Fiche de révision : Cytosquelette et dynamique cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale du cytosquelette
2. Structure des filaments intermédiaires
3. Types et fonctions des filaments intermédiaires
4. Microtubules et instabilité dynamique
5. Transport et division par microtubules
6. Structure et régulation de l’actine
7. Réseaux d’actine et mouvements cellulaires
8. Adhérence, cytokinèse et contraction

📖 1. Organisation générale du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Ensemble de structures filamenteuses protéiques dynamiques situé dans le cytoplasme des cellules eucaryotes, qui contribue à leur forme, leur résistance mécanique, leurs mouvements et leur organisation interne.

📝 Points essentiels

• Les trois composants du cytosquelette sont:
  • les microfilaments d’actine d’environ 5 nm
  • les filaments intermédiaires d’environ 10 nm
  • les microtubules d’environ 25 nm

📌 Les microfilaments d’actine assurent surtout la motilité et la contraction, les filaments intermédiaires la résistance mécanique et les microtubules le transport intracellulaire et la mitose.

💡 Astuce mémo

Actine = mouvement, filaments intermédiaires = résistance, microtubules = transport

📖 2. Structure des filaments intermédiaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Filaments intermédiaires : Structures d’environ 10 nm formées de protéines fibrillaires assemblées en tétramères antiparallèles, ce qui leur confère une absence de polarité et une forte résistance mécanique.

★ À maîtriser

📌 Les filaments intermédiaires sont très stables et leur assemblage ne consomme ni ATP ni GTP.

Compléments

• 🔄 La formation d’un filament intermédiaire suit: l’association de deux protéines en dimère coiled-coil, l’assemblage antiparallèle de deux dimères en tétramère, l’alignement en protofilaments, la formation de protofibrilles, la formation du filament complet

💡 Astuce mémo

Dimère → tétramère → protofilament → protofibrille → filament

📖 3. Types et fonctions des filaments intermédiaires

★ À maîtriser

📌 Les lamines sont des filaments intermédiaires de type V situés sous la membrane nucléaire, tandis que les kératines sont des filaments de types I et II présents notamment dans les cellules épithéliales.

• Les principales protéines et leurs localisations ou fonctions sont: la vimentine dans la migration des cellules mésenchymateuses, la desmine entre les disques Z des cellules musculaires, la GFAP dans les astrocytes, les neurofilaments dans les axones, la nestine dans des cellules souches du système nerveux central

📌 Lors de la mitose, la phosphorylation des lamines par CDK1 entraîne la dissolution de l’enveloppe nucléaire.

Compléments

• Il existe environ 50 protéines de filaments intermédiaires regroupées en 6 types selon leur nature et leur localisation.

📖 4. Microtubules et instabilité dynamique

🔑 Notions clés & Définitions

• Microtubules : Cylindres creux d’environ 25 nm constitués de dimères de tubuline α et β, dont environ 13 protofilaments s’associent latéralement.

📝 Points essentiels

• Après l’incorporation d’un dimère dans un microtubule, le GTP porté par la β-tubuline est hydrolysé en GDP, tandis que la coiffe de tubulines liées au GTP au pôle + protège l’extrémité de la dépolymérisation.

📌 Les microtubules sont polarisés : le pôle + est principalement associé à la croissance, tandis que le pôle − est plus stable et généralement ancré au centrosome.

💡 Astuce mémo

Coiffe GTP au pôle + = croissance ; GDP exposé = dépolymérisation

📖 5. Transport et division par microtubules

📝 Points essentiels

• Chez les cellules animales, le centrosome est le principal MTOC et contient deux centrioles perpendiculaires, chacun formé de 9 triplets de microtubules, entourés d’une matrice péricentriolaire.

📌 La kinésine se déplace vers le pôle + des microtubules pour un transport antérograde, tandis que la dynéine se déplace vers le pôle − pour un transport rétrograde.

• 🔄 Pendant la mitose, les microtubules: organisent le fuseau mitotique, s’attachent aux kinétochores, alignent les chromosomes en métaphase, tirent les chromatides vers les pôles en anaphase, permettent la reformation des enveloppes nucléaires

💡 Astuce mémo

Kinésine vers +, dynéine vers −

📖 6. Structure et régulation de l’actine

★ À maîtriser

📌 L’actine-G est la forme globulaire monomérique liée à l’ATP, tandis que l’actine-F est la forme filamenteuse polymérisée en double hélice.

• Le treadmilling correspond à l’ajout d’actine-ATP au pôle + et à la perte d’actine-ADP au pôle − après hydrolyse de l’ATP.

Compléments

• Les protéines associées à l’actine assurent:

  • le turnover
  • la nucléation
  • la protection des extrémités
  • la fragmentation
  • le déplacement des filaments

• Le complexe Arp2/3 initie la formation de réseaux branchés d’actine, notamment dans les lamellipodes, tandis que la profiline favorise la polymérisation et la cofiline la dépolymérisation.

💡 Astuce mémo

Actine-G + ATP → actine-F → treadmilling

📖 7. Réseaux d’actine et mouvements cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Myosines : Protéines motrices qui hydrolysent l’ATP pour convertir l’énergie chimique en mouvement mécanique sur les filaments d’actine.

📝 Points essentiels

• Les principales architectures d’actine associent:

  • la filamine aux réseaux lâches
  • la fimbrine aux faisceaux parallèles serrés
  • l’α-actinine aux faisceaux contractiles

• 🔄 La migration cellulaire repose sur: la formation de lamellipodes et de filopodes à l’avant, l’ancrage aux contacts focaux, la contraction des fibres de stress, le détachement du contact arrière

💡 Astuce mémo

Protrusion à l’avant → traction au centre → rétraction à l’arrière

📖 8. Adhérence, cytokinèse et contraction

🔑 Notions clés & Définitions

• Sarcomère : Unité structurale et fonctionnelle de la contraction musculaire située entre deux disques Z et contenant des filaments fins d’actine et des filaments épais de myosine II.

★ À maîtriser

📌 Dans une ceinture d’adhérence, l’E-cadhérine relie deux cellules voisines et les caténines relient la cadhérine à l’actine via l’α-actinine.

• Lors de la cytokinèse, les têtes de myosine II font glisser les filaments d’actine en sens opposé dans un anneau contractile équatorial, ce qui sépare la cellule mère en deux cellules filles.

• 🔄 La contraction musculaire repose sur: la fixation du Ca²⁺ à la troponine, le déplacement de la tropomyosine, la libération des sites de fixation de la myosine, le glissement des filaments grâce à l’hydrolyse de l’ATP

Compléments

• Les troponines sont des marqueurs biologiques dosés lors du diagnostic d’un infarctus du myocarde.

💡 Astuce mémo

Ca²⁺ → déplacement de la tropomyosine → fixation de la myosine → contraction

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des trois réseaux

Moteurs moléculaires