Fiche de révision : Cytosquelette et microfilaments d’actine

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale du cytosquelette
2. Structure des microfilaments d’actine
3. Phases de dynamique de l’actine
4. Nucléation par ARP et formines
5. Équilibre et instabilité des filaments
6. Protéines associées aux microfilaments
7. Ancrage membranaire et myosines
8. Cycle et mouvements des myosines
9. Structures contractiles organisées
10. Cortex cellulaire et dynamique membranaire

📖 1. Organisation générale du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Ensemble de trois types de polymères fibreux constitués de sous-unités protéiques et associés à d’autres protéines.

📝 Points essentiels

• Le cytosquelette assure plusieurs fonctions: maintien de la forme cellulaire, mouvements cellulaires, organisation interne de la cellule, transport des organites, des vésicules et d’autres structures

📌 Le cytosquelette s’organise soit en structures stables, soit en structures dynamiques fondées sur des processus de polymérisation et de dépolymérisation.

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

💡 Astuce mémo

F-M-O-T : forme, mouvements, organisation, transport

📖 2. Structure des microfilaments d’actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Actine G : Monomère globulaire d’actine, l’une des protéines les plus abondantes des cellules eucaryotes, représentant 5% des protéines des cellules non-musculaires et jusqu’à 20% des protéines des cellules musculaires.
• Actine F : Polymère fibrillaire formé de deux filaments d’actine enroulés l’un autour de l’autre.

📝 Points essentiels

📌 Le filament d’actine est polarisé : les sillons de liaison à l’ATP sont orientés vers l’extrémité (-), tandis que l’extrémité (+) présente les vitesses de polymérisation et de dépolymérisation les plus rapides.

💡 Astuce mémo

Actine G = globulaire, actine F = fibrillaire

📖 3. Phases de dynamique de l’actine

📝 Points essentiels

📌 L’actine F s’allonge lorsque la polymérisation est plus rapide que la dépolymérisation et raccourcit lorsque la dépolymérisation est plus rapide que la polymérisation.

• La croissance d’un microfilament d’actine comprend une phase de nucléation lente, une phase de croissance par ajout de sous-unités aux deux extrémités, puis une phase d’équilibre où les vitesses de polymérisation et de dépolymérisation s’égalisent.

💡 Astuce mémo

Nucléation → croissance → équilibre

📖 4. Nucléation par ARP et formines

📝 Points essentiels

• Le complexe ARP nucléé par les protéines NPF forme un nouveau microfilament latéralement à un filament préexistant, avec un angle d’environ 70°, puis permet son élongation par l’extrémité (+).

• La nucléation par ARP suit la séquence suivante : le domaine WCA du NPF lie un monomère d’actine, fixe ARP2 et ARP3, active ces protéines, les associe latéralement à un filament préexistant, puis permet la nucléation et l’élongation du nouveau filament.

• Les formines sont des dimères dont les domaines RBD, FH1 et FH2 permettent respectivement la liaison à Rho-GTP, la fixation des monomères d’actine et l’élongation à l’extrémité (+), produisant des microfilaments droits et non ramifiés.

💡 Astuce mémo

ARP ramifie, les formines alignent

📖 5. Équilibre et instabilité des filaments

🔑 Notions clés & Définitions

• Tapis roulant : Polymérisation à l’extrémité (+) et dépolymérisation à l’extrémité (-), à une concentration en monomères comprise entre les concentrations critiques des deux extrémités, avec une taille globale constante du polymère.

📝 Points essentiels

📌 La concentration critique est la concentration en monomères libres à l’équilibre : la polymérisation se produit au-dessus de cette concentration et la dépolymérisation en dessous.

📌 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, se lie faiblement au polymère et favorise la dépolymérisation.

• L’hydrolyse de l’ATP est lente dans l’actine polymérisée, ce qui crée une coiffe d’ATP à l’extrémité (+), favorable à la polymérisation, tandis que l’extrémité (-) est davantage favorable à la dépolymérisation.

💡 Astuce mémo

Perte de la coiffe d’ATP → catastrophe ; récupération → sauvetage

📖 6. Protéines associées aux microfilaments

📝 Points essentiels

📌 La latrunculine se lie aux monomères d’actine et empêche leur addition au polymère, tandis que la cytochalasine se fixe à l’extrémité (+) du polymère et inhibe sa polymérisation.

📌 La thymosine séquestre les monomères libres d’actine dans un réservoir, tandis que la profiline remplace l’ADP par l’ATP et favorise l’ajout des monomères T à l’extrémité (+).

📖 7. Ancrage membranaire et myosines

📝 Points essentiels

• Les protéines de réticulation relient les microfilaments avec un angle de 90° pour former des réseaux qui donnent de la consistance au cytosol, comme la filamine et la spectrine.

📌 Les faisceaux serrés regroupent jusqu’à 30 microfilaments très proches dans les microvillosités et les filopodes, tandis que les faisceaux lâches contiennent des microfilaments plus espacés et peuvent être contractiles.

• Les protéines ERM passent d’une conformation repliée inactive à une conformation dépliée active après un signal et leur phosphorylation, ce qui permet l’ancrage de l’actine aux protéines transmembranaires.

📖 8. Cycle et mouvements des myosines

📝 Points essentiels

📌 La myosine I possède une tête et une queue courte, la myosine V possède une tête et une queue longue, tandis que la myosine II possède deux têtes et s’assemble en filaments épais.

• Les myosines utilisent l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour se déplacer le long des microfilaments d’actine ou déplacer des vésicules et des organites.

• 🔄 Le cycle mécano-chimique de la myosine comprend: fixation de l’ATP et séparation actine-myosine, hydrolyse de l’ATP et bascule de la tête, fixation sur une actine plus proche de l’extrémité (+), libération de l’ADP et coup de force

• Les myosines I et V déplacent les vésicules et les organites vers l’extrémité (+), tandis que la myosine II phosphorylée s’assemble en filament bipolaire de 15-20 molécules et provoque le glissement de l’actine vers son extrémité (-).

💡 Astuce mémo

Détachement → bascule → fixation → coup de force

📖 9. Structures contractiles organisées

🔑 Notions clés & Définitions

• Fibre de stress : Faisceau lâche de microfilaments d’actine traversant la cellule, relié par l’α-actinine et attaché par son extrémité (+) à des contacts focaux.

📝 Points essentiels

• L’anneau contractile formé de faisceaux lâches d’actine et d’α-actinine se contracte grâce à la myosine II et sépare la cellule en deux cellules filles par constriction.

📖 10. Cortex cellulaire et dynamique membranaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cortex cellulaire : Réseau de microfilaments situé sous la membrane plasmique, organisé en faisceaux lâches, réseaux radiaires ou faisceaux serrés.

📝 Points essentiels

• Le cortex cellulaire donne sa forme à la cellule, rigidifie sa surface et participe au déplacement orienté par la formation de lamellipodes, de filopodes et de contacts focaux.

• Le déplacement orienté d’une cellule comprend une protrusion à l’avant par polymérisation de nouveaux microfilaments et établissement de contacts focaux, puis une rétraction à l’arrière par contraction des fibres de stress et dépolymérisation.

• Lors de l’endocytose, le cortex forme une queue d’actine qui pousse la vésicule vers l’intérieur de la cellule, tandis que lors de l’exocytose la désorganisation du cortex permet le passage de la vésicule et la myosine I la transporte vers la membrane plasmique.

💡 Astuce mémo

Protrusion → contacts focaux → rétraction

📊 Tableaux de synthèse

Polymères du cytosquelette

Principales myosines