Fiche de révision : Biologie cellulaire du cytosquelette

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale du cytosquelette
2. Structure et dynamique de l’actine
3. Régulation des filaments d’actine
4. Protéines d’organisation de l’actine
5. Myosines et contraction actomyosine
6. Architectures cellulaires de l’actine
7. Pathologies et toxiques de l’actine
8. Structure et dynamique des microtubules
9. Organisation et transport microtubulaires
10. Filaments intermédiaires et résistance mécanique

📖 1. Organisation générale du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Réseau dynamique de filaments protéiques associés à d’autres protéines, responsable de la forme cellulaire, de la résistance mécanique, de la polarité, de la répartition des organites et des mouvements cellulaires.

★ À maîtriser

• Les trois types de filaments du cytosquelette sont:
  • les filaments intermédiaires
  • les microtubules constitués de tubuline
  • les filaments d’actine constitués d’actine G polymérisée en actine F

Compléments

• Les filaments intermédiaires mesurent 10 nm, les microtubules sont des cylindres creux de 25 nm et les filaments d’actine mesurent 5 à 10 nm de diamètre. — Alberts et al, Biologie Moléculaire de la Cellule

📌 Les éléments du cytosquelette se trouvent dans le cortex cellulaire sous la membrane plasmique, dans le cytosol et dans le nucléoplasme où les lamines constituent une catégorie particulière de filaments intermédiaires.

📖 2. Structure et dynamique de l’actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Actine F : Polymère hélicoïdal à double brin formé de monomères d’actine G liés par des interactions électrostatiques et hydrogène.

★ À maîtriser

📌 Les filaments d’actine sont polarisés avec une extrémité (+) barbed où l’actine G s’ajoute beaucoup plus rapidement qu’à l’extrémité (-).

• 🔄 La polymérisation de l’actine comprend: une nucléation après une latence avec formation d’un noyau de trois monomères, une élongation aux deux extrémités, un arrêt à la concentration critique

• L’hydrolyse progressive de l’ATP en ADP diminue l’affinité des monomères d’actine, favorise leur dissociation à l’extrémité (-), puis l’ADP est échangé contre de l’ATP avant une nouvelle association à l’extrémité (+).

Compléments

• Les molécules d’actine G ont une masse moléculaire d’environ 42 000 daltons, fixent l’ATP et représentent environ 5 à 20 % des protéines cellulaires sous forme d’actine F.

💡 Astuce mémo

Nucléation → élongation → équilibre à la concentration critique

📖 3. Régulation des filaments d’actine

★ À maîtriser

• Le tapis roulant correspond à une addition nette de monomères à l’extrémité (+) et à une dissociation nette à l’extrémité (-) lorsque la concentration en monomères est comprise entre C(+) et C(-), avec C(-) supérieure à C(+).

📌 La thymosine inhibe la polymérisation de l’actine en se liant à l’actine-ATP et en masquant son site de liaison.

📌 La profiline favorise la polymérisation de l’actine en facilitant l’échange de l’ADP contre l’ATP sur les monomères d’actine.

Compléments

• Les formines nucléent un filament d’actine en se fixant à deux monomères d’actine G puis restent à l’extrémité (+) sans empêcher l’élongation.

• Le complexe Arp2/3 se fixe à l’extrémité (-) ou latéralement sur l’actine F et peut initier une nouvelle branche d’actine à 70 degrés.

💡 Astuce mémo

Thymosine freine, profiline favorise, formine et Arp2/3 nucléent

📖 4. Protéines d’organisation de l’actine

★ À maîtriser

📌 La gelsoline, activée par l’augmentation du Ca2+ cytosolique, coupe le filament d’actine puis bloque sa polymérisation en se fixant à l’extrémité (+) nouvellement exposée.

📌 La fimbrine forme des faisceaux serrés non contractiles, tandis que l’alpha-actinine forme des faisceaux larges dans lesquels la myosine peut s’insérer et provoquer une contraction.

Compléments

📌 La tropomyosine stabilise l’actine en se fixant sur sept monomères adjacents et en empêchant l’interaction avec d’autres protéines.

• La filamine forme un réseau tridimensionnel sous-membranaire, tandis que la spectrine forme un maillage associé à l’actine qui soutient la membrane plasmique.

💡 Astuce mémo

Déstabiliser, stabiliser, relier : trois fonctions des protéines associées

📖 5. Myosines et contraction actomyosine

📝 Points essentiels

📌 La myosine-II est composée de deux chaînes lourdes identiques et de deux paires de chaînes légères, possède des têtes ATPasiques et forme des faisceaux bipolaires capables de contracter les réseaux d’actine.

📌 La myosine-I possède une seule tête globulaire ATPasique et une courte queue, ne forme pas de faisceaux bipolaires et peut transporter des vésicules ou ancrer l’actine à la membrane.

• Dans les cellules non musculaires et musculaires lisses, le Ca2+ active la calmoduline et la MLCK, qui phosphoryle les chaînes légères de la myosine-II et active celle-ci, tandis que la MLCP la déphosphoryle et l’inactive.

• 🔄 Le cycle actomyosine comprend:

  1. le détachement induit par l’ATP
  2. l’armement par hydrolyse de l’ATP
  3. la fixation à l’actine
  4. le coup de force après départ du Pi
  5. la libération de l’ADP

💡 Astuce mémo

ATP détache → hydrolyse arme → Pi déclenche le coup de force → ADP se libère

📖 6. Architectures cellulaires de l’actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Cortex cellulaire : Réseau dense de filaments d’actine situé sous la membrane plasmique, qui soutient la membrane et peut se contracter grâce à la myosine-II.

📝 Points essentiels

• Les microvillosités sont des expansions membranaires de 1 µm de longueur et 0,1 µm de diamètre dont les filaments d’actine parallèles augmentent la surface d’échange et forment une structure stable non contractile.

📌 Les filopodes sont des prolongements minces contenant 15 à 20 filaments d’actine, tandis que les lamellipodes sont de vastes prolongements en feuillets capables de générer des adhésions et de participer à la migration.

• L’anneau contractile est un faisceau circulaire temporaire de filaments d’actine de polarité opposée qui se contracte pendant la mitose et sépare la cellule en deux cellules filles.

💡 Astuce mémo

Un cortex sous la membrane, des microvillosités en doigts et un anneau qui pince la cellule

📖 7. Pathologies et toxiques de l’actine

★ À maîtriser

📌 Les cytochalasines se fixent à l’extrémité (+) des filaments d’actine, empêchent l’addition d’actine G et paralysent notamment la phagocytose, la locomotion et la division cellulaire.

• Listeria monocytogenes se déplace dans la cellule hôte grâce à une comète d’actine formée par l’interaction de sa protéine ActA avec le complexe Arp2/3 de la cellule.

Compléments

📌 La phalloïdine se fixe aux filaments d’actine polymérisés et bloque leur dépolymérisation, ce qui permet d’utiliser ses dérivés fluorescents pour colorer l’actine.

• Des anomalies de l’actine cardiaque ou de la tropomyosine peuvent provoquer des cardiomyopathies hypertrophiques, tandis qu’une expression anormale de la dystrophine peut provoquer les myopathies de Duchenne ou de Becker.

💡 Astuce mémo

Blocage ou stabilisation de l’actine → perturbation des mouvements cellulaires

📖 8. Structure et dynamique des microtubules

🔑 Notions clés & Définitions

• Microtubule : Tube creux de 25 nm formé de 13 protofilaments constitués d’hétérodimères de tubuline α et β, dont les sous-unités fixent le GTP.

📝 Points essentiels

• La coiffe de GTP stabilise l’extrémité (+) du microtubule, tandis que l’hydrolyse du GTP sur la tubuline β produit du GDP qui favorise la courbure et la dépolymérisation des protofilaments.

📌 La catastrophe correspond à la disparition de la coiffe de GTP et à la dépolymérisation rapide du microtubule, tandis que le sauvetage correspond à la réapparition de cette coiffe et à sa stabilisation.

📌 Le centrosome nucléé et stabilise les microtubules par la tubuline γ organisée en anneaux, tandis que les extrémités (+) orientées vers la périphérie restent dynamiques.

💡 Astuce mémo

Coiffe GTP → catastrophe ; retour de la coiffe → sauvetage

📖 9. Organisation et transport microtubulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Axonème : Armature microtubulaire d’un cil ou d’un flagelle, organisée en neuf doublets périphériques et une paire centrale.

★ À maîtriser

📌 Les kinésines se déplacent généralement vers l’extrémité (+) des microtubules, tandis que les dynéines cytoplasmiques se déplacent vers l’extrémité (-) et transportent les organites vers le centre cellulaire.

• Le mouvement ciliaire résulte du glissement ATP-dépendant des doublets de microtubules par les bras de dynéine, transformé en courbure par la nexine et les autres liaisons entre doublets.

Compléments

• Le centrosome contient deux centrioles perpendiculaires entourés de matériel péricentriolaire, et chaque centriole possède neuf triplets de microtubules.

💡 Astuce mémo

Kinésines vers +, dynéines vers −

📖 10. Filaments intermédiaires et résistance mécanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Filament intermédiaire : Fibre protéique stable formée de tétramères non polarisés, qui fournit une résistance mécanique à la cellule et au noyau.

★ À maîtriser

• Les principaux filaments intermédiaires comprennent:

  • les cytokératines
  • la vimentine
  • les neurofilaments
  • les lamines nucléaires

• La lamina nucléaire est un réseau de lamines A/C et B de 20 à 50 nm situé contre l’enveloppe nucléaire, qui détermine la forme du noyau et interagit avec la chromatine.

Compléments

• Les cytokératines sont des hétéropolymères épithéliaux formés de cytokératines acides de type I et de cytokératines neutres ou basiques de type II, attachés aux desmosomes et aux hémidesmosomes.

📌 La phosphorylation des lamines provoque la désintégration de la lamina nucléaire, notamment lors de l’entrée en mitose.

• Les laminopathies peuvent comprendre:
  • des dystrophies musculaires
  • la neuropathie de Charcot-Marie-Tooth
  • des lipodystrophies
  • la progéria

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des filaments du cytosquelette