9 Théorique. Microtubules PDF

CYTOSQUELETTE Microtubules Microfilaments (Filaments d’actine) Filaments intermédiaires Hassan Bousbaa ([email protected]) Alexandra Teixeira ([email protected]) Daniel Pérez Mongiovi (d...

CYTOSQUELETTE Microtubules Microfilaments (Filaments d’actine) Filaments intermédiaires Hassan Bousbaa ([email protected]) Alexandra Teixeira ([email protected]) Daniel Pérez Mongiovi ([email protected])  Cytosquelette ▪ Réseau de filaments protéiques, flexibles et dynamiques, à travers le cytoplasme, s’étendant jusqu’aux bords de la cellule eucaryote. ▪ Rôle dans: - Organisation du cytoplasme - Forme des cellules et leur support - Mouvements cellulaires Vídeo - Mouvements cellulaires  Cytosquelette Les trois types de filaments du cytosquelette  Cytosquelette Les trois types de filaments du cytosquelette http://sites.google.com/a/blueprint.org/sandbox/_/rsrc/1256290978786/Home/glossary-of-terms/mechano-glossary--c/mechano-glo ▪ Les 3 fibres sont interconnectées par des protéines accessoires  Microtubules Structure et organisation Polymérisation des microtubules Polarité des microtubules Treadmilling Instabilité dynamique des MT Microtubules: cibles de la chimiothérapie du cancer Centrosome MAP (Microtubule-Associated Proteins) Fonctions  Microtubules Structure et organisation ▪ Sont des tubes creux, de 25 nm de diamètre, de longueur variable selon les microtubules ▪ Sont des structures dynamiques qui se forment et sont détruites en permanence  Microtubules Structure et organisation ▪ Les MT sont composés de 13 protofilaments, chaque protofilament est formé par polymérisation de doublets de tubulines  et   Microtubules Polymérisation des microtubules La polymérisation des dimères de tubuline  et  (chargées de GTP) commence à partir de l’anneau de tubuline  du centrosome → phase nucléation Durant la polymérisation, la tubuline  d’un dimère se lie à la tubuline  du dimère suivant (chargée de GTP) ; après polymérisation la GTP de la tubuline  est hydrolysée en GDP Formation d’un fragment de MT par association latérale de 13 protofilaments Élongation du microtubule par polymérisation (ajout de dimères) à l’éxtrêmité (+) → phase d’élongation  Microtubules Polymérisation des microtubules Nucléation  Microtubules Polarité des microtubules ▪ Les MT sont des structures polarisées, avec une extrémité (+) à croissance rapide (dirigée vers la périphérie de la cellule) et une extrémité (-) à dépolymérisation rapide (associée au centrosome) ▪ En terme de stabilité, 2 types de MT: - MTs stables (ex: MT des cils et flagelles) - MTs labiles, transitoires (ex: MT du fuseau mitotique)  Microtubules Treadmilling ▪ C’est un aspect dynamique des MT qui correspond au déplacement des MT (comme un tapis roulant) ▪ Le treadmilling résulte de l’addition constante des dimères à l’extrémité (+) et de leur soustraction constante de l’extrémité (-) ▪ Quand le rythme de croissance à l’extrémité (+) est égal à celui de décroissance à l’extrémité (-), la longueur du MT reste unchangé  Microtubules Instabilité dynamique des MT ▪ Les MT oscillent constamment entre des cycles de polymérisation et de dépolymérisation Transition entre polymérisation et dépolymérisation = Catastrophe Transition entre dépolymérisation et polymérisation = sauvetage ▪ Ce processus (catastrophe sauvetage) est connu par instabilité dynamique des MT et permet de moduler l’organisation spatiale des MT dans la cellule  Microtubules Instabilité dynamique des MT Le comportement des MT (Polymérisation/dépolymérisation) influencé par: - La disponibilité des dimères de tubuline-GTP (concentration critique) - Le taux d’hydrolyse des dimères de tubuline-GTP en tubuline-GDP. Si [tubuline-GTP] > taux d’hydrolyse de GTP → Polymérisation Si taux d’hydrolyse de GTP > [tubuline-GTP] → Dépolymérisation  Microtubules ▪ L’addition de tubuline-GTP à l’extrémité (+) favorise l’addition d’autres dimères; Instabilité dynamique des MT Une coiffe de tubuline-GTP doit être maintenue à cette extrémité pour promouvoir la croissance ▪ L’extrémité (+) ayant tubuline-GDP est instable e est vouée à la dépolymérisation Coiffe de GTP  Microtubules Instabilité dynamique des MT Instabilité dynamique des MT Vídeo 1 Instabilité dynamique des MT Vídeo 2  Microtubules Microtubules: cibles de la chimiothérapie du cancer Cancer du sein* Lymphome de Hodgkin. Le sarcome de Kaposi. Lymphome non hodgkinien Cancer des testicules. Il est utilisé pour traiter le cancer du sein, le cancer de l'ovaire, le cancer du pancréas et le sarcome de Kaposi.  Microtubules Centrosome ▪ Centre organisateur des microtubules (MTOC) chez les cellules animales, composé de 2 centrioles, disposés perpendiculairement, eux-mêmes composés de MT et entourés d’un matériel amorphe (matériel péricentriolaire)  Microtubules Centrosome Le centriole: composé de 9 triplets de microtubules (A, B et C) périphérique, les Microtubules B et C de chaque triplet partageant 3 protofilaments (structure 9T+0, comparable à celle des corpuscules basaux)  Microtubules Centrosome 2 paires de centrioles dans une cellule en mitose (MET)  Microtubules Centrosome Localisation dans différents types cellulaires cil/flagelle Cellule en Corpuscule basal interphase Cellule ciliée centrosome Pôle du fuseau centrosome Cellule en division axone Cellule nerveuse ▪ L’extrêmité (-) des MT est toujours ancrée dans le MTOC; ▪ L’extremidades (+) est dirigée vers la membrane plasmique ou les chromosomes durant la mitose  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) ▪ Deux types: - MAP stabilisatrices - MAP déstabilisatrices ▪ Fonctions: - réguler la longueur des microtubules - relier les microtubules entre eux ou à d’autres structures (organites par ex.) - stabilité des microtubules - Transport le long des microtubules (moteurs moléculaires)  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) Exemple de MAP stabilisatrices des MT dans les neurones: MAP2 et Tau Faisceaux larges Faisceaux étroits  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) MAP stabilisatrices/déstabilisatrices et régulation de la croissance des MT  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) MAP stabilisatrices/déstabilisatrices et régulation de la croissance des MT EB1 (très conservée) reconnaît la structure en croissance des microtubules, intervient avec d'autres protéines pour exploiter les forces des microtubules afin de déplacer le fuseau, les chromosomes ou les organites.  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) ▪ Les MAP motrices (moteurs moléculaires) et transports cellulaires le long des MT - Kinésines, direction du mouvement: de l’extrêmité (-) vers l’extrêmité (+) du MT - Dynéine, direction du mouvement: de l’extrêmité (+) vers l’extrêmité (-) du MT. Deux types: dynéine cytoplasmique et dynéine des cils/flagelles Dynéine Kinésine  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) ▪ Les MAP motrices (moteurs moléculaires) et transports cellulaires le long des MT Transport d’organites et des vésicules  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) ▪ Les MAP motrices (moteurs moléculaires) et transports cellulaires le long des MT Exemple de modification rapides de granules pigmentaires chez les mélanocytes du certains poissons, responsables des modifications rapides de la coloration de la peau. ▪ Les MAP motrices (moteurs moléculaires) et transports cellulaires le long des MT Vídeo - Transports cellulaires le long des MT  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) ▪ Les MAP motrices (moteurs moléculaires) et transports cellulaires Transport des chromosomes durant la mitose Lors de l’anaphase, le transport des chromosomes vers les pôles est assurée par la dynéine et la dépolymérisation des microtubules au niveau de leu extrémité (+) https://www.youtube.com/watch?v=o1eWJZPDmxE  Microtubules MAP (Microtubule-Associated Proteins) ▪ Les MAP motrices (moteurs moléculaires) et transports cellulaires https://www.youtube.com/watch?v=o1eWJZPDmxE https://www.youtube.com/watch?v=o1eWJZPDmxE  Microtubules Fonctions Cils ▪ Cils et des flagelles - Cils et flagelles sont des projections de la membrane plasmique, supportées par les MTs - Sont responsables des mouvements de plusieurs cellules eucaryotes (différents des flagelles des bactéries) - Cils et flagelles ont 0,25 m de diamètre. Les flagelles sont plus long (200 m) que les cils (10m); les cils étant plus nombreux - Fonction: Locomotion de la cellule Mouvements des particules autour de la cellule * Lescils sont très importants dans les voies respiratoires pour déplacer les débris hors des poumons. Les cils sont également essentiels à la fécondation car les cils qui tapissent les trompes de Un champ de cils (MEB) Fallope déplacent l'embryon vers l'utérus  Microtubules Fonctions B A ▪ Cils et des flagelles Battements ciliaire/mouvement de flagelle: se déroule en 2 phases: - Battement de poussée (1 et 2 de la figure) - Battement de récupération (3, 4 et 5 de la figure)  Microtubules Fonctions ▪ Cils et des flagelles Organisation des microtubules dans un cil (ou flagelle)  Microtubules Fonctions ▪ Cils et des flagelles  Microtubules Fonctions ▪ Cils et des flagelles ▪ Axonème - Structure fondamentale des cils et flagelles - Formé de microtublues disposés en 9 doublets périphériques et 2 MTs centraux → structure 9+2 - Chaque doublet périhérique contient: 1 Microtubule A: c’est un MT complet (13 protofilaments) 1 Microtubule B: MT incomplet (10 protofilaments), partageant 3 protofilaments avec le MT A Bras de dynéine externe Bras radiaire Gaine interne Pont de Paire de nexine microtubules centraiux Membrane plasmique Bras de dynéine interne Microtubule A Microtubule B Axonème 9+2 (TEM). CT d’un flagelle Axonème (structure 9+2) de Chlamydomonas  Microtubules Fonctions ▪ Cils et des flagelles Battement ciliaire/mouvement des flagelles - Après hydrolyse d’ATP, les bras de dynéine se fixent sur le doublet voisin et y migrent. Comme les doublets sont interconnectés par les ponts de nexine et fixés à la base du cil/flagelle, ils se plient au lieu de coulisser. Ceci explique la phase « battement de poussée». Après ce mouvement, les dynéines arrêtent de migrer et le cil reprend sa place initiale (battement de récupération).