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JONCTIONS, ADHÉSION, MATRICE EXTRA CELLULAIRE. 2 Plan I – Jonctions cellulaires II – Adhésion cellulaire III – Matrice extra-cellulaire IV – Intégrines.

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1 JONCTIONS, ADHÉSION, MATRICE EXTRA CELLULAIRE

2 2 Plan I – Jonctions cellulaires II – Adhésion cellulaire III – Matrice extra-cellulaire IV – Intégrines

3 3 III - LA MATRICE EXTRA CELLULAIRE

4 4 Définition Tissu = cellules + espace extra cellulaire Rempli de macromolécules = matrice extra cellulaire –Protéines –Polysaccharides réseau en contact intime avec la surface des cellules

5 5 Fig Cellules entourées de matrice extra cellulaire (bourgeon de membre)

6 6 Généralités Jonctions tissus épithéliaux Matrice extra cellulaire tissus conjonctifs –MEC > cellules – propriétés physiques des tissus –Quantités très variables Cartilages, os +++ Cerveau

7 7 Fig Tissu conjonctif sous-jacent à un épithélium

8 8 Les différents types de tissus conjonctifs Calcifiés : os, dents … Transparents : cornée Câble : tendon Lame basale...

9 9 Rôles Pendant longtemps : charpente inerte Actuellement : actif et complexe régulation du comportement de la cellule en contact –Survie –Développement –Migration –Prolifération –Forme –Fonction

10 10 Propriétés Composition moléculaire complexe Incomplètement connue Origine très ancienne Présent dans tous les êtres pluricellulaires –Cuticule des vers et des insectes –Coquilles des mollusques –Parois des cellules végétales

11 11 Plan 1.Constituants du tissu conjonctif 2.Substance fondamentale a)Glycosaminoglycannes b)Protéoglycannes 3.Collagènes 4.Élastine 5.Fibronectine 6.Matrice extra cellulaire cytosquelette a)Action de la cellule sur la matrice extra cellulaire : régulation de lassemblage des fibrilles de fibronectine par les filaments dactine intracellulaires b)Action de la matrice extra cellulaire sur la cellule : guidage de la migration cellulaire par les glycoprotéines de la matrice 7.Lame basale 8.Matrice extra cellulaire comportement de la cellule 9.Dégradation de la matrice extra cellulaire et migration

12 Élastine

13 13 Tissu élastique Peau Vaisseaux Poumons indispensable à la fonction Dû à la présence dun réseau de fibres élastiques dans la matrice extra-cellulaire Les fibres élastiques sont au moins 5 fois plus élastiques quun bracelet caoutchouc Présence de collagène associé pour limiter lextension et éviter le déchirement des tissus

14 14 Colorations des fibres élastiques Le réseau élastique du derme et de l'hypoderme est mis en évidence en microscopie optique après colorations spéciales. L'ensemble du réseau est visualisé –après coloration par l'hématoxyline ferrique (coloration de Verhoeff) –ou oxydation à l'oxone, suivie d'une coloration par l'orcéine ou la fuchsine-résorcine (coloration de Weigert). En l'absence d'oxydation avant ces deux dernières colorations, seule une partie du réseau élastique est visible. –les fibres seulement visibles après oxydation à l'oxone suivie d'une coloration à l'orcéine (ou la fuschine-résorcine) sont dites fibres oxytalanes. –les fibres élastiques colorées par l'orcéine ou la fuschine-résorcine sans oxydation préalable, correspondent aux fibres élastiques matures. Elles s'intercalent entre les fibres de collagène, mais sont beaucoup plus fines.

15 15 Orcéine (fibres élastiques)

16 16 Des fibres élastiques morphologiquement bien différentes...

17 17 Fig (A) Aorte de chien (B) Fibres longitudinales à fort grossissement Tout a été digéré par des enzymes et de lacide formique

18 18 Fibres élastiques

19 19 Organisation des fibres élastiques au niveau tissulaire (aorte) chez les souris fibuline-5+/+ et les souris fibuline-5-/-. Les fibres élastiques des artères sorganisent en lames entre lesquelles salignent les cellules musculaires lisses. Chez les souris dont le gène codant pour la fibuline-5 a été invalidé, les lames élastiques sont altérées; la fragmentation des lames élastiques est plus intense du coté adventitiel que du coté intimal

20 20 Elastin biosynthesis: The missing link in tissue- engineered blood vessels Cardiovascular Research (1):40-49 Alpesh Patela, Benjamin Finea,1, Martin Sandigb and Kibret Mequaninta (A) The structure of blood vessels showing the three tunics. (B) The distribution of elastin within the vessel wall is shown for a –muscular artery (left) and –elastic artery (right);.

21 21 Tissu élastique Principal composant de la matrice extra cellulaire des artères 50 % du poids sec de laorte 2 composants a - Élastine b - Microfibrilles

22 22 a - Élastine

23 23 Fibres élastiques Élasticité des tissus Tropoélastine Élastine

24 24 Les réseaux élastiques se composent des fibres élastiques, qui contiennent la tropoélastine, les microfibrilles et du MAGP.

25 25 Élastine Principale protéine du tissu élastique Très hydrophobe 750 acides aminés Riche en proline et glycine (comme le collagène) Mais pas glycosylé ( collagène) Contient de lhydroxyproline Mais ne contient pas dhydroxylysine Contient de la desmosine et isodesmosine

26 26 Desmosine C 24 H 40 N 5 O 8 4-(4-Amino-4-carboxybutyl)- 1-(5-amino-5-carboxypentyl)- 3,5-bis(3-amino-3- carboxypropyl)pyridinium Acide aminé rare trouvé dans lélastine, constitué par la condensation de 4 molécules de lysine en un anneau pyridinium Isodesmosine

27 27 Élastine Alternance de courts fragments le long de la chaîne polypeptidique –Segments hydrophobes responsables des propriétés élastiques de la molécule –Hélices riches en Ala et Lys qui servent à former les liaisons entre les molécules adjacentes Chaque segment est codé par un exon

28 28 Debelle,L1999 (fig6) The structures of elastins and their function. Biochimie ;81(10): Modèle moléculaire simplifié délastine hydratée. En haut : Chaque molécule de tropoélastine (le cercle du bas) possède une zone de plis bêta. Les hélices alpha sont à la surface de la molécule et permettent la polymérisation. Les régions hydrophobes consistent en une alternance de conformations ordonnée et désordonnée. On trouve les molécules deau (W) à la surface et dans les monomères. Ces molécules deau avec les molécules solubles (B) donnent laspect dynamique à lélastine. Le dessin est une image instantanée En bas : représentation dune petite partie du réseau tridimensionnel délastine. Les molécules globulaires de tropoélastine (les cercles) sont disposées de façon régulière. Elles sont liées de façon covalente les unes aux autres par des liaisons intermoléculaires (X). On trouve des molécules solubles (B) dans les espaces

29 29 Schematic representation of the classical model of elastogenesis. Tropoelastin is transcribed in mammals from a single gene and alternatively spliced in the nucleus. (A) Following translation and signal sequence cleavage, tropoelastin associates with EBP and FKBP65 in the rough endoplasmic reticulum. The tropoelastin-EBP complex then moves through the Golgi and is secreted to the cell surface. (B) Secreted tropoelastin is oxidized by a member of the lysyl oxidase family and tropoelastin associates with the microfibrils and with other tropoelastin molecules through coacervation to generate the nascent elastic fiber. (C) Continued secretion, oxidation, and depositing of tropoelastin occupy the bulk of elastin synthesis. The diagram is not drawn to scale. EBP, elastin binding protein; FKBP65, 65-kDa FK506 binding protein; MAGP, microfibril associated glycoprotein; LTBP, latent transforming growth factor _-binding protein; MFAP, microfibril associated protein; LOXL, lysyl oxidase like.

30 30 ELASTIN By SUZANNE M. MITHIEUX AND ANTHONY S. WEISS Advances In Protein Chemistry Vol. 70 p437 Structure des domaines de la tropoélastine humaine La tropoélastine humaine consiste en 34 domaines et est dominée par une alternance de régions hydrophobes et de régions à liaisons croisées.

31 31 Élasticité de lélastine

32 32 Hypothèses sur lélasticité Conformation enroulée au hasard comme dans le caoutchouc : cest le hasard qui est à lorigine de létirement et du retour Autres hypothèses ?

33 33 Fig Étirement d'un réseau de molécules d'élastine –Liaisons covalentes –Il y a étirement contraction de chaque molécule par enroulement au hasard

34 34 Debelle, L1999(Fig2) The structures of elastins and their function. Biochimie ;81(10): Aspect dynamique de lélastine Glissement rotation dans le peptide protégé GVGGL pris comme exemple La rotation peut se faire –Soit entre Gly4(NH) et Gly1(CO) (à gauche) –Soit entre Leu5(NH) et Val2(CO) (à droite) –Ce qui implique le glissement dun résidu vers lextrémité –C Tous les intermédiaires existent entre ces deux extrêmes et ils sinterconvertissent en permanence Représente la base de lentropie intrinsèque de lélastine Cette entropie est considérablement accrue par leau car car le solvant augmente considérablement la mobilité conformationnelle

35 35 b - Microfibrilles Diamètre de 10 nm Nombreuses glycoprotéines –Fibrilline –Autres… Servent à lassemblage des fibres élastiques Forment une charpente où se déposent les molécules délastine

36 36 Fibrilline Glycoprotéine Se lie à lélastine

37 37 Fibrillin [Substance Name] From ATP-ascorbic acid-extracted vertebrate muscle residue; Filaments measure about 4nm in diameter; RefSeq –NM_ (Fbn1, mouse); –NM_ (Fbn1, rat); –NM_ (FBN1, human); –NM_ (Fbn2, mouse); –NM_ (Fbn2, rat); –NM_ (FBN2, human) Date introduced: July 22, 1985

38 38 Cell to cell contact and extracellular matrix Ioannis Vakonakis and Iain D Campbell Current Opinion in Cell Biology Volume 19, Issue 5, October 2007, Pages Proposed model of fibrillin microfibrils (a) Rotary shadowed micrographs of guanidine-extracted microfibrils show characteristic repeats of approximately 57 nm (indicated by arrows) (b) A possible model of microfibril structure involves staggered, parallel molecules of fibrillin-1 with the N- terminal halves on the outside of the microfibril and C- terminal halves in the core. Individual fibrillin molecules extend over multiple sequential microfibril repeats. Antibody epitopes (mAb 26, mAb 201, and mAb 69) are labeled, and major collagenase cleavage sites are marked with arrows.

39 39 Chiu-Liang Kuo, Zenzo Isogai, Douglas R. Keene, Noriko Hazeki, Robert N. Ono, Gerhard Sengle, Hans Peter Bächinger, and Lynn Y. Sakai Effects of Fibrillin-1 Degradation on Microfibril Ultrastructure J. Biol. Chem., Vol. 282, Issue 6, , February 9, 2007 Proposed model of microfibrils with intact fibrillin-1 molecules. Fibrillin-1 molecules are staggered with N- terminal halves on the outside of the microfibril and C- terminal halves forming the core of the microfibril (A). This model was suggested by the rotary shadowed images of guanidine-extracted microfibrils (micrograph in A). Epitopes of mAb 26, mAb 201, and mAb 69 are labeled, and the major collagenase cleavage sites are marked with arrows (A). Measurements are those of Baldock et al. (16). After collagenase digestion, the outer filaments are lost and a core structure is revealed (B). B, arrows mark a potential collagenase cleavage site that may or may not be utilized. Microfibrils extracted from tissues remained connected, indicating the presence of cross-links. In contrast, microfibrils extracted from cell cultures could be cleaved into small clumps with few beads (C), indicating that cross-links were not formed by these cell cultures. D, intramolecular pleating model (16, 17) is shown with epitopes for mAb 26, mAb 201, and mAb 69 marked on the fibrillin molecules. Antibody epitopes recognized by mAb 26, mAb 201, and mAb 69 have been refined since they were previously used to map epitopes on microfibrils (3). The positions of these antibodies mapped to the beaded microfibril are shown in A (3). Comparison of antibody positions on microfibrils (shown in A) with D, the intramolecular pleating model, in both the unextended and extended versions, indicates that the intramolecular pleating model is not consistent with microfibril mapping studies.

40 40 Dirk Hubmacher, Kerstin Tiedemann and Dieter P. Reinhardt Fibrillins: From Biogenesis of Microfibrils to Signaling Functions Current Topics in Developmental Biology Volume 75, 2006, Pages Structure modulaire des membres de la famille de la fibrilline/LTBP (Latent TGF-β–Binding Proteins) humaine. Les numéros au dessus de la fibrilline-1 indiquent le nombre relatif de domaines cbEGF (calcium binding EGF) de la molécule. Pour simplifier on nindique que le plus long variant après épissage de chaque LTBP et on a omis dans les noms les suffixes relatifs aux variants dépissage. La barre rouge indique une région de la fibrilline-1 où des mutations conduisent souvent à la forme grave du syndrome de Marfan néonatal. Les astérisques indiquent les sites de liaison de LTBP à SL-TGF-.

41 41 Élastogenèse

42 42 Tropoélastine Précurseur de lélastine Soluble Sécrétée dans lespace extra cellulaire Assemblée en fibres élastiques près de la membrane plasmique (dans des replis) Les molécules de tropoélastine établissent des liaisons entre elles (par les lysines) réseau de fibres et de lames (comme pour le collagène)

43 43 1.La synthèse des fibres élastiques commence par la synthèse et lorganisation, dans lespace extracellulaire, des glycoprotéines de structure, fibrillines et microfibrillar-associated glycoproteins, produits des gènes FBN 1, FBN 2, MFAP 1 et MFAP2. 2.Ces glycoprotéines de structure constituent une charpente sur laquelle se déposent les molécules de tropoélastine, molécules qui sont « chaperonées » par le variant court (S-Gal) de la β- galactosidase au cours de leur transit intracellulaire et de leur sécrétion. 3.Dans lespace extracellulaire, les molécules de tropoélastine sont liées les unes aux autres lors de la formation des acides aminés de pontage, formation catalysée par une lysyl oxydase (LOX) ou une « lysyl oxydase-like » (LOXL-1 à 4). 4.La liaison des fibres élastiques aux cellules via la fibuline-5 induit lorganisation optimale des fibres élastiques dans les tissus (étape 4) Organisation des fibres élastiques au niveau moléculaire.

44 44 Schéma du dépôt de lélastine. Juste après sa traduction, la molécule de tropoélastine est capturée par sa chaperone dans le réticulum endoplasmique granulaire. Cette association qui empêche lagrégation prématurée de la tropoélastine se poursuit dans le Golgi jusquà lexcrétion du complexe. Dans lespace extra cellulaire, le complexe se localise à la surface de la cellule. Quand elle arrive en contact avec une fibre élastique naissante, la chaperone interagit avec des galactoses du composant microfibrillaire conduisant à la libération de la molécule de tropoélastine. Pendant le recyclage de la chaperone la molécule de tropoélastine saligne correctement et est immédiatement modifiée par une lysyl oxydase. Elle est enfin incorporée dans le réseau élastique grâce à une polymérisation irréversible. Donc lélastine croît à lintérieur du réseau microfibrillaire

45 45 Dirk Hubmacher, Kerstin Tiedemann and Dieter P. Reinhardt Fibrillins: From Biogenesis of Microfibrils to Signaling Functions Current Topics in Developmental Biology Volume 75, 2006, Pages Étapes de lassemblage de la fibrilline dans les microfibrilles. Les cellules mésenchymateuses syntétisent et sécrètent les fibrillines. La maturation des extrémités par des proprotéines convertases se fait pendant ou juste après la sécrétion. Il se peut que les molécules matures agissent avec des protéoglycannes de la surface cellulaire (en jaune) ou des intégrines (en rouge) pour effectuer un alignement à une concentration correcte. Lautoassemblage des extrémités –N et –C est suivi de la formation de liaison inter moléculaires par une réaction médiée par une transglutaminase avec réduction ou pas de ponts disulfures. Il est probable que lélongation se fait par les parties centrales des molécules de fibrilline conduisant à la formation dun réseau de fibrilline visible en immunofluorescence. Dautres composants des microfibrilles interviennent dans laction de ce réseau. La suite de la maturation conduit à la formation de microfibrilles en « collier de perles » et finalement aux microfibrilles tissulaires.

46 46 Maladies Mutations dans le gène de lélastine Rétrécissement de laorte Par prolifération excessive des cellules musculaires Mutation dans le gène de la fibrilline syndrome de Marfan Altération des tissus riches en fibres élastiques Risque de rupture daorte

47 47 Tableau récapitulatif des gènes mutés connus à ce jour dans les maladies des fibres élastiques :

48 48 Les protéines non collagéniques (adhésives) Nombreux domaines Ayant chacune un site de liaison spécifique –Avec dautres molécules de la matrice extra- cellulaire –Avec des récepteurs de la surface des cellules Organisent la matrice Aident la fixation des cellules La fibronectine : la première à être caractérisée La laminine (sera vue avec la lame basale)

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