Fiche de révision : Migration cellulaire et cytosquelette d’actine

📋 Plan du Cours

1. Rôles et principes de la migration
2. Chimiokines et chimiotaxie
3. Types de locomotion cellulaire
4. Signalisation et cytosquelette migratoire
5. Cycle et polarisation de la migration
6. Trafic membranaire et adhésion
7. Familles de molécules d’adhésion
8. Cadhérines et jonctions cellulaires
9. Intégrines et adhésion à la MEC
10. CAM, sélectines et diapédèse
11. Organisation du cytosquelette
12. Actine et polymérisation
13. Architecture et régulation de l’actine
14. Protéines régulatrices de l’actine
15. Myosines et fonctions cellulaires
16. Fonctions spécialisées de l’actine
17. Toxines et dynamique de l’actine

📖 1. Rôles et principes de la migration

🔑 Notions clés & Définitions

• Migration cellulaire : Phénomène étroitement associé à la prolifération et à la différenciation, participant à l’organisation des tissus.

★ À maîtriser

• La migration cellulaire intervient dans:

  • l’embryogenèse
  • le développement
  • l’organisation tissulaire
  • la réponse immunitaire
  • l’inflammation
  • la coagulation
  • la cicatrisation

• Lors d’une infection, les cellules immunitaires sont redistribuées et migrent vers le lieu de l’infection sous l’effet de signaux chimiques.

Compléments

• Les conséquences pathologiques comprennent:
  • le cancer avec métastases
  • l’athérosclérose
  • les maladies de la peau
  • les maladies du tissu conjonctif

💡 Astuce mémo

Signal approprié → migration dirigée → organisation tissulaire

📖 2. Chimiokines et chimiotaxie

🔑 Notions clés & Définitions

• Chimiokines : Superfamille de polypeptides de 6 à 14 kDa comprenant environ 50 molécules et possédant généralement quatre résidus cystéines conservés.
• Récepteurs aux chimiokines : Récepteurs à sept domaines transmembranaires couplés aux protéines G.

📝 Points essentiels

• Les chimiokines sont classées en quatre sous-groupes selon l’organisation de leurs cystéines : C, CC, CXC et CX3C.

• Les chimiokines produites au site d’infection forment un gradient chimique qui attire les leucocytes exprimant le récepteur correspondant.

💡 Astuce mémo

C, CC, CXC, CX3C

📖 3. Types de locomotion cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Chimiotaxie : Migration dirigée par un chimioattractant soluble présent dans la phase fluide.
• Haplotaxie : Migration dirigée par un gradient de chimioattractant associé à une surface, notamment à la matrice extracellulaire.
• Nécrotaxie : Cas particulier de chimiotaxie dans lequel le chimioattractant provient de cellules nécrotiques ou apoptotiques et peut attirer ou repousser les cellules.

💡 Astuce mémo

Soluble : chimiotaxie ; surface : haplotaxie ; cellules mortes : nécrotaxie

📖 4. Signalisation et cytosquelette migratoire

📝 Points essentiels

• Ils activent notamment:

  • la protéine kinase C
  • la PI3-kinase
  • les GTPases de la famille Rho

• Rho active la profiline et la cofiline, tandis que Rac et Cdc42 modulent le complexe de nucléation de l’actine ARP2/3, ce qui contrôle la réorganisation du cytosquelette.

• La réorganisation de l’actine permet la formation des fibres de stress, des lamellipodes et des filopodes, qui assurent la motilité cellulaire et la migration dirigée.

💡 Astuce mémo

Chimiokine → RCPG → Rho/Rac/Cdc42 → actine → motilité

📖 5. Cycle et polarisation de la migration

🔑 Notions clés & Définitions

• Polarisation cellulaire : Acquisition d’un phénotype dans lequel l’avant contient un lamellipode et l’arrière contient le noyau et la majorité du cytoplasme.

★ À maîtriser

• La migration cellulaire suit les étapes de protrusion, adhésion, translocation et rétraction.

Compléments

📌 Dans une matrice tridimensionnelle, la cellule doit dégrader partiellement la matrice extracellulaire afin de créer un espace de migration.

💡 Astuce mémo

Protrusion → adhésion → translocation → rétraction

📖 6. Trafic membranaire et adhésion

★ À maîtriser

📌 Une adhésion trop faible empêche la cellule de générer une traction efficace, tandis qu’une adhésion trop forte la maintient accrochée et empêche sa migration.

Compléments

• L’exocytose régulée apporte de la membrane à l’extension cellulaire et fournit les récepteurs nécessaires au chimiotactisme et à l’adhésion.

• L’endocytose régule la disponibilité des récepteurs de chimiotactisme et d’adhésion et permet leur recyclage de l’arrière vers l’avant de la cellule.

• La protéine SNARE endosomique VAMP3 participe à l’endocytose et à l’exocytose des intégrines et régule l’adhérence cellulaire au substrat.

💡 Astuce mémo

Adhésion trop faible : traction insuffisante ; trop forte : cellule immobilisée

📖 7. Familles de molécules d’adhésion

📝 Points essentiels

• Les quatre familles principales sont:

  • les intégrines
  • les cadhérines
  • la superfamille des immunoglobulines
  • les sélectines

• Les molécules d’adhésion participent à l’adhérence cellule-cellule, à l’adhérence cellule-matrice extracellulaire, à l’architecture des tissus et à la transmission de signaux intracellulaires.

💡 Astuce mémo

I-C-I-S : intégrines, cadhérines, Ig, sélectines

📖 8. Cadhérines et jonctions cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Cadhérines : Glycoprotéines transmembranaires responsables d’interactions cellule-cellule homophiliques et dépendantes du calcium.

★ À maîtriser

• Les principales cadhérines classiques sont:
  • E-cadhérine : cellules épithéliales et embryonnaires
  • P-cadhérine : placenta et épiderme
  • N-cadhérine : neurones et muscles
  • VE-cadhérine : cellules endothéliales vasculaires

📌 Les ions Ca²⁺ se fixent entre les domaines extracellulaires des cadhérines, assurent la rigidité de leur structure et permettent leur dimérisation, tandis qu’une diminution du calcium extracellulaire entraîne une perte d’adhésion.

• Le complexe cadhérine-caténine relie les cadhérines aux filaments d’actine : la cadhérine se lie aux caténines β et γ, qui se lient à l’α-caténine directement connectée à l’actine.

Compléments

• Dans le pemphigus vulgaire, des anticorps dirigés contre la desmogléine 3 bloquent la formation des desmosomes et provoquent le décollement des couches supérieures de l’épiderme.

💡 Astuce mémo

Une fermeture éclair Ca²⁺-dépendante relie deux cellules voisines

📖 9. Intégrines et adhésion à la MEC

🔑 Notions clés & Définitions

• Intégrines : Glycoprotéines transmembranaires dimériques formées d’une sous-unité α et d’une sous-unité β associées de manière non covalente.

★ À maîtriser

• Les intégrines reconnaissent la matrice extracellulaire, notamment la fibronectine, la laminine et le collagène, et relient indirectement cette matrice au cytosquelette d’actine.

• Le domaine extracellulaire de la sous-unité β reconnaît notamment le motif RGD de la fibronectine, tandis que la sous-unité α régule l’affinité et lie des cations divalents Ca²⁺ ou Mg²⁺.

📌 Les adhérences focales relient les intégrines aux filaments d’actine par la taline, la vinculine et la paxilline, tandis que les hémidesmosomes relient les intégrines aux filaments intermédiaires de kératine par la plectine et BP230.

Compléments

• Il existe 18 isoformes de la sous-unité α et 8 isoformes de la sous-unité β, donnant 25 combinaisons différentes d’intégrines identifiées.

💡 Astuce mémo

Adhérence focale–actine : dynamique ; hémidesmosome–kératine : stable

📖 10. CAM, sélectines et diapédèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Sélectines : Molécules d’adhésion impliquées dans des liaisons hétérotypiques, transitoires et calcium-dépendantes entre cellules.

★ À maîtriser

• Les molécules de la superfamille des immunoglobulines peuvent établir des liaisons homophiliques ou hétérophiliques indépendantes du calcium.

• Lors de la diapédèse, les sélectines permettent d’abord le roulement des leucocytes, le PAF active ensuite les leucocytes, les intégrines se lient fortement à ICAM, puis les leucocytes traversent la paroi vasculaire.

📌 Un déficit génétique de la chaîne β des intégrines empêche l’adhésion et la diapédèse des leucocytes, mais ne perturbe pas leur roulement, ce qui entraîne des infections répétées.

Compléments

• Les principales CAM citées sont:
  • ICAM : leucocytes et endothélium
  • VCAM : cellules endothéliales
  • PCAM : plaquettes
  • NCAM : cellules neuronales

💡 Astuce mémo

Roulement → activation → adhésion ferme → diapédèse → chimiotaxie

📖 11. Organisation du cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytosquelette : Réseau tridimensionnel hautement dynamique de protéines filamenteuses occupant la majorité de l’espace cellulaire.

📝 Points essentiels

• Le cytosquelette assure:
  • le support structurel
  • le transport actif
  • la génération des forces mécaniques
  • la transduction des forces mécaniques
  • la communication intracellulaire

📌 Les microfilaments d’actine participent à l’adhésion et à la mobilité, les microtubules au transport intracellulaire et à la forme cellulaire, et les filaments intermédiaires à la résistance mécanique.

💡 Astuce mémo

Actine : mouvement ; microtubules : transport ; intermédiaires : résistance

📖 12. Actine et polymérisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Actine F : Filament formé par la polymérisation linéaire de monomères d’actine G.

• Tapis roulant : Polymérisation à l’extrémité + et dépolymérisation à l’extrémité − lorsque la concentration d’actine G est comprise entre 0,1 et 0,8 μM, sans modification de la longueur totale du filament.

📝 Points essentiels

• Les microfilaments d’actine ont un diamètre de 5 à 9 nm et génèrent des forces nécessaires à la motilité, à la contraction musculaire, à la division cellulaire, à la cytocinèse et aux mouvements des organelles et des vésicules.

• 🔄 La polymérisation comprend: la nucléation par association de 3 à 4 monomères, l’élongation du filament, l’état d’équilibre dynamique

📌 L’extrémité barbée (+) de l’actine est le site principal d’ajout des monomères, tandis que l’extrémité pointue (−) peut subir une dépolymérisation.

• La concentration critique de l’actine est d’environ $0{,}1\ \mu\mathrm{M}$ à l’extrémité + et $0{,}8\ \mu\mathrm{M}$ à l’extrémité −.

💡 Astuce mémo

Nucléation → élongation → équilibre dynamique

📖 13. Architecture et régulation de l’actine

★ À maîtriser

• Elles organisent l’actine en:
  • faisceaux parallèles
  • faisceaux contractiles
  • réseaux en maille

• Les structures d’actine se localisent notamment dans:
  • les filopodes et microvillosités : faisceaux parallèles
  • les lamellipodes et le cortex : réseaux en maille
  • les fibres de stress et anneaux mitotiques : faisceaux contractiles

Compléments

• La fascine relie les filaments d’actine en faisceaux rigides présents notamment dans les filopodes et les lamellipodes, et sa liaison à l’actine est régulée par phosphorylation et déphosphorylation.

• La filamine relie les réseaux d’actine aux récepteurs membranaires, stimule la formation des lamellipodes et contribue à la stabilité mécanique cellulaire.

💡 Astuce mémo

Faisceaux parallèles : protrusion ; réseaux : lamellipodes ; faisceaux contractiles : traction

📖 14. Protéines régulatrices de l’actine

★ À maîtriser

• Le complexe Arp2/3, composé de sept sous-unités, nucléé de nouveaux filaments filles à partir d’un filament mère avec un angle d’environ 70° et participe à la formation des lamellipodes.

• Un stimulus active Cdc42, qui active WASp ; WASp se lie ensuite à Arp2/3 et déclenche la nucléation de l’actine.

• La formine stimule la nucléation et l’élongation de l’actine, forme des faisceaux parallèles typiques des filopodes et établit une connexion entre les filaments d’actine et les microtubules.

📌 La thymosine β4 et la twinfiline séquestrent les monomères d’actine G et empêchent leur incorporation, tandis que la profiline peut à la fois séquestrer l’actine G-ADP et favoriser l’échange ADP vers ATP.

📌 Les protéines de coiffage se fixent à l’extrémité barbée (+), empêchent l’ajout de monomères et favorisent la dépolymérisation à l’extrémité pointue (−).

Compléments

• La gelsoline lie le calcium, se fixe à l’actine F, clive le filament, puis coiffe l’extrémité barbée et empêche sa repolymérisation immédiate.

📌 La cofiline active sous forme déphosphorylée provoque la fragmentation des filaments et la dissociation de monomères à l’extrémité pointue, tandis que sa phosphorylation l’inactive.

💡 Astuce mémo

Nucléer, séquestrer, coiffer, fragmenter

📖 15. Myosines et fonctions cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Myosines : Protéines motrices qui convertissent l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP en travail mécanique sur les filaments d’actine.

★ À maîtriser

• Les myosines se déplacent sur les filaments d’actine vers l’extrémité barbée (+) et peuvent transporter des vésicules, des organelles ou des protéines.

📌 La myosine I est monomérique et participe surtout au transport vésiculaire et à l’exocytose, tandis que la myosine II est dimérique et génère la contraction des fibres de stress.

• 🔄 Le cycle de déplacement comprend:
  1. fixation de l’ATP et détachement
  2. hydrolyse de l’ATP et redressement
  3. fixation à un nouveau site d’actine
  4. expulsion de l’ADP et traction

Compléments

• La myosine V est dimérique et participe au transport vésiculaire vers la membrane plasmique, notamment au transport de vésicules de mélanine dans les mélanocytes, tout en faisant le pont entre actine et microtubules.

💡 Astuce mémo

ATP hydrolysé → changement de conformation → déplacement mécanique

📖 16. Fonctions spécialisées de l’actine

🔑 Notions clés & Définitions

• Filopodes : Fines protrusions membranaires constituées de faisceaux parallèles d’actine, qui sondent l’environnement extracellulaire et modifient la direction ou la vitesse de migration.

• Lamellipodes : Fins feuillets membranaires du bord principal de la cellule, constitués d’un réseau en maille d’actine et permettant la migration sur un support.

★ À maîtriser

• Les microvillosités augmentent la surface apicale des cellules et améliorent la capture des nutriments ; elles contiennent des faisceaux parallèles d’actine associés notamment à la fimbrine ou à la viline.

• La migration cellulaire implique l’extension des lamellipodes et filopodes, la formation de points focaux, la contraction des fibres de stress avec translocation, puis le détachement des adhésions postérieures.

Compléments

• Les microvillosités mesurent 1 à 2 μm de hauteur et peuvent contenir 25 à 30 filaments d’actine parallèles maintenus par des protéines de réticulation.

💡 Astuce mémo

Microvillosité, filopode, lamellipode, ceinture d’adhérence

📖 17. Toxines et dynamique de l’actine

★ À maîtriser

• La phalloïdine produite par l’amanite phalloïde se lie aux filaments d’actine et empêche leur dépolymérisation, provoquant leur accumulation.

• La cytochalasine D se lie aux extrémités barbées (+) des filaments d’actine et inhibe leur polymérisation.

• La latrunculine A séquestre l’actine G monomérique dans le cytoplasme et rend les monomères indisponibles pour l’élongation et la polymérisation.

Compléments

• Le jasplakinolide induit une polymérisation amorphe et incontrôlée de l’actine en augmentant la nucléation et en s’intercalant tous les trois monomères.

💡 Astuce mémo

Phalloïdine stabilise ; cytochalasine et latrunculine inhibent la polymérisation

📊 Tableaux de synthèse

Principales molécules d’adhésion