 2 extrémités
→ Polymérisation ext + / Dépolymérisation ext -
+
-
Myosine I
Instabilité dynamique
(polymérisation, v variable)
Flux rétrograde 1 µm/min
(v constante)
Exercice 1
Filopode
« Traction»
Microtubules
Microtubules en rouge
Golgi en vert (centre de la cellule)
Destruction des microtubules
Tubuline et Microtubules
- Tubuline β
- Vers la membrane plasmique
- Tubuline α
- Vers le centre de la cellule
→ Vitesse de polymérisation extrémité + > extrémité -
+-
Séquestre la tubuline
(Activité régulée par phosphorylation)
MAP = Microtubules Associated Protein
Tubuline et Microtubules
13 protofilamentsαα αα
GT
Pββ ββ
GT
P
! Pas de liaisons covalentes
QCM 6
ββββ: activité GTPase
Les 2 types de Microtubules
• MT labiles:
MT cytosoliques ,Sensibles au froid (0-4°C) et aux agents chimiques (Colchicine, Vinblastine, Taxanes )Instabilité intrinsèque � extrêmement dynamiques
� Adaptabilité
• MT stables:
Stabilisés par des protéines spécifiquesInsensibles aux agents physiques ou chimiques : ils ne dépolymérisent jamais
Forment des structures pluritubulaires :� Centriole, corpuscule basal� Axonème
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Corpuscule basal de protozaire
QCM 6
QCM 6Centrosome: COMT = Centre Organisateur des Microtub ules
Centrosome = principal COMT des cellules animales
���� Les microtubules croissent à partir des sites de nu cléation (anneaux de tubuline γγγγ) (pas des centrioles!)
Centrioles
9 triplets de microtubules (A, B, C) dont seul A est complet
Ponts de nexine entre les triplets
Structure protéique "en rayons de roue" relie les microtubules A
~ Corpuscule basal (cils, flagelles)
! Triplets
QCM 6 Tubuline et Microtubules
Centriole: appartient au centrosome
nexine
QCM 6 Structure des cils / Flagelles
- Corpuscule basal (~ centriole) – 9 triplets de microtubules qui se prolongent dans l’axonème
- Axonème = 9 paires de microtubules entourés de membrane plasmique ± 2 microtubules centraux (9+0; 9+2) + nexine, dynéine...
! paires
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)Paire de microtubule périphérique
Membrane plasmique
Microtubule central (simple)
Bras de dyné ine externe
Bras de dyné ine interne
nexine
Gaine interne
rayon
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)Paire de microtubule périphérique
Membrane plasmique
Microtubule central (simple)
Bras de dyné ine externe
Bras de dyné ine interne
nexine
Gaine interne
rayon
Racine ciliaire
Corpuscule basal
+ + +
Axonème=
MT périphérique
+Paire centrale
MT
Paire centrale de MT
Doublet de MT périphériques
Racine ciliaire
Corpuscule basal
+ + +
Axonème=
MT périphérique
+Paire centrale
MT
Racine ciliaire
Corpuscule basal
+ + +
Axonème=
MT périphérique
+Paire centrale
MT
Paire centrale de MT
Doublet de MT périphériques
⊝⊝⊝⊝
KINESINES
DYNEINES
Microtubule ⊕⊕⊕⊕
vésicule
vésicule
Moteurs moléculaires des microtubules
QCM 6
(~ myosines)
Tubuline et Microtubules
Endocytose,
Mouvements des cils, flagelles
Exocytose, Membrane plasmique
- Flux vectoriel permanent- Flux rétrograde : Golgi vers le RE
Le cytosqueletteQCM 6
Nexine
ATP → ADP
Dynéine
Hydrolyse de l’ATP (dynéine) = mouvement vers -
Cils et flagelles
DispersésAgrégés
Dynéine + protéines stabilisatrices
kinésine
Mélanosomes
Dynéines actives
Kinésines inactives
Dynéines inactives
Kinésines actives
PKA
PP2A
QCM 8
Filaments intermédiairesQCM 9
Mise en évidence du renouvellement des sous-unités d’un FI par FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching)
Renouvellement des sous-unités:- latéral - homogène le long du filament
Filaments intermédiairesQCM 9
6 groupes selon type de sous-unité
Homodimères ou hétérodimères:- ex: kératine basique + kératine acide- desmine, vimentine
Type Protéine
I Cytokératines acides �II Cytokératines neutres �
ou basiquesIII Vimentine �
Desmine �Protéines fibrillaires
acides gliales (GFAP)IV Protéines de
neurofilaments �V Lamines nucléaires �
VI Nestine
Localisation / type cellulaire
Cellules épithélialesCellules épithéliales
Cellules mésenchymateusesCellules musculaires
Cellules gliales
Astrocyte et certaines cellules de SchwannNeurones
NoyauCellules souches neuronales
et neurones immatures
! Utilisé en anatomopathologie pour identifier l’or igine d’une tumeur
QCM 9
Figure “Cours de Biologie Cellulaire, Edition 4”, P Cau & R Seite, Ed. ellipses
+ Collaboration entre différents éléments du cytosquelette
- Dystrophine
-> MF actine (actine du cortex cel.)
- Desmine
-> FI de desmine (actine sarcomère)
Ancrage à la membrane (sarcolemme)
4.2. Différents types de filaments intermédiaires
+ Les neurofilaments (Type IV)
- Association avec MT axone et dendrites
Rigidité, souplesse axone
Diamètre axone
- Sclérose Latérale AmyotrophiqueAxone
Noyau
++
Neurone
QCM 9
MAP?
Figure “Cours de Biologie Cellulaire, Edition 4”, P Cau & R Seite, Ed. ellipses
QCM 11
Bruno SAUBAMEAEA3621 –Service de Biologie CellulaireService Commun d’Imagerie Cellulaire et MoléculaireUniversité Paris Descartes
http://www.etsl.fr/Doc_pdf/Imagerie_confocale_09.pdf
Marquage du cytosquelette d’actine par la phalloïdine-AF680 (gris)
Phalloïdine: Stabilisatrice
Idem Jasplakinolide
Cytochalasine B
Latrunculine
CytosqueletteFonctions et organisation:
Microfilaments (actine):
SU globulaireFilament polarisé
Liaison ATP/ADP
Protéines de coiffeProtéines motricesProtéines de coupure
Séquestration des monomèresProtéines stabilisatrices
Filaments intermédiaires :
SU fibreuseFilament non polarisé
Pas de liaison aux nucléotides
Pas de protéines de coiffe, motrices ou de coupure
Pas de séquestration des monomèresProtéines stabilisatrices
Microtubules (tubuline):
SU globulaireFilament polarisé
Liaison GTP/GDP
Protéines de coiffeProtéines motricesProtéines de coupure
Séquestration des monomèresProtéines stabilisatrices
Pas dans le noyau!
Jonctions cellulaires → Actine / Filaments intermédiaires
Actine (jonctions adhérentes)
Filaments intermédiaires (desmosomes)
QCM 12
Cadhérines
IntégrinesContacts focaux
Les protéines d’adhérence:
3- Famille des Cadhérines
Ex: E-Cadhérine, Desmoglein
4- Famille des Integrines
Ex: α5β1
2- Famille des Sélectines
Ex: L - E - P- Sélectines
1- Famille des Immunoglobulines
Ex: N-CAM
QCM 13-14
1- Les Immunoglobulines
homophiliques
Dans les jonctions
hétérophiliques+++
CAM
Intégrine
(Immunoglobuline)
QCM 13
Leucocyte
Cellule endothéliale (vaisseaux)
2- Les Sélectines:
Glycoprotéines membranaires - Toujours hétérophilique
Se lient aux sucres (via domaine lectine)
Cellules spécialisées:
E- endothéliales
P- Plaquettes
L- Leucocytes
QCM 13
Leucocyte Cellule endothéliale
1- Sucres 2- E-Sélectine Rolling (liaison faible)
3- Integrine activée 4- Ig-CAM Ouverture jonctions
Rôle des sélectines et des Ig CAM dans les Mouvemen ts du leucocyte
sucres
E-Selectine
leucocyte
Cellule endothéliale
3- Les cadhérinesDistribution des domaines dans différentes cadhérines ����
QCM 14
Cadhérine EDomaine CAD
Cadhérine T
RET
Desmocolline-1a
Desmogléine-1
Glycosylphosphatidylinositold’ancrage (GPI)
Tyrosine kinase
ICS
ICS
ICS
Fixation de la caténine
Interaction avec lesfilaments intermédiaires
3- Cadhérines et jonction adhérente (Actine)
(Ceinture d’adhérence / zonula adherens)
Actine
αααα- catenine
QCM 14
Filament bipolaire de Myosine II
MF
Alpha-actinine
Jonctiond’adhérence
Ceinture d’adhérence
Jonctiond’adhérence
Cadhérine
Zone d’adhérence
Filament bipolaire de Myosine II
MF
Alpha-actinine
Jonctiond’adhérence
Ceinture d’adhérence
Jonctiond’adhérence
Cadhérine
Zone d’adhérence
3- Cadhérines et desmosomes (filaments intermédiaires)
Filaments intermédiaires(ex: cytokératine des cellules épithéliales)
« boutons »Protéines d’ancrage
QCM 14
4- Les Intégrines:
Dimère α/β –Toujours hétérophilique
Interactions :
- Cellule / Cellule- Cellule / Matrice extracellulaire +++
- 18 chaine α- 8 chaines β
QCM 14
4- Les Intégrines:
Interactions Cellule / Cellule
hétérophiliques
CAM
Intégrine
(Immunoglobuline)
QCM 14
Leucocyte
Cellule endothéliale (vaisseaux)
Actine et microfilamentsQCM 1 / QCM 14
Contacts Focaux
(Intégrines)
Fibres de stress = Fibres de tension
Interactions Cellule / Matrice extracellaire
4- Les Intégrines:
Contacts focaux / Actine
Fibronectine
Appartient à la matrice extracellulaire
Séquence RGD
fibronectine
Signaux cellulaire (cycle cellulaire…)
Actine
Intracellulaire
Extracellulaire
QCM 14
4- Les Intégrines:
Hémidesmosomes / Filaments intermédiaires
Lame basale
Cellule épithéliale
Cytokératine (FI)
HemidesmosomeCytokératine (FI)
Protéines d’Ancrage
Intégrines
QCM 14
Jonctions intercellulaires
Importance des interactions:
Cellule / cellule
Cellule / matrice extracellulaire
Jonctions → signaux intracellulaires
Survie, division…
La cellule cancéreuse « s’affranchit » de ses jonctions
→ perturbations +++ des molécules d’adhérence
Exemple: perte de E-cadhérine
Les jonctions dans la cellule épithéliale
actine
Filament intermédiaire
Jonction étanches (occludines / claudines)
Jonction adhérente
Desmosome
(en « bouton »)
Jonction communicante (connexons)
Hemi-desmosome
Complexe de jonction: cellule épithéliale polarisée
Contacts focaux
Espace étroit: Les jonctions étanches
Définit la polarité cellulaire
Protéines « spécifiques »: occludines / claudines
tout autour de la cellule
Jonctions étanches (serrées)
QCM 15
Espace étroit: Les jonctions étanches
Définit la polarité cellulaire
Protéines « spécifiques »: occludines / claudines
QCM 15
QCM 15 Les jonctions communicantes
Protéines « spécifiques »: connexines
Communication entre deux cellules électro-chimique / méta bolique
Espace inter-cellulaire
Membranes cellules adjacentes
Membranes plasmique
Fermé
Ouvert
Protéines de connexine
Connexon composé de 6 connexines
Canal
Membranes plasmiques des
2 cellules
2 Connexons formant 1 canal aqueux entre
les 2 cellules
���� Ouverture jonctions communicantes régulée: Ca ++, H+, DDP…
���� Mort cellulaire → Entrée de Ca ++ → Fermeture des jonctions communicantes
QCM 15 Les jonctions communicantes
Protéines « spécifiques »: connexines
Communication entre deux cellules électro-chimique / méta bolique
Jusqu’à 1 kD!
Connexine : 4 hélices transmembranaires
Connexon
Les molécules d’adhérence
Cadhérines « classiques »
Dépendance Ca++
Interactions Homophilic ou hétérophilique
Cytosquelette Jonctions cellulaires
Ex
E-Cadhérine Oui Filaments d’actine via les catenines (αet β)
Jonction adhérente
Cadhérines des desmosomes
Desmoglein, desmocollin
OuiFilaments
intermédiaires (cytokératine....)
Desmosomes
Immunoglobulines N-CAM… Non Les 2Jonctions serrées, Desmosomes …
Sélectines Cellules spécialisées:
L-E- et P-sélectines
Oui Hétérophiliques Filaments d’actine
Adhésion cellule / cellule
Adhésion cellule / matrice
Intégrines α5β1… Oui HétérophiliquesFilaments d’actine via talin, vinculin, α-actinin…
Contacts focaux
Intégrines Oui Hétérophiliques Filaments intermédiaires
Hemi-desmosomes
Homophiliques
Homophiliques
Les Jonctions
Cadhérines « classiques »
CytosqueletteJonctions cellulaires
Molécules d’adhérence
Filaments d’actine viales caténines (α et β)
Cadhérines des desmosomes (desmoglein, desmocollines…)
Filaments intermédiaires
(cytokératine....)
Desmosomes
Filaments d’actine
Adhésion cellule / cellule
Adhésion cellule / matrice
Intégrines
α5β1…
Filaments d’actine via talin, vinculin, α-actinin…
Points d’adhésion focaux
Intégrines
Filaments intermédiaires
Hemi-desmosomes
Jonction adhérente
Jonctions étanches Occludines, Claudines,
Jonctions communicantes
Connexines
Autres Selectine / CAM Ig / IntegrineLeucocyte / endothélium (des vaisseaux) ; immunité…