Fiche de révision : Le cytosquelette cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Rôles généraux du cytosquelette
2. Les trois filaments cytosquelettiques
3. Dynamique et protéines associées
4. Organisation et dynamique de l’actine
5. Actine et mouvements cellulaires
6. Actine, contraction et division
7. Structure et dynamique des microtubules
8. Microtubules, transports et neurones
9. Centrosome, cils et flagelles
10. Filaments intermédiaires et pathologies

📖 1. Rôles généraux du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Réseau dynamique de filaments composés de polymères fibreux associés à des protéines, qui sert de charpente à la cellule.

★ À maîtriser

• Le cytosquelette participe à: la détermination de la forme et de la polarité cellulaire, le transport intracellulaire, la contraction, la mobilité, la mitose

Compléments

• Les vésicules et les organites se déplacent sur des filaments du cytosquelette lors du transport intracellulaire.

💡 Astuce mémo

Une charpente dynamique qui organise, transporte et déforme la cellule

📖 2. Les trois filaments cytosquelettiques

★ À maîtriser

• Les trois types de filaments sont:

  • les filaments d’actine
  • les microtubules
  • les filaments intermédiaires

• Les filaments d’actine sont des structures flexibles organisées en réseaux ou en faisceaux, concentrées dans le cortex cellulaire, et leur diamètre extérieur est de 7 nm.

• Les microtubules sont des cylindres creux de 25 nm de diamètre extérieur, plus rigides et plus longs que les filaments d’actine, généralement ancrés au centrosome.

• Les filaments intermédiaires ont un diamètre extérieur d’environ 10 nm, sont rigides et généralement spécifiques d’un type cellulaire.

Compléments

• Les lamines sont les seuls filaments intermédiaires ubiquitaires et forment le maillage de la lamina nucléaire.

💡 Astuce mémo

Actine flexible, microtubules rigides, filaments intermédiaires résistants

📖 3. Dynamique et protéines associées

★ À maîtriser

• 🔄 La formation des filaments comprend: une phase de nucléation lente et limitante, une phase de croissance rapide, une phase d’équilibre entre polymérisation et dépolymérisation

📌 Les protéines associées au cytosquelette régulent les monomères, stabilisent ou relient les polymères, clivent les filaments et assurent certains mouvements intracellulaires.

• La kinésine est associée aux microtubules, tandis que la myosine est associée aux filaments d’actine et participe à la mobilité intracellulaire.

Compléments

📌 Les éléments du cytosquelette existent sous forme de monomères libres, de polymères instables ou de polymères stabilisés par des protéines ou d’autres éléments du cytosquelette.

💡 Astuce mémo

Nucléation → croissance → équilibre

📖 4. Organisation et dynamique de l’actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Filament d’actine : Polymère polarisé d’actine G globulaire dont les monomères pointent dans la même direction.

★ À maîtriser

• Les isoformes d’actine sont: l’actine alpha dans les cellules musculaires, l’actine bêta dans les cellules non musculaires, l’actine gamma dans les cellules non musculaires et la mobilité cellulaire

• 🔄 La polymérisation de l’actine comprend:
  1. une nucléation lente et limitante
  2. une croissance rapide
  3. un plateau à la concentration critique

📌 La thymosine bêta séquestre l’actine G-ATP et inhibe la polymérisation, tandis que la profiline stimule l’échange ADP/ATP et active la polymérisation à l’extrémité plus.

• Le complexe ARP2/3 crée de nouveaux sites de nucléation sur des filaments d’actine formés et favorise la formation de réseaux dans le cortex cellulaire.

Compléments

• L’actine représente 20 % des protéines totales dans la cellule musculaire squelettique et 5 % dans les fibroblastes.

• Les filaments d’actine peuvent être organisés:
  • en faisceaux larges dans les fibres de stress
  • en réseaux lâches dans le cortex cellulaire
  • en faisceaux étroits dans les filopodes

💡 Astuce mémo

Thymosine bloque, profiline active, ARP2/3 nucléée

📖 5. Actine et mouvements cellulaires

📝 Points essentiels

📌 Les filopodes sont des expansions fines formées de faisceaux parallèles d’actine associés à la fascine, tandis que les lamellipodes sont des expansions aplaties soutenues par un réseau lâche d’actine associé aux filamines.

• Les fibres de stress sont des faisceaux larges et contractiles dans lesquels l’alpha-actinine espace les filaments d’actine pour permettre l’intercalation de la myosine II.

• 🔄 Lors de la migration cellulaire:
  1. les filaments se désassemblent à l’arrière
  2. les monomères sont transportés vers l’avant
  3. les filaments polymérisent à l’extrémité plus

💡 Astuce mémo

Arrière désassemblé → avant polymérisé → cellule déplacée

📖 6. Actine, contraction et division

🔑 Notions clés & Définitions

• Sarcomère : Unité contractile de la fibre musculaire, délimitée par deux stries Z et contenant des filaments épais de myosine II et des filaments minces d’actine.

📝 Points essentiels

• La contraction musculaire résulte du glissement des filaments minces d’actine vers le centre du sarcomère, sans changement de longueur des filaments.

📌 Le calcium se fixe à la sous-unité C de la troponine, ce qui modifie la conformation de la tropomyosine et permet l’interaction entre les têtes de myosine et l’actine.

• La myosine de type II forme des filaments épais bipolaires et participe à la contraction musculaire, tandis que la myosine de type I possède une courte queue et participe au mouvement intracellulaire.

• Lors de la cytodiérèse, un anneau contractile composé de filaments d’actine et de myosine pince le cytoplasme afin de séparer les deux cellules filles.

💡 Astuce mémo

Calcium → troponine/tropomyosine → interaction myosine-actine

📖 7. Structure et dynamique des microtubules

🔑 Notions clés & Définitions

• Instabilité dynamique : Alternance entre une croissance lente et un désassemblage rapide des microtubules, liée à l’hydrolyse du GTP.

📝 Points essentiels

• Un microtubule est constitué de 13 protofilaments formés de dimères de tubuline alpha et bêta.

• La tubuline gamma se trouve dans les centres de nucléation du centrosome, tandis que la tubuline alpha est orientée vers l’extrémité moins et la tubuline bêta vers l’extrémité plus.

• La coiffe GTP située à l’extrémité plus stabilise le microtubule, tandis que sa perte entraîne une dépolymérisation rapide appelée catastrophe.

📌 La colchicine, la vincristine et la vinblastine empêchent la polymérisation ou favorisent la dépolymérisation des microtubules, tandis que le taxol bloque leur dépolymérisation et les stabilise.

💡 Astuce mémo

Coiffe GTP stabilise, perte de coiffe provoque la catastrophe

📖 8. Microtubules, transports et neurones

★ À maîtriser

📌 Les MAP stabilisatrices renforcent le réseau microtubulaire, tandis que les MAP motrices transportent des vésicules ou des organites grâce à l’ATP.

📌 La dynéine transporte les cargos vers le centrosome et l’aire golgienne dans un transport centripète, tandis que la kinésine les transporte vers l’extrémité plus et la périphérie dans un transport centrifuge.

• Dans les neurones, MAP2 stabilise les microtubules du corps cellulaire et des dendrites, tandis que la protéine Tau stabilise ceux de l’axone.

Compléments

• Dans la maladie d’Alzheimer, la protéine Tau est anormalement hyperphosphorylée et forme des dégénérescences neurofibrillaires.

💡 Astuce mémo

Dynéine centripète vers le centrosome, kinésine centrifuge vers la périphérie

📖 9. Centrosome, cils et flagelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Centrosome : Constitué d’un diplosome, d’une matrice de protéines MAP et d’environ 50 sites de nucléation des microtubules.

• Axonème : Corps microtubulaire d’un cil ou d’un flagelle, organisé en une structure 9+2 comprenant 9 doublets périphériques et 2 microtubules centraux.

★ À maîtriser

• Un centriole est un cylindre creux dont la paroi comprend 9 triplets de microtubules, et le microtubule A de chaque triplet est complet tandis que les microtubules B et C sont incomplets.

📌 Un flagelle est unique et produit un mouvement ondulatoire permettant le déplacement d’une cellule dans un liquide, tandis que les cils sont courts, nombreux et produisent des battements qui déplacent le liquide extracellulaire.

• Le battement ciliaire résulte de l’hydrolyse de l’ATP par les bras de dynéine, qui tirent sur le doublet adjacent sans faire glisser durablement les microtubules grâce aux ponts de nexine.

Compléments

• Les cils mesurent 5 à 10 micromètres et peuvent atteindre une densité de 10⁹ cils par cm² d’épithélium pulmonaire.

💡 Astuce mémo

Centrosome → corpuscule basal → axonème 9+0 puis 9+2

📖 10. Filaments intermédiaires et pathologies

★ À maîtriser

• 🔄 La polymérisation des filaments intermédiaires forme:

  1. des dimères torsadés
  2. des tétramères antiparallèles
  3. des protofilaments
  4. un filament constitué de 8 protofilaments

• Les filaments intermédiaires permettent:

  • la résistance mécanique
  • le maintien de l’architecture cellulaire
  • l’identification de l’origine cellulaire

• Les cytokératines de type 1 acide et de type 2 basique sont exprimées dans les cellules épithéliales et ancrées aux plaques denses des desmosomes.

📌 Une mutation d’une cytokératine ou d’une protéine d’ancrage peut provoquer une épidermolyse bulleuse simple par rupture des cellules basales après un traumatisme mécanique.

Compléments

• Des filaments intermédiaires spécialisés comprennent: les lamines qui maintiennent l’enveloppe nucléaire, les desmines qui relient les filaments contractiles, la GFAP exprimée par les astrocytes et les cellules de Schwann

📌 Une mutation du gène LMNA codant la lamine A provoque le syndrome de Hutchinson-Gilford, caractérisé par une désorganisation de la lamina nucléaire et un vieillissement accéléré.

💡 Astuce mémo

Des câbles sans polarité qui renforcent la cellule et son noyau

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des filaments cytosquelettiques

Moteurs moléculaires