STAGE DE PRÉ-RENTRÉE (SPR) Matière : Biologie Cellulaire Cours du jour : Introduction Date du cours : 27/08/2019 Un diapo du Tutorat Santé PSA

Introduction… -Biologie cellulaire -Histologie L’UE2: 62H de cours + 22H de TD répartis en 4 sous matières: -Biologie cellulaire -Histologie -Biologie De la Reproduction (BDR) -Biologie Du Développement Animal/Humain (BDA/BDH) La Biologie Cellulaire: 24/64 QCMs de l’épreuve d’UE2 (globalement) QCM de cours (Restitution du cours simple) QCM d’exercices (parfois aussi il faut réfléchir pour cocher ;)) Les TD sont importants pour bien comprendre le cours et développer certaines techniques non décrites en cours => il faut y aller ++ La BioCell: matière importante/coef important pour des points pas si durs à avoir Travail régulier, attention de ne pas oublier le biocell apres l’arrivée de l’histo/BDR/BDD

Pendant le stage… Au programme 5 chapitres (aperçu du programme, non complet): Introduction à la biologie cellulaire Le noyau Le cytosquelette Jonctions cellules-cellules et cellules-matrice Introduction à l’histologie Déroulement de la séance: - Correction des exercices de la séance précédente - Cours du jour -Pause gouter/Discussion avec le, la ou les profs

GÉNÉRALITÉS

Notion d’échelles Un être humain peut être décrit comme une somme de systèmes, chacun composé d’organes eux-mêmes composés de tissus composés de cellules etc

Objectifs de l’UE1 et l’UE2 Comprendre comment, à partir de molécules inertes, on arrive à la vie L’objectif de la biologie cellulaire est de connaître la forme, les propriétés et les fonctions des cellules et de leurs composants, ainsi que les interactions entre les cellules et leur environnement

Définition (par cœur!) La cellule est la plus petite unité capable de manifester de manière autonome les propriétés du vivant. Toute cellule provient d’une autre cellule. Elle croit, se multiplie et meurt. Elle synthétise l’ensemble de ses constituants en utilisant les éléments du milieu extracellulaire. 🡺 Tout objet vivant est composé de cellules !

Un virus est-il une cellule? NON, NON, NON ET NON !!!! Un virus a besoin d’un organisme vivant (un hôte) pour se développer. Il n’est donc pas autonome (pensez à la définition)! Virus = pas de capacités autoréplicatives

Les Propriétés du vivant Haut degré de complexité et d’organisation des biomolécules. Extraction, transformation et utilisation de l’énergie de l’environnement. Capacité d’auto-réplication et d’auto-assemblage 🡺 C’est la propriété princeps du vivant. Molécules chimiques bien moins complexes avec un registre limité de molécules Nutriments, énergie solaire… 4 classes de molécules inanimées: acides nucléiques, protéines, lipides, glucides –> assemblage, matrice, réplication

2 grandes classes de cellules Les procaryotes Pas de noyau (mais de l’ADN) Version primitive Les bactéries… Les eucaryotes Un noyau (sauf exception) Version plus élaborée Cellules végétales, animales… Les cellules sont rarement isolées !

Le corps humain contient: Cent mille milliard de cellules! (1014) Environ 1015 bactéries Plus de 200 types cellulaires 🡺 Donc plus de bactéries que de cellules!

Organisation générale Essayer de définir les rôles de chacun des organites présent + bien préciser cytoplasme = cytosol + organites. Mito : synthèse ATP, fournit l’énergie Ribosome : synthèse protéines Desmos : liaison intercellule etc… Lire commentaires

OUTILS D’ÉTUDE Attirer leur attention sur les outils en plus à la fin du poly pour les ED, car c’est rempli de précision sur les outils par rapport au cours

Un peu d’histoire 1665: Robert Hooke observe pour la première fois une cellule au microscope XIXe siècle: la théorie cellulaire est développée par Schwann et Schleiden 1665 = 17eme siècle

Microscopie photonique Résolution maximale : environ 200 nm (c’est mille fois plus que l’œil qui a seulement 200 micromètres de résolution max) Ce qu’on peut observer: cellules animales, bactéries, noyau cellulaire, éventuellement mitochondrie. Cellule animale : 10 à 30 μm (même s’il y a des exceptions) Bactérie: 1 à 5 μm (les mitochondries font environ cette taille) Donc si on observe un ribosome ou un virus… ce N’EST PAS de la microscopie photonique (sauf si ces éléments ont été préalablement marqués et/ou colorés et que l’on observe un amas).

Microscopie photonique à fond clair La lumière traverse l’objet biologique et passe dans une lentille grossissante, ce qui permet de former une image grossie dans les occulaires 2 variantes de ce microscope : microscopes à contraste de phase et microscope à contraste d’interférence différentielle.

Microscopie photonique à fluorescence Fluorescence naturelle. Association de protéines fluorescentes. Marquage par des fluorochromes : molécules émettant une lumière (de longueur d’onde définie) lorsqu’elles sont excitées par certaines longueurs d’onde. Repérage sélectif de certains éléments dans une cellule grâce à cette technique. DAPI Fluorescéine Rhodamine Lumière d’excitation UV Bleue Verte Émission Bleu Rouge Rhodamine 🡪 Rouge Fluorescéine : fluorescence (on pense à quelque chose de vert)

Microscopie photonique à fluorescence Ca donne en général des jolies images! DAPI (bleu) 🡪 colore l’ADN (donc les noyaux, et des fois, les mitochondries) Faire participer : demander ce qu’on voit, et grâce à quel fluorochrome

Microscopie confocale à balayage laser C’est une technique qui permet de faire des plans de coupe d’une cellule = reconstitution 3D

Microscopie électronique Résolution : de l’ordre de l’Angström (0.2 nm, soit 1000 fois supérieure à la microscopie photonique) Ce qu’on peut observer: organites cellulaires, virus voire même atome! Les cellules sont fixées => elles ne sont plus vivantes (donc pas de vidéos pour observer des déplacements!) Pas de couleurs! Le microscope électronique marche grâce à un flux d’électrons (tout en noir et blanc)

Microscope électronique à transmission Image en 2D On voit en général facilement les organites intracellulaires On peut observer le noyau (avec le nucléole..)

Microscope électronique à balayage Image en 3D, balayage de la surface Il est très important de savoir différencier MET et MEB, ce sont des points faciles au concours !

Techniques de marquage Immunofluorescence 2 méthodes : Méthode directe : le marqueur est fixé directement sur l’anticorps utilisé Méthode indirecte : on utilise un deuxième anticorps dit secondaire qui possède le marqueur et qui se fixe à l’anticorps primaire : on a une amplification du signal (méthode fréquemment utilisée)

Un anticorps comporte : 4 chaines polypeptidiques (2 lourdes, 2 légères) 2 sites de liaison à l’antigène au niveau de la région variable de nombreux sites caractéristiques de l’espèce

Techniques de marquage Immunofluorescence (MP) Méthode indirecte Injection dans la cellule d’anticorps : fixation sur l’élément d’intérêt pour observation (par exemple des filaments du cytosquelette), de manière spécifique => chaine légère de l’anticorps ne reconnait qu’un antigène spécifique. On injecte ensuite un autre anticorps (2) dirigé contre l’anticorps 1. L’anticorps 2 est marqué à l’aide d’un fluorochrome 🡺 Amplification du signal.

Techniques de marquage Immunofluorescence (MP) Les deux anticorps sont produits par des espèces différentes Anticorps 1 (produit par espèce 1) => cible l’élément à visualiser chez l’espèce X Anticorps 2 (produit par espèce 2) => cible l’anticorps 1 Les cellules ne sont pas vivantes!! (pour introduire les anticorps, on a du perméabiliser la membrane) On utilise un microscope photonique (on cherche à voir en couleurs!) Les anticorps viennent chacun d’une espèce différente comme 1- Lapin, 2-Chameau

Techniques de marquage Immunohistochimie (MP/MET) C’est le terme qui regroupe toutes les techniques qui utilisent des anticorps pour une observation microscopique. L’immunofluorescence en fait partie. Par exemple, on peut utiliser des anticorps couplés à des billes d’or et donc observer une image en microscopie électronique, ou des anticorps couplés à des enzymes qui catalysent la production de couleur. Bille d’or en MET

Accès à la dynamique cellulaire On cherche à observer une évolution (par exemple la localisation d’une protéine en fonction du temps) 🡺 La cellule doit être vivante! (sinon ça bouge pas) On va insérer dans la cellule un plasmide. La cellule va incorporer le plasmide dans son ADN et va transcrire/traduire la protéine qui sera fluorescente. ADN circulaire contenant le gène codant pour la protéine que l’on souhaite observer couplé à un gène codant pour une protéine naturellement fluorescente (dans ce cas) Comme la cellule doit être vivante, on oublie tout ce qui est microscopie électronique et immunofluorescence, on rappelle que ces techniques TUENT la cellule ! A l’inverse, l’insertion d’un plasmide conserve l’integrité de la cellule

Accès à la dynamique cellulaire Pour introduire le plasmide, il existe trois méthodes. Dans tous les cas, on ne perméabilise pas (on ne casse pas) la membrane cellulaire. La cellule reste donc vivante (en pratique, il faut faire beaucoup de fois la manipulation car la membrane cellulaire est fragile et beaucoup de cellules ne survivent pas). Electroporation : un choc électrique perméabilise transitoirement la membrane plasmique Transfection : le plasmide est incorporé dans un liposome qui fusionne avec la membrane de la cellule, et qui rentre ensuite dans la cellule, puis dans le noyau

Accès à la dynamique cellulaire On observe ensuite l’évolution de la fluorescence en vidéo-microscopie. https://www.youtube.com/watch?v=P7m3WfzgZdI Vidéo-microscopie d’une mitose : https://www.youtube.com/watch?v=P7m3WfzgZdI

Le western blot

Le western blot C’est une technique de biologie moléculaire permettant la détection et l’identification de protéines spécifiques dans un échantillon biologique On isole l’échantillon biologique (par exemple du sérum), puis on sépare les protéines par électrophorèse Puis on utilise des anticorps spécifiques de la protéine recherchée et couplés à un marqueur pour détecter la protéine sur le gel

Révisions A quels types de microscopie correspondent ces photos? MET

Révisions A quels types de microscopie correspondent ces photos? Que représente le marquage bleu? Donner les noms des différents fluorochromes utilisés. Microscope photonique à fluorescence Vert: fluorescéine Rouge: rhodamine Bleu: DAPI => un marqueur classique de l’ADN donc du noyau!

Révisions A quels types de microscopie correspondent ces photos? Que représente cette image? MET Mitochondrie

Révisions A quels types de microscopie correspondent ces photos? Microscopie photonique

STAGE DE PRÉ-RENTRÉE (SPR) Matière : Biologie cellulaire Cours du jour : Le Cytosquelette Date du cours : 27/08/2019 Un diapo du Tutorat Santé PSA

Présentation Forme la charpente de la cellule Composé de 3 types de filaments: Les Filaments intermédiaires Les Microfilaments d’actine Les Microtubules

Organisation au sein de la cellule. Microfilaments : distribution périphérique, sous-corticale Microtubules : rayonnent du noyau (accrochés au centrosome) vers la périphérie Filaments intermédiaires : de la périphérie vers le centre

Organisation au sein de la cellule

/!\ ATTENTION /!\ Ne vous faites pas avoir sur une confusion Microfilaments/ Filaments Intermédiaires (ça arrive souvent en lisant un peu trop vite) Microfilaments = ACTINE FI = Kératine, vimentine …

Filaments Intermédiaires

Structure Structure fibreuse, creuse, résistante et compacte de 10 nm de diamètre. Association de monomères selon le schéma suivant : 1 mono + 1 mono = 1 Dimère 2 Dimères = 1 Tétramère 2 Tétramères = 1 octamère (8 mono) 8 octamères en tube creux = 1 Filament intermédiaire. Soit au total 64 mono pour un FI de base.

Fonctions et Localisation Présents dans toutes les cellules mais fonctions et localisations différentes selon le type de monomère utilisé. Importante fonction structurale en général car ce sont les composants de cytosquelette les plus résistants à la déformation. Rôle cellulaire et tissulaire (plus grande échelle) car permet les jonctions (cf : cours interactions cellulaires) Par exemple les kératines permettent aux cellules épithéliales de rester accrochées entre elles par l’intermédiaire des desmosomes. Tandis que les neurofilaments assurent la continuité et l’élasticité neuronale.

Composition Il y a plusieurs grandes familles de monomères: Kératines (+++) -> Cellules épithéliales en général. Vimentine -> Cellules d’origine endodermique (cf: embryo). Disparues à l’âge adulte, permettent de déceler un cancer si la cellule régresse. Protéines du neurofilament -> cellules nerveuses. Lamines Nucléaire -> Face interne de l’enveloppe nucléaire pour résistance et ancrage de la chromatine.

Microtubules

Structure et composition Tube creux de 25 nm Deux monomères semblables : Tubuline α Tubuline β contenant un GTP échangeable

Assemblage - Asymétrie L’assemblage des microtubules est asymétrique: Extrémité plus: vitesse de croissance plus élevée située à la périphérie de la cellule Extrémité moins: vitesse de croissance moins élevée attachée au centrosome, plus au centre

🡺 Il supporte l’asymétrie des MT. Centrosome Centrosome : organite de la cellule dont le rôle est d’être le centre nucléateur des MT. 🡺 Il supporte l’asymétrie des MT. Les MT(-) sont enchassés dans le centrosome permettant ainsi de les stabiliser par le coté(-) réduisant ainsi leur dépolymérisation, et leur offrant une très grande dynamique. De par son rôle dans le circuit des MT, et par le rôle des MT que l’on verra plus tard, le centrosome est le principal centre organisateur du cytosol.

Assemblage - Processus Ajout au fur et à mesure de tubuline Une hydrolyse du GTP en GDP intervient peu de temps après l’association du dimère au polymère Côté -, le GTP a le temps d’être hydrolysé en GDP Côté +, le GTP n’a pas le temps d’être hydrolysé La forme « tubuline-GDP » est moins stable 🡪 tendance à se dépolymériser Asymétrie de croissance : due à des changements conformationnels des sous-unités lorsqu’elles entrent dans le polymère

Assemblage - Cc Si forme GTP suffisante dans le milieu, alors ajout de tubuline plus rapide que l’hydrolyse 🡺 croissance du microtubule et formation d’une coiffe GTP sur l’extrémité (+) 🡺 stabilisation des extrémité + et donc croissance plus rapide Si forme GTP insuffisante : Diminution rapide, “catastrophe” = perte de la coiffeGTP. Réaugmentation de la concentration de forme GTP : récupération de la coiffe et croissance : “sauvetage”. Tout est une question d’équilibre entre la vitesse de polymérisation de la forme GTP (dépend de [GTP]) et de la vitesse d’hydrolyse du GTP une fois dans le MT puis de sa dépolymérisation. Croissance = Polymérisation > Dépolymérisation

/!\ Piège classique /!\ « L’extrémité - des MT dépolymérise tandis que la + polymérise. » FAUX, ARCHI FAUX!!! Les deux peuvent à la fois polymériser et dépolymériser, ça dépend des situation. En revanche, l’extrémité - polymérise en général moins vite que la +.

Drogues Toutes ces drogues ont des effets néfastes au bon déroulement de la vie d’une cellule.

Protéines associées Régulatrices: Motrices: Connexions entre les MT (créer un réseau dans la cellule pour faciliter le trafic intracellulaire) Stabilisation des extrémités (ralentit la dépolymérisation, favorise la nucléation.) Créer un lien entre les MT et les organites (pour les positionner dans la cellule) ou les éléments à transporter 🡪 Fonction d’organisation de la cellule Motrices: Kinésines (- vers +) Dynéines (+ vers -)

Fonction de Transport Les kinésines et les dynéines sont des moteurs moléculaires. Leur fonctionnement nécessite de l’énergie apportée par l’hydrolyse de l’ATP.

Moteurs Moléculaires Sens antérograde - vers + : kinésines (mnémo : K+) Sens rétrograde + vers - : dynéines (mnémo dynéine descend vers le centre) Ces 2 protéines peuvent porter sur leur dos différents chargements allant des vésicules, ARNm aux virus et chromosomes. Grâce à ces 2 protéines, les MT jouent le rôle majeur dans le trafic intracellulaire.

Microfilaments d’Actine (MF)

Les Microfilaments Monomères d’actine (possèdent un ATP échangeable) Chaque monomère d’actine possède une extrémité + et une extrémité - Assemblage similaire à celui des microtubules : polymérisation et dépolymérisation aux deux extrémités. 🡺 L’addition est plus rapide à l’extrémité + Lorsque l’association et la dissociation aux deux extrémités se fait à la même vitesse, la longueur du filament reste constante mais celui-ci se déplace en glissant : c’est le « treadmilling » Forme un tube plein, de 8 nm

Drogues Cytochalasines : se fixent à l’extrémité + et bloquent la polymérisation Phalloïdine : se fixent sur le filament et bloquent la dépolymérisation

Protéines d’Homéostasie

Protéines d’organisation

Protéines Motrices

Fonctions Structurale: création et maintien de certaines structures cellulaires Motrice: motilité = formation de fibres de stress : (filopode + plaque d’adhésion focale) Comète d’actine La fonction est en général liée aux protéines associées (la myosine pour le transport par exemple).

Récapitulons …