Fiche de révision : Cytosquelette et microfilaments

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale du cytosquelette
2. Structure des microfilaments d’actine
3. Nucléation et croissance de l’actine
4. Dynamique et médicaments des microfilaments
5. Protéines régulatrices de l’actine
6. Assemblage et ancrage membranaire
7. Myosines et motilité moléculaire
8. Structures contractiles et cortex
9. Motilité, trafic et jonctions cellulaires

📖 1. Organisation générale du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Ensemble de polymères fibreux constitués de sous-unités protéiques, associés à des protéines accessoires et organisés en structures stables ou dynamiques.

📝 Points essentiels

• Le cytosquelette maintient la forme cellulaire, participe au mouvement cellulaire, organise l’intérieur de la cellule et permet le transport des organites et des vésicules.

• Les microfilaments ont un diamètre de 5 à 7 nm et sont constitués d’actine globulaire, les microtubules ont un diamètre de 25 nm et sont constitués de tubuline globulaire, tandis que les filaments intermédiaires ont un diamètre de 10 nm et sont constitués de protéines filamenteuses variables.

💡 Astuce mémo

Microfilaments fins, microtubules épais, filaments intermédiaires entre les deux

📖 2. Structure des microfilaments d’actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Actine G : Forme globulaire monomérique de l’actine, dont le sillon lie l’ATP ou l’ADP et dont le côté opposé permet la liaison à une autre sous-unité.
• Actine F : Polymère fibrillaire formé par des sous-unités d’actine légèrement décalées, donnant l’impression de deux filaments enroulés.

★ À maîtriser

📌 Le polymère d’actine est polarisé : les sillons de liaison à l’ATP sont orientés vers l’extrémité moins, tandis que le côté opposé définit l’extrémité plus, où les vitesses de polymérisation et de dépolymérisation sont les plus importantes.

Compléments

• L’actine représente 5 % des protéines dans les cellules non musculaires et jusqu’à 20 % dans les cellules musculaires.

💡 Astuce mémo

Deux brins décalés forment un filament polarisé, comme une corde torsadée

📖 3. Nucléation et croissance de l’actine

📝 Points essentiels

• La nucléation forme successivement un dimère puis un trimère d’actine, le trimère constituant le noyau à partir duquel l’ajout de monomères devient plus facile.

• La nucléation a principalement lieu sous la membrane plasmique, dans le cortex cellulaire où la densité de microfilaments est la plus forte.

• Le complexe ARP, composé notamment d’ARP2 et d’ARP3, catalyse la nucléation en s’associant au côté d’un microfilament préexistant et produit un nouveau filament formant un angle d’environ 70° avec celui-ci.

• Les formines dimériques nucléent l’actine à l’extrémité plus et restent fixées à cette extrémité pendant l’élongation de filaments droits et non ramifiés.

• La croissance du microfilament augmente sa longueur par addition de sous-unités aux deux extrémités, puis l’équilibre est atteint lorsque polymérisation et dépolymérisation deviennent égales.

💡 Astuce mémo

Dimère → trimère → élongation → équilibre

📖 4. Dynamique et médicaments des microfilaments

🔑 Notions clés & Définitions

• Coiffe d’ATP : Plusieurs sous-unités d’actine liées à l’ATP présentes à l’extrémité du polymère lorsque la polymérisation est plus rapide que l’hydrolyse de l’ATP.

★ À maîtriser

📌 Si la concentration en monomères libres est supérieure à la concentration critique, la polymérisation prédomine, tandis qu’une concentration inférieure entraîne la dépolymérisation.

📌 L’actine liée à l’ATP, appelée forme T, stabilise le polymère et favorise la polymérisation, tandis que l’actine liée à l’ADP, appelée forme D, possède des liaisons plus faibles et favorise la dépolymérisation.

• Le tapis roulant associe une polymérisation à l’extrémité plus et une dépolymérisation simultanée à l’extrémité moins lorsque la concentration en monomères est comprise entre les deux concentrations critiques, ce qui maintient une taille constante et déplace le polymère vers l’extrémité plus.

📌 La perte de la coiffe d’ATP provoque une catastrophe avec dépolymérisation soudaine, tandis que la récupération de la coiffe provoque un sauvetage avec reprise rapide de la croissance.

Compléments

• La latrunculine séquestre les monomères d’actine, la cytochalasine se fixe à l’extrémité plus et la phalloïdine se lie latéralement aux microfilaments et les stabilise.

💡 Astuce mémo

Perte de coiffe → catastrophe ; récupération de coiffe → sauvetage

📖 5. Protéines régulatrices de l’actine

★ À maîtriser

📌 La thymosine séquestre les monomères libres d’actine et empêche leur incorporation, tandis que la profiline remplace l’ADP par l’ATP et favorise leur polymérisation.

• La gelsoline clive le microfilament et se fixe à l’extrémité plus du fragment pour empêcher sa repolymérisation, tandis que la cofiline provoque une fragmentation par contrainte mécanique latérale.

Compléments

• La tropomoduline coiffe l’extrémité moins, tandis que CapZ et l’alpha-actinine coiffent l’extrémité plus.

• La nébuline et la tropomyosine se fixent latéralement aux microfilaments et contribuent à leur stabilisation.

💡 Astuce mémo

Thymosine séquestre, profilin recharge et favorise l’incorporation

📖 6. Assemblage et ancrage membranaire

★ À maîtriser

📌 Les protéines de réticulation associent les microfilaments à 90° pour former des réseaux, tandis que les protéines de pontage maintiennent les microfilaments parallèles pour former des faisceaux.

📌 La fimbrine et la villine forment des faisceaux serrés dans les microvillosités et les filopodes, tandis que l’alpha-actinine forme des faisceaux lâches permettant notamment l’entrée de myosine.

• Les protéines ERM sont inactives et repliées sans signal, puis une phosphorylation les active, les déplie et leur permet de relier indirectement les microfilaments aux protéines transmembranaires.

Compléments

• La filamine relie deux microfilaments à angle droit et la spectrine, présente dans les érythrocytes, contribue à leur résistance à la compression dans les capillaires.

💡 Astuce mémo

Réticulation à 90° pour les réseaux, pontage parallèle pour les faisceaux

📖 7. Myosines et motilité moléculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Myosines : Moteurs moléculaires qui utilisent l’hydrolyse de l’ATP pour se déplacer le long des microfilaments d’actine.

★ À maîtriser

• 🔄 Le cycle mécanochimique suit les étapes suivantes:

  1. Liaison forte à l’actine
  2. Fixation de l’ATP et détachement
  3. Hydrolyse de l’ATP et bascule
  4. Fixation après départ du phosphate
  5. Libération de l’ADP et coup de force

• Les myosines I et V transportent les vésicules et les organites vers l’extrémité plus avec un mouvement de bascule de 30 à 40 nm, tandis que la myosine II provoque le glissement des microfilaments vers leur extrémité moins avec un mouvement de 5 à 10 nm.

Compléments

• Les myosines I et V possèdent une tête et une queue courtes, tandis que la myosine II possède deux têtes et une queue longue.

💡 Astuce mémo

ATP → détachement → hydrolyse → rattachement → coup de force

📖 8. Structures contractiles et cortex

🔑 Notions clés & Définitions

• Fibres de stress : Faisceaux lâches d’actine traversant la cellule, pontés par l’alpha-actinine, ancrés à la matrice extracellulaire par des contacts focaux et mettant la cellule sous tension.
• Cortex cellulaire : Ensemble de microfilaments situé sous la membrane plasmique qui donne forme et rigidité à la surface de la cellule.

📝 Points essentiels

• L’anneau contractile est un faisceau lâche de microfilaments contenant de la myosine II qui se contracte dans la région médiane de la cellule et la sépare en deux cellules filles.

💡 Astuce mémo

Contraction de l’anneau → constriction → séparation des cellules filles

📖 9. Motilité, trafic et jonctions cellulaires

📝 Points essentiels

• La protrusion cellulaire forme à l’avant des lamellipodes par réseaux ramifiés et des filopodes par faisceaux serrés, tandis que la rétraction à l’arrière repose sur la contraction des fibres de stress et la désorganisation des contacts focaux.

• Lors de l’endocytose, une queue d’actine pousse la vésicule issue de l’invagination de la membrane plasmique vers l’intérieur de la cellule avant sa prise en charge par les microtubules.

• Lors de l’exocytose, l’augmentation du calcium active la gelsoline, désorganise le cortex et permet l’accès de la vésicule à la membrane plasmique, tandis que les myosines I transportent les vésicules sur les microfilaments.

• Les jonctions serrées, ou zonula occludens, et les jonctions intermédiaires, ou zonula adherens, sont associées aux microfilaments d’actine et contribuent au maintien de la forme cellulaire et au renforcement des épithéliums.

💡 Astuce mémo

Protrusion à l’avant → contacts focaux → rétraction à l’arrière

📊 Tableaux de synthèse

Nucléateurs de l’actine