Cytosquelette et effets des médicaments

• Chapitre 5 aborde le cytosquelette.
• Les objectifs spécifiques sont de définir le terme cytosquelette.
• Également de nommer les trois éléments qui le composent comme les Microtubules, les Microfilaments fin d'actine et les filaments intermédiaires
• L'analyse de chaque élément comprend une description de ses caractéristiques morphologiques en microscopie électronique, sa composition moléculaire, sa distribution cellulaire et tissulaire, et ses propriétés physiologiques in situ.
• Comprendre l'effet de certaines drogues sur le cytosquelette et leurs applications thérapeutiques est essentiel.
• Il est important d'expliquer comment chaque composant du cytosquelette intervient dans les processus de biomotilité.
• Certaines pathologies lié à leur dysfonctionnement doivent être connues.

Monomères et Polymères

• Un monomère est une molécule simple qui peut se lier à d'autres molécules identiques pour former un polymère.
• En biologie, un monomère est une sous-unité constitutive des protéines multimériques ou des filaments protéiques du cytosquelette.
• L'agencement de deux monomères forme un dimère.
• L'assemblage de deux dimères forme un tétramère.
• L'agencement de plusieurs monomères forme un polymère.
• La polymérisation est la réaction de formation de chaînes macromoléculaires à partir d'entités plus légères.
• La polymérisation se réalise en présence de catalyseurs spécifiques.
• Des charges électriques de signe différent s'attirent, et la force d'attraction entre les monomères polarisés tend à les rapprocher.

Composants du Cytosquelette

• Les filaments intermédiaires ont comme sous-unité les lamines.
• Les microtubules ont comme sous-unité la tubuline.
• Les microfilaments ont comme sous-unité l'actine.

Définition et Fonctions du Cytosquelette

• Le cytosquelette est un ensemble de filaments protéiques présent dans le nucléoplasme et le hyaloplasme de toutes les cellules eucaryotes.
• Il peut être dispersé ou organisé en faisceaux, ou en structures complexes comme les centrioles, les cils et les flagelles.
• Il assure le maintien de la forme des cellules, formant une véritable charpente.
• Il est responsable de la mobilité de la cellule, des déformations et des déplacements cellulaires.
• Assure le déplacement des organites à l'intérieur du cytoplasme, ainsi que le trafic intracellulaire et le transport des molécules

Les Éléments Constitutifs du Cytosquelette

• Le cytosquelette est constitué de filaments protéiques formés par l'association de sous-unités protéiques.
• On peut compter sur les microtubules, les microfilaments d'actine, et les filaments intermédiaires.
• Les trois types se différencient par leur diamètre et leur localisation dans la cellule.
• Les microfilaments MF ont un diamètre d'environ 7 nm.
• Les filaments intermédiaires FI ont un diamètre de 7-10 nm.
• Les microtubules MT ont un diamètre d'environ 25 nm.

Les Microtubules

• Ils sont formés de dimères α et ß-tubulin et sont des cylindres creux .
• Il existe deux variétés de microtubules, labiles (instables) et stables.
• Les microtubules labiles sont isolés et souvent de grande taille.
• Les microtubules stables sont organisés en structures complexes comme les centrioles, cils et flagelles.
• La paroi externe de la structure MT est formée de 13 protofilaments.
• Les protofilaments sont formés d'une succession de deux types de protéines globulaires : alpha et bêta-tubuline.
• Talpha et Tbêta s'associent en dimères en présence de GTP et des ions Mg2+.
• Les dimères s'alignent pour constituer des protofilament.

Aspects en Microscopie Électronique

• Sur coupe mince après coloration positive, les MT apparaissent comme des cylindres creux de 25 nm de diamètre et 5 nm d'épaisseur, de longueur variable.

Architecture Moléculaire

• L'architecture moléculaire d'un microtubule implique l'association de 13 protofilaments avec un décalage.
• La direction des tubulines α ou β définit l'axe du microtubule.

Structure d'un Centriole

• La structure d'un centriole comprend des triplets et TUBLES de type C, B et A

Polarité et Instabilité Dynamique

• Les microtubules MT se polymérisent (s'allongent) et se dépolymérisent (se raccourcissent) continuellement.
• Chaque MT possède une extrémité (+) où la polymérisation est rapide et la dépolymérisation lente.
• Chaque MT possède une extrémité (-) où la dépolymérisation est rapide et la polymérisation lente.
• L'extrémité (+) joue un rôle essentiel grâce à la coiffe de GTP.

Rôle Physiologique in situ

• Les MT constituent un réseau dynamique et polarisé, qui irradie du centrosome vers la périphérie des cellules.
• Pendant l'anaphase, le centrosome est périnucléaire et les MT occupent le cytoplasme.

Médicaments Perturbant la Dynamique des Microtubules

• Certaines drogues perturbent la dynamique des MT et peuvent être utilisés comme traitement de cancer.
• La colchicine, la vinblastine, et le nocodazole bloquent la polymérisation et dépolymérisent les MT
• Taxol et GTPγs (empêchent l'hydrolyse du GTP en GDP) bloquent la dépolymérisation.
• La colchicine, extraite de plantes du genre Colchicum, est un inhibiteur de l'assemblage des microtubules utilisé comme substance antimitotique et anticancéreuse.
• Le nocodazole inhibe également l'assemblage des microtubules et utilisé comme substance antimitotique.

Protéines Associées aux Microtubules (MAP)

• Il existe des protéines associées aux MT ou MAP.
• Les MAP structurales stabilisent le réseau du MT et relient les MT parallèles entre eux, par exemple les MAP2.
• Dans les axones neuronaux, la protéine Tau est une MAP dont l'altération est à l'origine de la maladie d'Alzheimer.
• Les MAP motrices assurent le mouvement des organites et des vésicules le long des MT et présentent trois domaines.
• Le domaine de tête se fixe aux MT.
• Le segment est intermédiaire.
• Le domaine queue se fixe à la membrane des vésicules ou des organites à transporter.
• Les kinésines transportent vers l'extrémité (+).
• Les dynéines transportent vers l'extrémité (-).

Distribution Cellulaire et Tissulaire

• Dans une cellule épithéliale polarisée, les microtubules peuvent être orientés vers le cil.
• Dans un fibroblaste en culture, les microtubules rayonnent à partir du centrosome.
• Dans un neurone, les microtubules sont orientés le long de l'axone.

Mode d'Intervention des MT dans la Biomotilité 

• Les muscles MT sont impliqué dans la formation du fuseau de division et mouvements des chromosomes.
• Ils permettent le maintien de la forme des cellules.
• Ils facilitent la migration des vésicules d'endocytose et d'exocytose.
• Ils permet le maintien de la structure de la membrane plasmique.
• Ils assure l'intégrité de l'appareil de Golgi.
• Ils sont présents lors du transport axonal dans les cellules nerveuses.
• On les trouve également dans les cellules ciliées et flagellés
• Ils prennent part au transport dirigé des ARNm qui se lient au MTs par l'extrémité 3' non traduite.

Pathologies Humaines Liées au Dysfonctionnement des Microtubules

• Une stabilité réduite des microtubules a été observée dans plusieurs maladies neurodégénératives.
• Cela inclu la maladie d'Alzheimer (MA), la maladie de Parkinson (MP), la sclérose latérale amyotrophique (SLA).
• Sont aussi concernés la maladie des tauopathies comme la paralysie supranucléaire progressive.

Explorez le rôle du cytosquelette eucaryote, ses composants (microtubules, microfilaments d'actine, filaments intermédiaires) et leurs fonctions cellulaires. Découvrez l'étude des effets des médicaments et leurs applications thérapeutiques.