UE 2 - 2

Cytosquelette : constituants et dynamique

Quels sont les trois constituants principaux du cytosquelette ?

1. Microfilaments d’actine – diamètre ≈ 8 nm

2. Filaments intermédiaires – diamètre ≈ 10 nm

3. Microtubules (tubulines) – diamètre ≈ 25-35 nm

Quels sont les deux types de protéines associées au cytosquelette ?

1. Protéines accessoires de la structure

   • Facilitent la polymérisation, dépolymérisation et assemblage des filaments

   • Assurent la connexion entre les éléments du cytosquelette

2. Protéines motrices

   • Permettent la motilité cellulaire (déplacement des organites, vésicules et de la cellule elle-même)

Quelles sont les fonctions du cytosquelette ?

1. Assurer la structure cellulaire

   • Détermine la forme de la cellule

   • Organise le positionnement des organites

2. Supporter des fonctions motrices

   • Déplacement intracellulaire des organites et particules

   • Contraction musculaire

   • Mouvement des cils et flagelles

   • Déplacement cellulaire (motilité)

Qu’est-ce que les filaments intermédiaires ? Quelles sont leur caractéristiques ?

• Structures fibreuses, compactes et résistantes formées par l’association de monomères

• Assurent le maintien de l’architecture cellulaire et tissulaire

• Stables, non soumis à des polymérisations/dissociations rapides

• La phosphorylation peut modifier leur stabilité

  • Stabilisation : neurofilaments

  • Dépolymérisation : lamines nucléaires

Nommez différents monomères des filaments intermédiaires et leurs localisations principales.

• Cytokératines (>20 types) : épithéliums

• Neurofilaments (L,H,M): cellules nerveuse

• Nestine: cellules souches neuroépitheliales

• Périphérine: neurones phériphériques

• GFAP (Glial Fibrillary Acidic Protein) : cellules gliales, astrocytes

• Lamines nucléaires : lamine nucléaire

• Vimentine : cellules mésenchymateuses (= type de cellule qui peut devenir un tissu conjonctif)

Dans une cellule épithéliale, quel filament intermédiaire est lié à quelle structure ?

• Cytokératines

  • Côté basolatéral : liées aux desmosomes via plakoglobine et desmoplakine

  • Côté basal : liées aux hémidesmosomes

Quelle est la fonction des cytokératines dans les cellules épithéliales ?

• Fonction : Assurent la cohésion cellulaire et la stabilité mécanique de l’épithélium

Quelle maladie résulte de mutations sur les cytokératines 5 et 14 ?

• Maladie associée : Épidermolyse bulleuse

  • Résultat de mutations sur cytokératines 5 et 14

  • Symptômes : lésions cutanées, notamment plantaires

  • Cisaillement cellulaire au niveau des cytokératines défectueuses

Quel est le rôle des neurofilaments ?

Assurent la continuité et l’élasticité des neurones

Quel est le rôle des lamines ?

• Stabilisation de la membrane nucléaire interne

• Interaction avec la chromatine, contribuant à l’organisation nucléaire et à la régulation de l’expression génique

Qu’est-ce qu’un microtubule et quelles sont ses caractéristiques ?

• Tube creux formé de protofilaments de dimères α- et β-tubuline

• Chaque dimère lié à du GTP

• Seule la tubuline β possède une activité GTPase et un GTP échangeable

• Diamètre ≈ 25 nm

Quelle est la dynamique d’assemblage d’un microtubule ?

• Dimères de tubuline liés au GTP → favorisent polymérisation

• Hydrolyse du GTP en GDP → diminue l’affinité → courbure du protofilament → dépolymérisation

• Échange GDP → GTP → polymérisation possible

Qu’est-ce que l’instabilité dynamique des microtubules ?

• Alternance entre phases de croissance et de rétraction (catastrophe)

• Dépend de l’état du GTP lié à la tubuline

Quel élément assure la stabilité d’un microtubule ?

• La coiffe GTP (GTP-cap) à l’extrémité + protège de la dépolymérisation

Quelles sont les extrémités d’un microtubule ?

• Extrémité + : tubuline β, polymérisation/dynamique

• Extrémité − : tubuline α, ancrée au centrosome

Quelles sont les étapes de formation d’un microtubule ?

1. Assemblage des dimères α/β

2. Formation de protofilaments

3. Association en tube creux (13 protofilaments latéraux)

Donnez des exemples de protéines structurales associées aux microtubules.

• MAP2 et Tau : stabilisation et organisation en faisceaux

• Catastrophines : favorisent la dépolymérisation en se liant à la tubuline β

• Nexine: qui stabilise l’axonème, relie les doublets périphériques et assure la cohésion structurale pendant le mouvement des cils vibratiles

Quels sont les inhibiteurs pharmacologiques des microtubules ?

• Inhibiteurs de la polymérisation :

  • Colchicine (colchique)

  • Vinblastine, vincristine (pervenches de Madagascar)

  • Nocodazole (synthétique)

• Inhibiteurs de la dépolymérisation :

  • Taxol (paclitaxel), extrait de l’if

Quelles sont les protéines motrices associées aux microtubules ?

• Kinésines : transport de l’extrémité − vers +

• Dynéines : transport de l’extrémité + vers −

Quelle est la composition d’une kinésine ?

• Cargaison + protéine adaptatrice

• Chaîne légère (liaison à la cargaison)

• Chaîne lourde (structure principale)

• Tige flexible (stalk, permet la flexibilité)

• Deux têtes globulaires → domaine moteur :

  • Liaison au microtubule

  • Hydrolyse de l’ATP → mouvement pas-à-pas vers l’extrémité +

Quelle est la composition d’une dynéine ?

• Cargaison + protéines adaptatrices (complexe dynactine souvent impliqué)

• Chaînes légères (liaison à la cargaison)

• Chaînes intermédiaires (stabilisation et interaction)

• Chaînes lourdes : parties principales de la protéine

• Tige reliant la cargaison au moteur

• Deux têtes globulaires (domaines moteurs)

• Pédoncules : ancrage aux microtubules

• Moteur ATPasique → hydrolyse ATP permet le mouvement vers l’extrémité −

Que peuvent transporter les kinésines et dynéines ?

• Organites intracellulaires : mitochondries, lysosomes, vésicules de sécrétion

• ARNm : transportés vers les zones d’utilisation (ex. synapses neuronales)

• Virus : ex. VIH, herpès → transportés de la membrane plasmique vers le lieu de réplication

Quels sont les centres organisateurs des microtubules (MTOC) ?

• Centrosome : composé de deux centrioles perpendiculaires

• Chaque centriole = 9 triplets de microtubules

• Entouré d’une matrice protéique avec des sites de nucléation

• Sites = anneaux de tubuline γ où se fixent les tubulines α et β pour initier les microtubules

Les microtubules partent-ils toujours d’un centrosome ?

• Non.

• Exemples :

  • Cellules épithéliales polarisées

  • Axone des neurones

  • Corpuscules basaux des cils et flagelles

Comment les microtubules assurent-ils la motilité des cils et flagelles ?

• Structure en axonème : 9 doublets périphériques + 2 microtubules centraux

• Moteurs : dynéines axonémales attachées à une plaque basale → basculent vers l’extrémité −

• Mouvement → courbure de l’axonème → battement des cils (propulsion, mouvements de fluides)

• Ex. épithélium respiratoire (cils vibratiles)

Qu’entraîne un dysfonctionnement des cils et flagelles ?

• Pathologies respiratoires (ex. infections chroniques)

• Stérilité (immobilité des spermatozoïdes)

Qu’est-ce que les microfilaments d’actine ?

Réponse :

• Polymères d’actine formés de monomères d’actine

• Organisation en hélice de 7–8 nm de diamètre

• Présence d’une polarité :

  • Extrémité + : polymérisation rapide

  • Extrémité − : polymérisation lente

• Les monomères lient l’ATP/ADP et possèdent une faible activité ATPase, dépendante du Mg²⁺ et Ca²⁺

• Organisation très dynamique : cycles rapides de polymérisation / dépolymérisation

Quelle est la dynamique d’assemblage d’un microfilament d’actine ?

1. Actine-ATP → favorise la polymérisation à l’extrémité +

2. Hydrolyse ATP → ADP → diminue l’affinité entre monomères → instabilité

3. Échange ADP → ATP → recycle les monomères → nouvelle polymérisation possible

Donnez des exemples de protéines structurales associées aux microfilaments d’actine.

• Protéines de régulation des monomères :

  • Profiline : favorise la polymérisation

  • Thymosine : séquestre l’actine → empêche la polymérisation

• Protéines de stabilisation :

  • Tropomyosine : stabilise l’actine en s’enroulant dans le sillon hélicoïdal

• Toxines ciblant l’actine :

  • Cytochalasines : se fixent sur l’extrémité + → bloquent la polymérisation

  • Phalloïdine (amanite phalloïde) : stabilise les filaments → bloque la dépolymérisation

• Protéines d’organisation en faisceaux :

  • Fimbrine et villine : faisceaux serrés (ex. microvillosités des épithéliums)

  • Formines : favorisent l’élongation en faisceaux (ex. microvillosités des épithéliums)

• Protéines d’ancrage (adhésions focales) :

  • Vinculine et taline : relient l’actine aux intégrines de la matrice extracellulaire

  • α-actinine : relie les filaments en faisceaux larges

• Protéines organisatrices en réseaux :

  • Filamine : dimère qui croise les filaments → réseaux 3D

  • Complexe Arp2/3 : nucléation et organisation en maillage branché

Quelles sont les protéines motrices impliquées dans le déplacement le long des microfilaments et leurs fonctions ?

• Myosine I et Myosine V :

  • Déplacement de structures et organites le long des microfilaments

  • Hydrolyse ATP → mouvement vers l’extrémité +

  • Assurent la continuité entre microfilaments et membrane plasmique

• Myosine II (ou Myosine dimère) :

  • Hydrolyse ATP → crée force de traction entre deux protofilaments d’actine

  • Responsable de la contraction des fibres de stress et de la contractilité cellulaire

Décrire la myosine V et sa structure fonctionnelle.

• Rôle principal : transport de vésicules et organites le long de microfilaments

• Structure :

  • Tête globulaire : domaine moteur → hydrolyse ATP et liaison à l’actine

  • Tige : structure allongée qui supporte le mouvement

  • Queue / domaine de liaison à la cargaison : permet l’attachement des vésicules ou complexes protéiques

  • Fonctionne souvent en dimères → pas-à-pas vers l’extrémité +

Comment les myosines créent-elles la contraction et le déplacement ?

• Hydrolyse ATP dans les têtes globulaires

• Changement de conformation → mouvement pas-à-pas le long des filaments d’actine

• Myosine II : rapproche deux filaments → contraction des fibres de stress

• Myosine I/V : transporte cargaisons vers l’extrémité +

Qu’est-ce qu’un lamellipode ?

• Large extension de la membrane plasmique

• Formée par un réseau branché de filaments d’actine

• Permet la poussée de la membrane vers l’avant lors de la migration

Qu’est-ce qu’un filopode ?

• Prolongement fin et parallèle de la membrane

• Formé par des faisceaux d’actine linéaires

• Sert à explorer l’environnement et guider la migration

Qu’est-ce qu’une plaques d’adhésion focale (PAF) ?

• Site où la cellule se fixe à la matrice extracellulaire

• Composé d’intégrines reliées à l’actine via taline, vinculine, α-actinine

• Sert de point d’ancrage et de signalisation pour la traction

Qu’est-ce qu’une chimiokine et quel est son impact ?

• Molécule sécrétée par d’autres cellules pour guider les cellules vers un site précis

• Provoque un gradient chimique

• Impact : oriente la polarité de la cellule, stimule la polymérisation/dépolymérisation d’actine → migration dirigée

Quelles sont les trois phases du déplacement cellulaire ?

1. Formation des lamellipodes et filopodes

   • Polymérisation d’actine → allongement de la membrane

   • Exploration de l’environnement et orientation selon le gradient chimique

2. Formation et maturation des nouvelles adhésions focales

   • Stabilisation du lamellipode pour exercer une traction

   • Interaction actine–intégrine via taline/vinculine/α-actinine

3. Contraction et détachement à l’arrière

   • Myosine II → contraction des fibres de stress

   • Disparition des anciennes adhésions focales → propulsion de la cellule

MAP2

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microtubules

• Fonction : Stabilise les microtubules et les organise en faisceaux

Tau

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microtubules

• Fonction : Stabilisation et organisation des microtubules, particulièrement dans les axones

Catastrophines

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microtubules

• Fonction : Déstabilisation rapide des microtubules, favorise la dépolymérisation (catastrophe)

Nexine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microtubules (axonème des cils/flagelles)

• Fonction : Relie les doublets périphériques, maintient la structure de l’axonème

Kinésines

• Type : Protéine motrice

• Filament : Microtubules

• Fonction : Transport de vésicules et organites vers l’extrémité +

Dynéines

• Type : Protéine motrice

• Filament : Microtubules

• Fonction : Transport rétrograde vers l’extrémité − et mouvement des cils/flagelles

Profiline

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Favorise la polymérisation des filaments d’actine

Thymosine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Séquestre l’actine monomérique, empêche la polymérisation

Tropomyosine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Stabilise les filaments d’actine en s’enroulant dans les sillons

Cytochalasines

• Type : Molécule pharmacologique inhibitrice

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Bloque la polymérisation à l’extrémité +

Phalloïdine

• Type : Molécule pharmacologique inhibitrice (Amanita phalloides.)

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Stabilise les filaments d’actine, bloque la dépolymérisation

Fimbrine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Lie les filaments d’actine en faisceaux serrés (ex. microvillosités)

Villine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Lie et organise les filaments d’actine en faisceaux serrés (ex. microvillosités)

Formine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Favorise la nucléation et l’élongation des filaments linéaires, organisation en faisceaux

Vinculine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Relie les filaments d’actine aux intégrines dans les adhésions focales

Taline

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Connecte les filaments d’actine aux intégrines, stabilise les adhésions focales

α-Actinine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Lie et organise les filaments d’actine en faisceaux larges

Filamine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Croise les filaments d’actine pour former un réseau 3D

Complexe Arp2/3

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Nucléation et organisation des filaments en maillage branché

Myosine I

• Type : Protéine motrice

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Transport de structures et vésicules le long des filaments d’actine vers l’extrémité +

Myosine V

• Type : Protéine motrice

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Transport de vésicules et organites le long des filaments d’actine vers l’extrémité +

Myosine II

• Type : Protéine motrice

• Filament : Microfilaments d’actine

• Fonction : Contraction des fibres de stress, rapprochement de filaments d’actine → motilité

Intégrines

• Type : Protéine accessoire / réceptrice

• Filament : Microfilaments d’actine (via taline/vinculine)

• Fonction : Fixation de la cellule à la matrice extracellulaire, formation des adhésions focales

Fibronectine

• Type : Protéine accessoire / de la matrice extracellulaire

• Filament : Microfilaments d’actine (via adhésions focales et intégrines)

• Fonction : Permet la liaison cellule-matrice extracellulaire, participe à l’adhésion, migration et signalisation

Colchicine

• Type : Molécule pharmacologique inhibitrice

• Filament : Microtubules

• Fonction / Action : Inhibe la polymérisation des microtubules

Vinblastine

• Type : Molécule pharmacologique inhibitrice

• Filament : Microtubules

• Fonction / Action : Inhibe la polymérisation des microtubules

Vincristine

• Type : Molécule pharmacologique inhibitrice

• Filament : Microtubules

• Fonction / Action : Inhibe la polymérisation des microtubules

Nocodazole

• Type : Molécule pharmacologique inhibitrice

• Filament : Microtubules

• Fonction / Action : Inhibe la polymérisation des microtubules

Taxol

• Type : Molécule pharmacologique inhibitrice

• Filament : Microtubules

• Fonction / Action : Inhibe la dépolymérisation des microtubules, stabilise les microtubules

Plectine

• Type : Protéine accessoire

• Filament : Filaments intermédiaires (et relie aussi microfilaments et microtubules)

• Fonction : Assure la cohésion et l’ancrage entre différents filaments du cytosquelette, stabilise la structure cellulaire