CYTOSQUELETTE - Acte II -

LES MICROFILAMENTS d’ACTINE 1 – RECONNAISSANCE 2 – MISE EN ÉVIDENCE 3 – CONSTANCE 4 – DÉFINITION 5 - MICROSCOPIE PHOTONIQUE 6 - MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE 7 - POLARISATION du MICROFILAMENT 8 - BIOCHIMIE de l’ACTINE 9 – PROTÉINES SE FIXANT à L’ACTINE 10 - PONTAGE DES MF D’ACTINE à LA MEMBRANE PLASMIQUE 11 - PROTÉINES MODIFIANT LES MICROFILAMENTS D’ACTINE 12 - LES PETITES PROTÉINES G 13 - MOUVEMENTS AMIBOÏDES 14 – APERCU de RÉGULATION

LES MICROFILAMENTS D’ACTINE 1 – RECONNAISSANCE : Dans les cellules musculaires : fin du XIXème siècle… problèmes de fixation Dans les autres cellules : M.E. « récente » (env.1965) 2 – MISE EN ÉVIDENCE Microscopie photonique : Contraste de phase les fibres de tension Techniques d’immunofluorescence avec : Anticorps anti-actine Méromyosine lourde phalloïdine couplés à un fluorochrome Les fibres de tension, les réseaux d’actine Microscopie électronique : Transmission simple Transmission et coloration histoimmunologique Cryodécapage et ultracongélation

3 – CONSTANCE : 4 – DÉFINITION : Présents chez les Métazoaires, les Protozoaires Absents chez les Métaphytes mais présents chez les Protophytes Inconnus chez les Eubactéries chez les Archés (une forme très voisine chez certaines ??) 4 – DÉFINITION : Structures filamenteuses de 7 nm de diamètre homopolymériques polarisées capables de générer des mouvements  par eux-mêmes  grâce à des molécules de myosine Ont avant tout un rôle de rail. Mais peuvent cependant générer des déformations membranaires par leur croissance, peuvent avoir un (discret) rôle de charpente.

5 - MICROSCOPIE PHOTONIQUE : Immunofluorescence La zyxine est une protéine permettant l’insertion des microfilaments d’actine sur la membrane plasmique Actine en rouge. Zyxine en vert Actine en vert. Noyau en rouge Disposition sous la forme de FIBRES de TENSION (cellule immobile) Réseau plus diffus : Cellule faiblement mobile

F Fibres de tension dans une cellule immobile

6 - MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE : Filament apparemment bicaténaire torsadé En fait : monocaténaire

7 - POLARISATION du MICROFILAMENT : Mise en évidence par la méromyosine lourde ATP La méromyosine lourde est la partie de la molécule de myosine qui comporte les têtes responsables de la fixation sur l’actine et de l’hydrolyse de l’ATP. Cette méromyosine est obtenue artificiellement par clivage des dimères de myosine à l’aide d’une enzyme protéolytique, la trypsine. L’autre fragment obtenu est la méromyosine légère. La méromyosine lourde est responsable de la fixation sur l’actine et de l’hydrolyse de l’ATP. La méromyosine légère gouverne l’assemblage des dimères de myosine les uns avec les autres pour former des filaments épais. ADP Échange lent Conséquences : Equilibre dynamique des microfilaments fins: Stock cytoplasmique de monomères important Rotation des MF pouvant être très rapide Possibilité de déplacement (sur d’autres structures, par treadmilling) Contrôle de la croissance

8 - BIOCHIMIE de l’ACTINE : Petite molécule globulaire de 42 kDa de masse moléculaire La plus abondante des protéines solubles cytoplasmiques stock intracytoplasmique de monomères très important Existe dans la cellule sous deux formes : - une forme monomérique Actine G (Globulaire) - une forme polymérique Actine F (Fibreuse) Diverses variétés (codées par 6 gènes) : - 4 variétés d’actines musculaires - 2 variétés d’actines non musculaires Très hautement conservée au cours de l’évolution Possède de très nombreux sites de fixation pour de très nombreuses protéines

Liste malheureusement 9 – PROTÉINES SE FIXANT à L’ACTINE : Liste malheureusement non exhaustive…. Protéines de « fonctions » : troponines, tropomyosines, léiotonines, myosines Protéines d’organisation : Filamine Fimbrine Villine, Fascine Spectrine Réseaux Faisceaux Protéines de liaison : a actinines, Arp, taline, vinculine, protéines ERM, spectrine filamine, fimbrine Protéines de « modification structurale » : profilines, gelsolines, b actinines, dépactines Protéines de séquestration : thymosine, profiline La profilactine peut se fixer sur l’extrémité + des MF et y abandonner sa molécule d’actine car celle-ci porte une molécule d’ATP. oui pas uniquement Toxiques : La phalloïdine Les cytochalasines La latrunculine Fixation sur l’extrémité – Inhibiteur de dépolymérisation Favorise la polymérisation Bloquent la polymérisation

10 - PONTAGE des MF D’ACTINE à LA MEMBRANE PLASMIQUE : Différents systèmes en fonction des cellules considérées: 1 - Dystrophine et fibres musculaires Complexe d’insertion spécifique Fibres et cellules musculaires striées, neurones 2 - Protéines ERM : ezrine, radixine, moesine Se fixent sur la CD44, protéine intégrale membranaire ubiquitaire mais aussi sur des échangeurs ioniques des canaux ioniques des ATPases de type P Portent une séquence consensus commune voisine de la protéine bande 4.1 érythrocytaire De très nombreuses protéines membranaires s’appellent « CD » pour complexe de différenciation : ces protéines constituent dans leur ensemble, par l’intermédiaire des radicaux glucidiques qu’elles portent sur le versant extracytoplasmique, la « carte d’identité » de la cellule. Toutes ces « cartes » sont d’une certaine façon mémorisées par les cellules chargées de la défense de notre organisme, particulièrement les lymphocytes T de telle sorte que les lymphocytes reconnaissent nos propres cellules et ne les détruisent pas. 3 - Protéines fimbrine, a actinine, spectrine, taline, vinculine diverses protéines membranaires intégrales, des intégrines

Volumineuse protéine indispensable à la structuration La DYSTROPHINE Volumineuse protéine indispensable à la structuration - des fibres musculaires - des neurones. Gène unique sur le chromosome X (Xp21 : gène DMD) maladies liées au sexe - myopathie de Duchene - myopathie de Becker Collagène Lame basale Dystroglycanes Laminines Glycoprotéine extracellulaire de 156 kDA permettant la liaison à des protéines de la matrice extracellulaire (laminines &…) a a b Complexe sarcoglycane C Syntrophine N Dimère de dystrophine Gène DMD = Duchene Muscular Dystrophy Actine Segment analogue à l’a actinine : Insertion MF actine 24 répétitions « spectrine-like » Domaine de fixation aux prot. membranaires Myopathie de Duchene Myopathie de Becker Myopathie de Duchene

10 - Pontage des MF d’actine à la membrane plasmique : Différents systèmes fonction des cellules considérées: 1 - Dystrophine et fibres musculaires Complexe d’insertion spécifique Fibres et cellules musculaires striées, neurones 2 - Protéines ERM :ezrine, radixine, moesine Se fixent sur la CD44, protéine intégrale membranaire ubiquitaire mais aussi sur des échangeurs ioniques des canaux ioniques des ATPases de type P Portent une séquence consensus commune voisine de la protéine bande 4.1 érythrocytaire 3 - Protéines fimbrine, a actinine, spectrine, taline, vinculine diverses protéines membranaires intégrales, des intégrines

11 - PROTÉINES MODIFIANT LES MICROFILAMENTS D’ACTINE ATP Profiline + Actine-ADP Profiline-Actine G-ATP ADP Thymosine b -actine ACTINE G + thymosine b Filamine Gelsolines b actinines Filamine DÉPOLYMÉRISANTES Si Ca++ < 10-7 M POLYMÉRISANTES Si Ca++ > 10-7 M Gelsolines b actinines Actine G-ADP ACTINE F a actinines (si Ca++ > 10-5 M) Dépactine fimbrine villine filamine fascine a actinines (si Ca++ < 10-5 M) TROUSSEAUX FAISCEAUX RÉSEAUX

12 - LES PETITES PROTÉINES G GDS = GDP Dissociating Stimulator GDI = GDP Dissociating Inhibitor GTP Petite protéine G GDS + GDI - Chaîne aliphatique (+/-) FORME ACTIVE PROTEINE X INACTIVE GEP GDP / GTP Exchange Protein PROTEINE X ACTIVE Il existe trois variétés de protéines G. 1- les petites protéines G proprement dites. Elles possèdent souvent un segment hydrophobe qui leur permet de s’insérer sur des systèmes membranaires. Lorsque ce segment est masqué, elles sont libres dans le cytoplasme. 2- Les protéines G trimériques sont les protéines qui vont permettre la génération d’un signal intracytoplasmique (AMP cyclique de dérivés du phosphatidyl inositol) à la suite de la fixation d’un ligand sur son récepteur spécifique. Elles sont situées dans la membrane plasmique. 3- Les protéines G de la protéosynthèse enfin apportent l’énergie nécessaire au déroulement de la protéosynthèse au niveau du ribosome. Les familles des Petites Protéines G : Familles Ras : prolifération cellulaire, transferts nucléaires (Ran) en règle, expression des gènes FORME INACTIVE Familles Rab : Transferts vésiculaires, endo et exocytose GAP GTPase Activating Protein Familles Rho, Rac : mobilité, réseau d’actine globalement : morphologie cellulaire

13 - MOUVEMENTS AMIBOÏDES 3 grandes phases : émission d’un pseudopode, d’un filopode adhésion du pseudopode rétraction sur ce pseudopode STADE INITIAL : Cellule fixée au substrat par des plaques d’adhésion PHASE 1 : Emission d’un pseudopode Exocytose antérieure Endocytose postérieure Filaments d’actine en croissance Ajout de monomères - +

Phase 2 : Fixation du pseudopode par formation de nouvelles plaques d’adhésion et disparition des plus postérieures Phase 3 : Rétraction sur les néo-pseudopodes: Intervention : myosines 1 myosines 2 microtubules

Petite protéine G active Cdc42 Petite protéine G inactive Protéine WASP Protéine Arp WASP : Wiskott Aldrich Syndrom Protein Syndrome de déficience immunitaire par défaut de migration des cellules immuno-compétentes En fait : toute une famille de protéine nucléant les filaments d’actine Les protéines Arp : on connaît deux protéines Arp principales, Arp2 et Arp3. Ces deux protéines sont susceptibles de s’associer l’une à l’autre et forment alors une structure qui mime l’extrémité + d’un microfilament. De plus, certaines protéines accessoires sont capables de se fixer sur le complexe Arp2-Arp3, ces protéines ayant la particularité de pouvoir se fixer sur un microfilament d’actine. Ainsi, les protéines Arp sont-elles capables de générer des réseaux d’actine ramifiés car elles permettent la croissance des microfilaments. Petites protéines G intervenant sur l’actine : Familles : Rho : les fibres de tension Rac : les extensions membranaires Cdc 42: les filopodes

14 – RÉGULATION : Extrêmement complexe… Pouvant être très localisée Deux grands niveaux : Au niveau de la globalité de la cellule : Le taux du calcium Contrôle de ce taux : les calmodulines cytoplasmiques les pompes à calcium réticulum endoplasmique mitochondries membranes plasmiques calciosomes les canaux calcium Ponctuellement dans une zone cellulaire : les petites protéines G : Rho , Rac et Cdc42

CYTOSQUELETTE - Acte III -

LES MICROFILAMENTS INTERMÉDIAIRES CYTOSQUELETTE - Acte III - LES MICROFILAMENTS INTERMÉDIAIRES 1- DÉFINITION 2 - CONSTANCE 3 - CONSTITUTION 4 - RENOUVELLEMENT 5 - PROTÉINES de PONTAGES

1- DÉFINITION : 2 - CONSTANCE : Initialement : strictement morphologique Microfilaments de tailles comprises entre 8 et 10 nm d’épaisseur rectilignes non ramifiés porteurs d’une striation périodique 2 - CONSTANCE : Spécifique des Métazoaires (à partir des Nématodes) Quasi ubiquitaires (exceptions : oligodendrocytes, hématies) Absence chez les Métaphytes, les Protophytes Absence chez les Procaryotes - Connus (morphologiquement) de longue date : les TONOFILAMENTS des kératinocytes - Relations étroites avec les systèmes de jonction entre les cellules Biochimie longtemps inconnue : protéines insolubles (ou peu…) protéines diverses homo ou hétéropolymères

PEAU et KÉRATINOCYTES (épithélium malpighien kératinisé) Couche desquamante Couche cornée Couche granuleuse Stratum spinosum Couche germinative Tonofilaments Desmosome

3 - CONSTITUTION Monomère Homodimère ou hétérodimère Tétramère hélice a Monomère Homodimère ou hétérodimère 21 nm Tétramère (non polarisé) Protofilament (association de tétramères) Assemblage de 8 protofilaments : Microfilament intermédiaire Striation périodique d’environ 21 nm Structure beaucoup plus solide et résistante que les MT ou les MF fins

3 - COMPOSITIONS BIOCHIMIQUES Classe 1 Kératines acides Cellules cutanées, phanères Ichtyoses Epidermolyse bulleuse Tonofilaments des desmosomes Classe 2 Kératines neutres Fibroblastes, Cellule de Sertoli Vimentine Leucocytes, Cellules endothéliales Desmine Cellules & fibres musculaires Desminopathies Classe 3 Protéine gliale acide Cellules gliales Périphérine Neurones S.N. périphérique Plasticine Cellules rétiniennes Protéine neurofilamentaire Classe 4 Axones Dendrites Neurones S.N. central des Sclérose latérale amyotrophique Classe 5 Lamines A, B & C Noyaux Progeria Classes 6 & 7 Nestine, tanabine Les kératines sont les protéines les plus insolubles de l’organisme : important de le savoir ?

4 - RENOUVELLEMENT : Structures très stables Pas de pool cytoplasmique soluble Différences +++ avec MT, MF Pas de polarisation Pas de protéine motrice associée Cependant, dépolymérisation possible : phénomènes de phosphorylation Ne sont abondants que dans les cellules différenciées Un seul toxique connu : l’acrylamide (dépolymérisant) Penser à la mitose 5 - PROTÉINES de PONTAGES (IFAPs –Intermediate Filament Associated Protein): Existence de diverses protéines pontant les MFI à d’autres structures : les PLAKINES principalement les plakoglobines la plectrine Des mutations du gène de la plectrine sont responsables d’une pathologie humaine très grave associant une epidermolyse bulleuse (la peau de désagrège en formant des bulles séreuses), une dystrophie musculaire due à la rupture des filaments de desmine et à une neuro dégénérescence par la rupture des neurofilaments. Cette dernière possède des domaines de liaison avec - divers MFI pontage de divers MFI les uns aux autres, - les microtubules, - les microfilaments fins

CYTOSQUELETTE - Acte IV -

Myosine de type 2 : la seule à former des FILAMENTS ÉPAIS Chaîne lourde = 200 kDa Chaînes légères = 16 & 20 kDa charnières 155 nm 10 nm Zone d’interaction avec l’actine ATP Tête S1 Méromyosine légère Méromyosine lourde MONOMÈRE : DIMÈRE : MICROFILAMENT ÉPAIS :

MYOSINES NON CONVENTIONNELLES : 14 types différents : 13 se déplacent vers extrémité + 1 se déplace vers l’extrémité – (myosine IV) Déplacement fonction de la structure fixe de la molécule de myosine Microtubule MF actine Vésicule Déplacement général des vésicules : - si long trajet : système microtubulaire avec dynéine/kinésine - si trajet court : microfilaments actine et myosines non conventionnelles

vinculine actine Myosine 1 calmoduline villine filamine Réseau de MFI

Organisation d’une plaque d’adhésion MF actine Fimbrine a actinine (dimère) Taline vinculine Tensine Membrane plasmique Intégrines (hétérodimères) Liaison avec des protéines de la matrice extracellulaire

FIN du Chapitre LE NOYAU