Biologie Cellulaire - Le Cytosquelette (Microfilaments et Microtubules)

Flashcards de révision sur le cours de Biologie Cellulaire portant sur la structure, la dynamique, l'organisation et les pathologies associées aux microfilaments d'actine et aux microtubules.

Que reste-t-il dans la cellule après le retrait de tous les organites ?

Le cytosol et le cytosquelette, formant un ensemble riche en eau d'une consistance visco-élastique.

Quelles sont les caractéristiques physico-chimiques principales du cytosol ?

C'est une solution aqueuse riche en eau et en molécules solubles, d'aspect homogène, avec un $pH = 7$ (neutre).

Comment Astbury et ses collaborateurs ont-ils décrit le cytosquelette dans les années 30 ?

Sous forme de « particules organisées en rangées », grâce à l'augmentation de la résolution des microscopes.

Quelle avancée des années 80 a permis de classer les filaments du cytosquelette en 3 catégories ?

L'arrivée des techniques de biologie et de génétique moléculaire, démontrant des similitudes dans les séquences d'acides aminés issues d'un même gène ancestral (même superfamille).

Quels sont les diamètres moyens respectifs des trois grandes familles du cytosquelette ?

Les microfilaments d'actine ($7\,nm$ de diamètre en moyenne, entre $5$ et $9\,nm$), les filaments intermédiaires ($10\,nm$) et les microtubules ($25\,nm$).

Quelle proportion de la masse protéique totale les microfilaments d'actine représentent-ils dans une cellule générique ?

Ils sont ubiquitaires et représentent environ $5\%$ de la masse protéique totale.

Quelles sont les 3 classes d'actine et leur répartition dans les types cellulaires ?

L'alpha-actine ($\alpha$-actine, 1 forme) dans les cellules musculaires striées et lisses; la bêta-actine ($\beta$-actine, 4 formes) dans les cellules non musculaires; la gamma-actine ($\gamma$-actine, 1 forme) dans les cellules non musculaires.

Quelle est la différence entre l'actine G et l'actine F ?

L'actine G est la forme monomérique globulaire (soluble et dispersée dans le cytoplasme), tandis que l'actine F est la forme polymérique filamenteuse (insoluble et organisée en filaments).

Quelles sont les conditions nécessaires à la polymérisation des monomères d'actine ?

La présence de calcium et d'ATP (adénosine triphosphate), s'agissant d'un processus actif qui consomme de l'énergie.

Comment se caractérisent la dynamique et les événements moléculaires au pôle (+) des microfilaments d'actine ?

Le pôle (+) subit une polymérisation très rapide et dynamique faisant suite à l'hydrolyse de l'ATP en ADP et à la libération de Pi.

Quel est le rôle des protéines de coiffage sur les microfilaments d'actine ?

Elles protègent les pôles (+) et (-) afin de stabiliser la longueur du microfilament et d'empêcher sa dépolymérisation.

Quelles protéines intercalaires/annexes maintiennent l'espacement régulier des filaments d'actine dans les faisceaux parallèles ?

La fimbrine, la fascine et la villine.

Combien de filaments d'actine sont contenus dans une microvillosité de l'épithélium intestinal et quelle protéine assure leur ancrage à la membrane ?

Chaque microvillosité contient entre $20$ et $30$ filaments d'actine, ancrés à la membrane plasmique par la myosine 1A.

Quelle protéine intercalaire caractérise les réseaux d'actine formant des mailles et où les trouve-t-on ?

La filamine ($80\,nm$). On les trouve dans l'actine corticale (sous-membranaire), les lamellipodes et les microspicules.

Quelles sont les caractéristiques d'organisation des faisceaux contractiles d'actine ?

Les filaments sont disposés parallèlement avec des polarités opposées, espacés de $40\,nm$ par des molécules de myosine.

Dans quelles structures cellulaires retrouve-t-on des faisceaux contractiles d'actine ?

Dans les sarcomères musculaires, les ceintures d'adhérence, l'anneau contractile mitotique et les fibres de tension des tissus conjonctifs.

Comment s'organise la polymérisation d'actine lors de la migration des leucocytes (effet « tapis roulant ») ?

Une polymérisation rapide et active s'effectue au pôle (+) à l'extrémité avant (lamellipode) pour repousser la membrane, tandis qu'une dépolymérisation survient au pôle (-) à l'arrière.

Quand se forme l'anneau contractile mitotique lors de la cytodiérèse et de quoi est-il constitué ?

Il se forme en télophase, perpendiculairement à l'axe du fuseau mitotique, par réorganisation de l'actine corticale associée à de la myosine de type II.

Par quels intermédiaires moléculaires les filaments d'actine sont-ils reliés dans les ceintures d'adhérence intercellulaires ?

Par l'intermédiaire de caténines et de cadhérines (molécules de surface).

Quel est le rôle des fibres de tension des fibroblastes dans les tissus conjonctifs ?

Elles se contractent pour exercer une traction sur la matrice extracellulaire (MEC), permettant le rapprochement des bords d'une blessure lors de la cicatrisation.

Quel est le mécanisme de toxicité cellulaire de la phalloïdine ?

Cette toxine d'origine fongique se fixe sur les filaments d'actine et bloque leur dépolymérisation, provoquant une accumulation d'actine, la mort cellulaire et des atteintes rénales ou hépatiques.

Quelle maladie génétique est associée à la mutation du gène ACTA1 ?

Une myopathie caractérisée par une surcharge en actine non fonctionnelle qui s'accumule en très grande quantité.

À quoi correspondent les bandes sombres et claires d'une myofibrille observées en microscopie ?

Les bandes sombres correspondent aux zones où la myosine est intercalée avec l'actine, tandis que les bandes claires ne contiennent que de l'actine.

Quelles protéines protègent les pôles (+) et (-) des filaments d'actine dans les sarcomères ?

La protéine CapZ protège le pôle (+) au niveau du disque Z, et la tropomoduline protège le pôle (-).

Quelles sont les caractéristiques structurales d'une molécule de myosine de type II ?

Un dimère comportant un segment fibreux et deux têtes flexibles à une extrémité, possédant un site de liaison à l'actine et un site de liaison à l'ATP.

Quelles sont les dimensions principales d'un microtubule simple ?

Un petit tube creux de $25\,nm$ de diamètre externe, avec une lumière interne de $10\,nm$.

De quoi est composé le protofilament d'un microtubule ?

De l'assemblage bout à bout d'hétérodimères d'$\alpha$--tubuline et de $\beta$-tubuline. Un microtubule simple associe $13$ protofilaments de manière concentrique.

Quelle est la composition en protofilaments des doublets et des triplets de microtubules stables ?

Les doublets contiennent $23$ protofilaments ($13 + 10$ pour les MT A et B) et les triplets contiennent $33$ protofilaments ($13 + 10 + 10$ pour les MT A, B et C).

Quelle molécule énergétique régit l'assemblage et la dépolymérisation des microtubules ?

Le GTP : la tubuline liée au GTP permet la polymérisation, tandis que l'hydrolyse du GTP en GDP provoque la dépolymérisation.

Dans quels sens se déplacent respectivement les kinésines et les dynéines le long des microtubules ?

Les kinésines se déplacent vers l'extrémité (+) (périphérie cellulaire), tandis que les dynéines se déplacent vers l'extrémité (-) (centre cellulaire / centrosome).

Quel est le rôle des chromokinésines lors de la mitose ?

Fixées sur les bras des chromosomes, elles se déplacent vers le pôle (+) des microtubules polaires pour amener et maintenir les chromosomes sur la plaque équatoriale.

De quoi est constitué le centrosome (MTOC) des cellules animales ?

D'une paire de centrioles perpendiculaires (centrioles père et fils) entourée d'une matrice péricentriolaire riche en anneaux de $\gamma$-tubuline ($\gamma\text{-TuRC}$).

Quelle est la structure interne d'un centriole ?

Une structure cylindrique formée de $9$ triplets de microtubules stabilisés par des liaisons protéiques en rayons de roue et des liaisons entre les MT A et MT C.

À quelles étapes du cycle cellulaire se déroulent la séparation des centrioles et la formation des procentrioles ?

La séparation débute à la fin de la phase G1, et la synthèse des procentrioles s'effectue durant toute la phase S.

Quelle est l'organisation structurale de l'axonème des cils et des flagelles représentée sur ce schéma ?

Un cylindre de $9$ doublets périphériques ($13+10$ protofilaments) avec bras de dynéine ciliaire et liens de nexine, entourant $1$ doublet central ($13+13$ protofilaments) relié aux doublets par des bras rayonnants.

Que devient le microtubule C à la jonction entre le corpuscule basal et l'axonème d'un cil ?

Au niveau de la plaque ciliaire, le MT C s'écarte en « pétale de marguerite » pour l'ancrage membranaire; il est donc absent de l'axonème.

Quelle structure sert de centre initiateur à l'axonème du spermatozoïde à la place du corpuscule basal ?

Le centriole distal situé au niveau du col.

Quelle est la composition de la pièce intermédiaire du flagelle du spermatozoïde ?

Elle contient l'axonème au centre, $9$ fibres denses externes et une gaine de mitochondries (manchon mitochondrial).

Quelle est l'origine moléculaire du syndrome de Kartagener et quelles en sont les conséquences cliniques ?

Une mutation du gène de la dynéine entraînant l'absence de bras de dynéine ciliaire, ce qui provoque une immobilité ciliaire/flagellaire (stérilité masculine et bronchites/sinusites chroniques).

Par quel mécanisme les alcaloïdes de pervenche (vinblastine, vincristine) et le taxol bloquent-ils la mitose ?

La vinblastine/vincristine empêche la polymérisation des dimères de tubuline, tandis que le taxol stabilise excessivement les microtubules et empêche leur dépolymérisation.