Fiche de révision : Cytosquelette et microfilaments

📋 Plan du Cours

1. Rôles et types du cytosquelette
2. Structure des microfilaments d’actine
3. Nucléation et croissance des microfilaments
4. ATP et dynamique des extrémités
5. Drogues et régulation de l’actine
6. Protéines associées aux microfilaments
7. Myosines et mouvements cellulaires
8. Structures contractiles organisées
9. Cortex et migration cellulaire
10. Trafic membranaire et jonctions

📖 1. Rôles et types du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Ensemble de polymères fibreux constitués de sous-unités protéiques, associés à des protéines accessoires, qui maintient la forme cellulaire, participe aux mouvements et organise le transport intracellulaire des organites et des vésicules.

📝 Points essentiels

• Le cytosquelette peut s’organiser en structures stables ou en structures dynamiques reposant sur des processus de polymérisation et de dépolymérisation.

• Les trois types de polymères fibreux sont:

  • les microfilaments : 5 à 7 nm, constitués d’actine globulaire
  • les microtubules : 25 nm, constitués de tubuline globulaire
  • les filaments intermédiaires : 10 nm, constitués de protéines filamenteuses variables

📖 2. Structure des microfilaments d’actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Actine G : Protéine globulaire dont la sous-unité possède un sillon de liaison à l’ATP ou à l’ADP et un site opposé de liaison à une autre sous-unité d’actine.
• Actine F : Polymère formé par des sous-unités d’actine légèrement décalées, donnant l’apparence de deux filaments enroulés l’un autour de l’autre.

📝 Points essentiels

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

📌 Le polymère d’actine est polarisé : les sillons de liaison à l’ATP sont orientés vers l’extrémité négative, tandis que l’extrémité opposée est l’extrémité positive où les vitesses de polymérisation et de dépolymérisation sont les plus élevées.

💡 Astuce mémo

Actine G = globulaire, actine F = fibrillaire

📖 3. Nucléation et croissance des microfilaments

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléation : Étape lente de formation d’un dimère puis d’un trimère d’actine, le trimère constituant le noyau à partir duquel l’ajout de monomères devient plus facile.

📝 Points essentiels

• La cinétique de croissance des microfilaments comprend une phase de latence correspondant à la formation d’un trimère, une phase de croissance par incorporation progressive de sous-unités et une phase d’équilibre où la quantité de sous-unités polymérisées reste stable.

📌 Le complexe ARP s’associe au côté d’un microfilament préexistant et favorise des réseaux ramifiés avec un angle d’environ 70°, tandis que les formines restent associées à l’extrémité positive et produisent des filaments droits et non ramifiés.

📌 Lorsque la concentration en monomères libres dépasse la concentration critique, la polymérisation a lieu, tandis qu’en dessous de cette concentration la dépolymérisation prédomine.

💡 Astuce mémo

Nucléation → élongation → équilibre

📖 4. ATP et dynamique des extrémités

🔑 Notions clés & Définitions

• Coiffe d’ATP : Région terminale contenant plusieurs sous-unités d’actine liées à l’ATP lorsque la polymérisation est plus rapide que l’hydrolyse, ce qui favorise la poursuite de la polymérisation.

★ À maîtriser

📌 Dans le polymère, les sous-unités liées à l’ATP stabilisent l’actine et favorisent la polymérisation, tandis que les sous-unités liées à l’ADP présentent des liaisons plus faibles et favorisent la dépolymérisation.

📌 La concentration critique est plus faible à l’extrémité positive qu’à l’extrémité négative, car l’extrémité positive reçoit plus rapidement de nouvelles sous-unités d’actine liées à l’ATP.

• Le tapis roulant correspond à une polymérisation simultanée à l’extrémité positive et à une dépolymérisation à l’extrémité négative, dans une zone de concentration en monomères comprise entre les deux concentrations critiques, ce qui conserve une longueur constante et déplace le polymère vers l’extrémité positive.

Compléments

📌 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.

💡 Astuce mémo

Hydrolyse de l’ATP → perte de coiffe → catastrophe ou maintien de la croissance

📖 5. Drogues et régulation de l’actine

★ À maîtriser

• Les principales drogues des microfilaments sont: la latrunculine, qui se lie au monomère d’actine et empêche son addition, la cytochalasine, qui se fixe à l’extrémité positive et inhibe la polymérisation, la phalloïdine, qui se lie latéralement et stabilise les microfilaments

📌 La thymosine séquestre les monomères libres d’actine et empêche leur addition, tandis que la profiline favorise le remplacement de l’ADP par l’ATP et accélère la polymérisation.

Compléments

• La phalloïdine couplée à un fluorochrome est utilisée pour observer les microfilaments en microscopie à fluorescence.

• Les protéines de coiffe stabilisent les extrémités des microfilaments, avec la tropomoduline à l’extrémité négative et CapZ ou l’alpha-actinine à l’extrémité positive.

💡 Astuce mémo

Latrunculine et cytochalasine inhibent, phalloïdine stabilise

📖 6. Protéines associées aux microfilaments

★ À maîtriser

📌 Les protéines de réticulation associent les microfilaments à angle droit 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 laissant entrer la myosine dans les faisceaux contractiles.

• Les protéines ERM sont inactives et repliées dans le cytosol en l’absence de signal, puis une phosphorylation les active et les déploie pour relier indirectement les microfilaments aux protéines transmembranaires.

Compléments

• La filamine forme des réseaux en reliant deux microfilaments à angle droit, tandis que la spectrine contribue à la résistance à la compression des érythrocytes.

📖 7. Myosines et mouvements cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Myosine : Moteurs moléculaires qui utilisent l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour se déplacer le long des microfilaments et produire des mouvements cellulaires ou déplacer des organites et des vésicules.

📝 Points essentiels

• 🔄 Le cycle mécanochimique de la myosine suit ces étapes: fixation de l’ATP et détachement de l’actine, hydrolyse de l’ATP et bascule vers l’extrémité positive, libération du phosphate et nouvelle fixation à l’actine, libération de l’ADP et coup de force

📌 Les myosines I et V déplacent les vésicules et les organites vers l’extrémité positive avec un mouvement de bascule de 30 à 40 nm, tandis que la myosine II déplace les microfilaments avec une bascule de 5 à 10 nm.

• Après phosphorylation, 15 à 20 molécules de myosine II s’auto-assemblent en filaments bipolaires dont l’activité provoque le glissement des filaments d’actine vers leur extrémité négative.

💡 Astuce mémo

ATP se fixe → détachement → bascule → coup de force

📖 8. Structures contractiles organisées

🔑 Notions clés & Définitions

• Fibres de stress : Faisceaux lâches d’actine traversant la cellule, pontés par l’alpha-actinine, ancrés aux contacts focaux et permettant de mettre la cellule sous tension et de produire des mouvements localisés.

★ À maîtriser

• L’anneau contractile se forme à la fin de la division cellulaire sous la forme d’un faisceau lâche d’actine contenant de la myosine II, puis sa contraction provoque la constriction médiane et sépare la cellule en deux cellules filles.

Compléments

• Les principaux systèmes contractiles sont: les sarcomères du muscle squelettique ou cardiaque, les faisceaux du muscle lisse, les fibres de stress, l’anneau contractile

📖 9. Cortex et migration cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cortex cellulaire : Ensemble de microfilaments situé sous la membrane plasmique qui donne sa forme et sa rigidité à la surface cellulaire et participe au déplacement, à l’endocytose et à l’exocytose.

★ À maîtriser

📌 Les lamellipodes contiennent des réseaux ramifiés d’actine, tandis que les filopodes contiennent des faisceaux serrés dont les extrémités positives sont orientées vers la membrane plasmique à l’avant du déplacement.

• Le déplacement orienté comprend une protrusion antérieure avec polymérisation de l’actine et formation de nouveaux contacts focaux, puis une rétraction postérieure liée à la contraction des fibres de stress et à la désorganisation des contacts focaux arrière.

Compléments

• Les complexes ARP forment les réseaux ramifiés d’actine des lamellipodes en se fixant sur le côté d’anciens microfilaments et en permettant une croissance latérale contre la membrane plasmique.

💡 Astuce mémo

Protrusion avant → contacts focaux → rétraction arrière

📖 10. Trafic membranaire et jonctions

📝 Points essentiels

• Lors de l’endocytose, le cortex se remanie, une queue d’actine pousse la vésicule formée par invagination vers l’intérieur de la cellule, puis les microtubules prennent en charge son transport intracellulaire.

• 🔄 L’exocytose comprend: augmentation du calcium, activation de la gelsoline et désorganisation du cortex, accès de la vésicule à la membrane plasmique, transport par les myosines I sur les microfilaments radiaires

• Les microfilaments d’actine sont associés aux jonctions serrées, ou zonula occludens, et aux jonctions intermédiaires, ou zonula adherens, qui maintiennent la forme des cellules et renforcent les épithéliums.

💡 Astuce mémo

Endocytose : actine pousse vers l’intérieur ; exocytose : gelsoline ouvre l’accès à la membrane

📊 Tableaux de synthèse

Principales protéines de nucléation

Myosines et mouvements