Biologie Cellulaire Maazaz PDF

Biologie cellulaire Pr. Bennis 1 Meryem Maazaz 2 3 I- Généralités : Le noyau des cellules eucaryotes est : Limité par une membrane nucléaire. Siège de la synthèse de l’ADN et de l’ARN. Se caractérise par sa taille, sa forme, ainsi que le nombre et la position. Organite qui occupe 10% du volume cellulaire total (et environ 90% si la cellule est tumorale) Organite non homogène et granulé avec une forme sphérique à ovoïde. Organite à taille variable (mais R=N/C est toujours constant ; c’est un critère de diagnostic de pathologies tumorales) Souvent unique dans une cellule. Quelques exceptions : - Hématies : pas de noyau. - Fibres musculaires et ostéoclastes : plusieurs noyaux (cellules polynuclées) - Hépatocyte : 2 noyaux sphériques. - Tissu graisseux : noyaux excentrés (noyau basal) - Polynucléaire : polylobé. II- Les constituants nucléaires : 1/ Enveloppe nucléaire : C’est une double membrane séparée par un espace périnucléaire et qui représente une barrière sélective entre le cytosol et le nucléoplasme. Sa membrane externe est en continuité avec le réticulum endoplasmique rugueux (RER où il y a des ribosomes), alors que sa membrane externe repose sur une structure fibreuse (lamina). Les deux membranes se joignent au niveau des pores nucléaires. Cette enveloppe nucléaire ne peut être franchie qu’au niveau des pores nucléaires qui sont entre 2000 et 4000 par noyau. 4 Schémas représentant la structure de l’enveloppe nucléaire : 5 Schéma représentant la membrane interne et la lamina : o Laminas : Il en existe 2 types : Þ Les laminas A et C (type A) sont présentes dans toutes les cellules. Þ Les laminas B1 et B2 (type B) sont présentes dans les cellules indifférenciées. 6 2/ Les pores nucléaires : Ils résultent de la jonction des 2 membranes interne et externe et permettent l’échange entre le noyau et le cytosol ( protéines, ARN, etc… ). Leur nombre varie en fonction de l’activité des cellules et est à son maximum durant la division cellulaire. Le passage par les pores nucléaire est passif pour les petites molécules ( > 2 kilodalton ), et est actif ( nécessite de l’énergie ) pour les grandes molécules ( < 5KD ). Le pore nucléaire est un canal, de 30 à 100 nm de diamètre, comportant des fibrilles, des filaments et 3 grands anneaux : Cytoplasmique. Nucléaire. Distal. Chacun des 3 anneaux est formé d’un agencement de 8 protéines (octogonale). Le pore nucléaire est constitué de plusieurs centaines de protéines appelées « nucléoprotéines ». La phosphorylation et la déphosphorylation de ces protéines pendant la division cellulaire intervient dans la dégradation de ce pore nucléaire. 7 3/ Les fonctions de la membrane nucléaire : La membrane nucléaire régularise les échanges nucléo-cytoplasmiques et assure un transport sélectif des molécules. Le complexe poreux (les pores nucléaires) qui s’y trouve est le lieu présumé du transfert des macromolécules. Ce passage des macromolécules à travers les pores nucléaires ne se fait qu’en présence de la NLS à l’import, la NES à l’export, le Ca2+, et l’ATP. NB : Les seules molécules qui ne nécessitent pas de signal pour traverser sont les ARNm matures cas elles sont reconnues par les protéines du pore nucléaire. 4/ Trafic moléculaire à travers le pore nucléaire : a) Import de la protéine rétinoblastome (Rb) : 1. La protéine à importer portant le signal NLS se lie à l’importine alpha (protéine adaptatrice 60KDA) qui l’a reconnue grâce au signal. 2. L’importine alpha se lie à l’importine beta (protéine réceptrice 97KDA) 3. Ce complexe (protéine + importine alpha + importine beta) se lie aux filaments cytoplasmiques sur une séquence NUP358 (nucléoporine). 4. Le complexe franchi le pore nucléaire. 5. Le complexe est attiré vers une séquence NUP153 par étirement et rétraction. 6. Dans le milieu intranucléaire, l’importine beta se lie au complexe RAN-GTP qui entraine la dissociation du complexe et la libération de la protéine Rb. 7. Le complexe RAN-GTP entraine l’importine vers le cytoplasme. 8. L’enzyme RAN-GAP (GTPase activating protein) hydrolyse la RAN-GTP en RAN- GDP ce qui permet de libérer l’importine dans le cytoplasme. 8 b) Export de la protéine STAT 1 : 1. La protéine à exporter portant le signal NES se lie au récepteur exportine-1 (123 KDA). 2. Le complexe reconnait le RAN-GTP et se fixe à lui. 3. Le complexe (protéine + exportine-1 + RAN-GTP) se lie aux filaments nucléoplasmiques sur une séquence NUP153. 4. Le complexe se déplace vers l’anneau central puis se fixe sur les filaments cytoplasmiques NUP358. 5. L’exportine se lie à RAN-GAP qui, en hydrolysant RAN-GTP (hydrolyse du GTP) en RAN-GDP, libère la protéine dans le cytoplasme. 6. Le complexe exportine-RAN-GDP retourne dans le nucléoplasme à travers un pore nucléaire et y libère l’exportine grâce à l’intervention de RAN-GEF qui hydrolyse RAN-GDP en ??RAN-GUP ?? RAN-GTP ?? NB : Le gradient RAN-GTP / RAN-GDP de part et d’autre de l’enveloppe nucléaire est dû à l’activité de RAN-GAP dans le cytoplasme et RAN-GEF dans le noyau. 9 5/ Nucléole : C’est un organite dense, sphérique et sans membrane visible. Il est de nombre unique et peu visible (peut être absent si la cellule est de faible activité métabolique = spz). C’est le centre de synthèse des ribosomes. Il est composé de 3 zones : Zone peu dense formée d’ADN. Zone fibrillaire dense formée d’ARNr. Zone granulaire périphérique formée de ribosomes. Synthèse des ribosomes : ¨ Étape 1 : Þ La transcription de l’ADN en pre-ARNr (45s) < ARNp I > dans la zone fibrillaire du nucléole. Þ La transcription d’une autre séquence d’ADN en ARNr (5s) dans le nucléoplasme < ARNp III > Þ La transcription de l’ADN en ARNm dans le nucléoplasme. ¨ Étape 2 : Þ Découpage du pre-ARNr en 3 ARNr (18s , 28s , 5.8s) (clivage avec les sno RNP) Þ Traduction de l’ARNm en prot RPS et RPL dans le cytoplasme. ¨ Étape 3 : Dans la zone granulaire : Þ La protéine RPS s’associe avec l’ARNr 18s pour former la petite sous unité du ribosome 40s (33 protéines ribosomiques). Þ La protéine RPL s’associe avec l’ARNr 28s , 5.8s et 5spour former la grande sous unité du ribosome 60s (49 protéines). ¨ Étape 4 : Formation de ribosomes néoformés qui deviennent fonctionnels dans le cytoplasme. NB : Les ARNr sont désignés par leur valeur « s » qui réfère à leur vitesse de sédimentation dans une ultracentrifugeuse. S ARNr 10 6/ Nucléoplasme (matrice nucléaire) : - Condensé autours du nucléole et de l’enveloppe nucléaire et décondensé en réseau à mailles plus ou moins lâches. - Riche en cations (Na+, Ca2+, Mg2+). - Composé d’un réseau filamenteux (charpente protéique = nucléosquelette) - Contient des protéines nécessaires à la réplication et à la transcription d’ADN. - Subit un désassemblage lors de la mitose. 7/ Chromatine : Hétérochromatine : Condensée et composée de gènes non exprimés, elle constitue 90% d’ADN réparti dans les centromères, les télomères et l’ADN répétitif. Euchromatine : Décondensée et composée de gènes exprimés. La constitutive : ADN sans gènes fonctionnels. La facultative : ADN non fonctionnel dans la cellule observée mais peut être transcrit dans d’autres cellules. 8/ Protéines associées à la chromatine : Histones : Protéines basiques (H1, H2A, H2B, H3 et H4) nécessaires à la compaction de l’ADN et ils sont chargées positivement ce qui explique les liaisons covalentes avec l’ADN qui est chargé négativement. Protéines non-histoniques. 11 Activités et dysfonctionnement nucléaire en clinique Le cycle cellulaire est une série d’évènements organisés et contrôlés qui entrainent la modification des différents composants du noyau (chromatine, ADN, nucléole, membrane nucléaire, CPN, etc…) et qui aboutissent à la génération de 2 cellules filles identiques entre elles et identiques à la cellule mère. Les modifications ayant lieu pendant le cycle cellulaire sont assurés par des protéines et des enzymes. Les conséquences positives sont la divisions et le renouvellement cellulaire, cependant il y a également des conséquences négatives tel que des altérations et des pathologies. 1/ Modification de la fibre chromatinienne : Pour se contenir dans le noyau qui est de l’ordre de 1 micromètre, l’ADN (1,5 à 2m) doit subir des compactions assurées par les histones dont la phosphorylation assure une compaction maximale de l’ADN ce qui donne naissance aux chromosomes. ¨ Histones : Ce sont des protéines basiques fabriquées dans le cytoplasme. Elles passent dans le noyau à travers le CPN grâce au signal NLS pour assurer : - Compaction d’ADN (former les nucléosomes) = H2A, H2B, H3, H4 (Histones de cœur). - Empilement des nucléosomes formés = H1 (Histone de liaison) 12 ¨ Nucléosome : Le nucléosome octamèrique est formé par 8 histones qui sont : 2 exemplaires de H3, H4 H2A et H2B. L’ADN s’enroule 2 fois (2 tours) autour du nucléosome octamèrique = 1ère compaction. Les nucléosomes sont régulièrement espacés par un lien inter-nucléosomique (formation du collier de perle). L’empilement des nucléosomes par l’histone H1 donne le chromosome. ¨ Chromosome : Chez l’être humain, il existe 22 paires d’autosomes et une paire de gonosomes. Les chromosomes interphasiques sont invisibles mais ceux métaphasiques sont visible à travers le microscope optique. 2/ Activités du noyau (modifications d’ADN) : La transmission de l’information génétique se fait à travers : La réplication de l’ADN. La transcription de l’ADN en ARN. La traduction de l’ARN en protéines. 13 2.1. La réplication d’ADN : ¨ Étape 1 : Déroulement et séparation des 2 brins d’ADN par l’enzyme hélicase puis insertion de la topoisomérase qui facilite l’élongation et évite les torsions. ¨ Étape 2 : Synthèse des amorces d’ARN (composées de 10 nucléotides) par la primase à l’extrémité 3’ de chaque brin car la réplication se fait suivant le sens 5’à 3’ ¨ Étape 3 : Association de la primase et l’ADNpolymérase, ainsi commence la synthèse des brins complémentaires par l’ADNpolymérase, et on remarque que l’élongation est continue suivant le brin 3’à 5’, le brin synthétisé est alors appelé brin direct, avancé ou précoce. Cependant suivant le brin 5’à3’ l’élongation est discontinue et nécessite à chaque fois une amorce d’ARN, le brin néosynthétisé est alors sous forme de fragments d’Okazaki (200pb) et est appelé brin indirect, tardif ou retardé. ¨ Étape 4 : Remplacement des amorces de l’ARN par de l’ADN grâce à ARNase, les lacunes sont comblées par une ADNpolymérase particulière. ¨ Étape 5 : Liaison des fragments d’Okazaki par la ligase. En résumé : 1) Initiation : Étape 1. 2) Élongation : Étape 5. 3) Obtention de 2 molécules d’ADN. 4) Fidélité de la réplication : L’ADN peut subir des lésions accidentelles pendant sa réplication, pour une stabilité du génome, plusieurs systèmes de réparation interviennent. § MMR (mismatch repair) : Réparation des mésappariements. § NER (Nuleotide excision repair) : Réparation des nucléotides modifiés. § BER (Base excision repair) : Réparation des bases modifiées. § DSB (Double strand break) : Réparation des cassures des 2 brins. 14 2.2. Transcription et traduction : ¨ Transcription : La transcription est un processus qui repose sur le fait d’effectuer une copie conforme et complémentaire du brin 3’à5’ de l’ADN appelée le pré-ARNm et ce grâce à l’ADNpolymérase III. La transcription est toujours assurée selon le sens 5’à3’. Le pré-ARNm subit ensuite une maturation qui commence par un épissage puis une excision des introns et enfin un renforcement des extrémités, ainsi, il y a formation d’un ARNm mature composé que d’exons (maturation post- transcriptionnelle). L’ARNm mature quitte alors le noyau en absence d’exportine ou d’énergie (transport/ passage passif) et ce car sa coiffe présente une affinité avec les nucléoporines permettant ce transport. NB : La coiffe est un nucléotide modifié présent dans l’extrémité 5’ de l’ARNm. Cette modification se fait au moment de la transcription par des enzymes nucléaires. Elle permet la protection des ARNm contre la dégradation enzymatique et permet également le recrutement des ribosomes pour la traduction. ¨ Traduction : Une fois que l’ARNm mature arrive dans le cytoplasme, il subit une traduction suivant le code génétique dans le sens 5’à3’. Ainsi la traduction est une interprétation des codons de l’ARNm en acides aminés ; il en résulte alors une protéine fonctionnelle. Processus : a. Initiation : La petite sous unité du ribosome se fixe sur l’ARNm précisément sur l’extrémité N-terminale (5’) qui comporte le codon initiateur AUG. Ensuite, la grande sous-unité qui présente 2 sites de fixation de l’ARNt (le site A qui le recueille et le site P où se forme la chaîne peptidique) vient se fixer parallèlement à la petite sous-unité sur l’ARNm. Après quoi l’ARNt arrive en portant la méthionine et s’installe sur le site P. b. Élongation : Le 2ème ARNt arrive sur le site A puis sur le site P, ainsi se forme la 1ère liaison peptidique entre ce 2ème ARNt et le 1er. La lecture de l’ARNm continue alors. c. Terminaison : Lorsque le site A arrive sur un codon stop (UAA, UAG, UGA), une protéine, semblable à l’ARNt mais ne transporte pas d’acides aminés, appelée un facteur de terminaison se fixe sur le site A permettant la libération du dernier ARNt. La méthionine se détache alors de la chaîne peptidique et la protéine libérée va être transportée par des vésicules. 15 2.3. Types d’ARN : ARNm : - Représente 2% des ARN. - ARN de grande taille. - Transcrit par l’ARNpolymérase III. - Orientation 5’à3’. - Copie conforme et complémentaire du brin transcrit de l’ADN. - Support de la traduction. ARNt : - Représente 18% des ARN. - ARN de petite taille (70 à 100 nucléotides) - Transcrit par l’ARNpolymérase III. - Chaque ARNt est spécifique à un acide aminé (=il en existe une vingtaine) - Indispensable à la synthèse des protéines (car ils transportent les anticodons complémentaires aux codons de l’ARNm pendant la traduction) - Composés de 2 sites de liaisons = un site pour l’anticodon et un site pour l’acide aminé. Ceci prouve qu’il y a bel et bien une complémentarité entre le codon, l’anticodon et l’acide aminé, cette complémentarité est assurée par une enzyme appelée « aminoacyl-ARNt synthétase » qui attache les acides aminés aux ARNt. ARNr : - Représente 80% des ARN. - ARN de petite taille. - Les gènes codant pour l’ARNr se trouvent dans le nucléole. - Transcrits dans le noyau par l’ARNpolymérase I (ARN 45s) ou par l’ARNpolymérase III (ARNr 28s, 5.8s, 5s). - Rentrant dans la composition de la petite et de la grande sous unité du ribosome. 16 Processus de la formation du ribosome : L’ARNr 45s (13 000 nucléotides), synthétisé dans le noyau à partir d’une transcription effectuée par l’ARNp I, subit une maturation dans le nucléole (pas un épissage) pour donner les ARNr 28s, ARNr 18s et ARNr 5.8s. Par la suite, les ARNr 18s (1900 nucléotides) se lient à 33 protéines pour former la petite sous-unité du ribosome (40s) Les ARNr 28s (4800 nucléotides), les ARNr 5.8s (160 nucléotides) et les ARNr 5s (120 nucléotides), préalablement transcrits et maturés dans le nucléoplasme par l’ARNp III, se lient avec 49 protéines pour former la grande sous unité ribosomale (60s). Fonctions de quelques ARNr : - ARNr 18s (petite sous-unité) : Þ Impliqué dans la lecture de l’ARNm. Þ Vérifie l’interaction entre le codon de l’ARNm et l’anticodon de l’ARNt. Þ Contrôleur de la fidélité de la traduction du message génétique. - ARNr 28s (grande sous-unité) : Þ Catalyseur direct de la synthèse des protéines. Þ Impliqué dans la formation des liaisons peptidiques. Þ Le site actif du ribosome est exclusivement constitué d’ARNr (peptidyl- transférase) Les petits ARN : - Représentent moins de 1% des ARN. - ARN non codants. - Interviennent dans différents processus : Þ ARN intranucléaire : Ce sont de petits ARN qui interviennent dans l’épissage de l’ARNm = ARN nucléaires SNRNP. Ces petits ARN interviennent également dans la maturation des ARNr = ARN nucléaire. Þ ARN interférents (cytosoliques) : Ce sont des micro-ARN de 25 nucléotides non codants qui interviennent dans la régulation de l’expression génique par complémentarité avec l’ARNm lors d’un épi génétique (extinction ou forte expression des gènes). Ils résultent d’un ARN double brin par action d’une ribonucléase III. Si la complémentarité entre ces ARNr et L’ARNm est parfaite, cet ARNm va être clivé et dégradé par un complexe multiprotéique RISC conduit par les pARNi. NB : Quelques bases non complémentaires suffisent pour empêcher le clivage. 17 3/ Modifications et altérations cellulaires : 3.1. Altérations d’ADN et conséquences cliniques : ¨ Les mutations ponctuelles : Ce sont de petites altérations qui résultent de la réplication de l’ADN et qui affectent 1 à 3 nucléotides ce qui entraîne parfois des modifications au niveau de la structure des protéines causant la réduction ou la perte de leur activité. Si la maladie est génétique, la mutation a alors touché des cellules germinales, alors que s’il y a apparition d’un cancer, c’est que la mutation a touché des cellules somatiques. On distingue entre 3 types de mutations ponctuelles : Mutation par substitution, par insertion ou par délétion. ¨ Les réarrangements génomiques : C’est une insertion ou une délétion de grande taille, c’est-à-dire que la modification va toucher plusieurs gènes à la fois (une partie du chromosome). On peut distinguer entre : Þ Une translocation ou crossing over : C’est un changement d’une partie ou du bras chromosomique au moment du brassage génétique engendrant une protéine non fonctionnelle (chimérique). Þ Une amplification : C’est le fait d’avoir plusieurs copies du gène au lieu d’une seule. Les réarrangements génomiques sont rarement observés dans les maladies héréditaires (hémophilie A sévère), mais sont fréquemment rencontrés dans les cancers. Quelques exemples : 1. Syndrome d’Angelman : Délétion dans le chromosome 15 = retard mental + troubles du développement neurologique (souvent diagnostiqué autiste) 2. Syndrome Di-george : Délétion du chromosome 22 = malformation cardiaque et buccale (bouche) + une hypocalcémie en rapport avec une parathyroïdie. 3. Cancer du sein : Duplication du gène Her2. 4. Sarcome d’Ewing : Translocation (11 ;22) ¨ Mutation des télomères : Les télomères sont des régions répétitives d’ADN (TTAGGG) qui assurent une protection du chromosome. Néanmoins, cette protection ne peut avoir lieu qu’en évitant la fusion de ces télomères qui est un facteur potentiel d’induction de tumeurs. Dans les cellules différenciées, les télomères se raccourcissent progressivement à chaque division cellulaire, mais quand ils atteignent une certaine taille, la cellule doit passer à l’apoptose. 18 - La télomérase : C’est une enzyme formée d’ARN matriciel capable de rallonger les télomères en ajoutant des séquence TTAGGG à l’extrémité des chromosomes. La cellule restera en activité et peut subir des divisions cellulaires une multitude de fois = chromosomes géants. Cette mutation est observée particulièrement dans les cellules cérébrales = mutation du gène TERT qui se trouve dans les télomères ce qui permet leur rallongement. L’activité de la télomérase peut s’avérer utile dans le diagnostic pour confirmer la malignité d’un prélèvement, dans le pronostic quand on parle de l’agressivité de la tumeur, et est également utilisé comme une cible pharmacologique afin d’inhiber son activité et l’arrêter. ¨ Endommagement de l’ADN : Il peut avoir lieu à cause des rayons UV, ainsi, suite à cet endommagement et s’il persiste la cellule active des systèmes de réparation de haut niveau : P53 ou Chk. La P53 est considéré comme un gardien du génome en contrôlant négativement la prolifération cellulaire. En effet, elle arrête l’activité du cycle cellulaire jusqu’à réparation des endommagement de l’ADN = gène suppresseur des tumeurs. Cependant, des mutations peuvent atteindre ce gène P53, cette altération sera alors la cause de beaucoup de cancers. 3.2. Altérations des protéines et conséquences cliniques : Les altérations des protéines résultent des altération des gènes, il en existe 3 types : Þ Mutation faux-sens : Substitution d’un acide aminé par un autre ce qui entraîne une autre protéine avec une fonctionnalité différente de la normale et dont l’affinité est touchée. Þ Mutation non-sens : Remplacement d’un codon par un codon stop = arrêt précoce de la traduction et absence de la fidélité, il en résulte alors une protéine tronquée et non fonctionnelle (inactive). Þ Mutation silencieuse : Elle n’a pas de conséquence phénotypique est n’est observable qu’au niveau génomique. Ex : allergies, intolérance à certains médicaments… 3.3. Modulation de la chromatine et conséquences cliniques : Les altérations de la chromatine peuvent s’observer principalement au niveau des histones qui provoquent une dérelaxation anormale de la chromatine. Pendant une transcription et une relaxation normale, il est nécessaire que la chromatine soit relaxée par le bais d’une enzyme appelée « H1 phosphorylase » qui phosphoryle les histone H1 pour assurer le relâchement de la chromatine. Une autre enzyme appelée «histone acétyltransférase » peut intervenir pour assurer une meilleure transcription et ce en permettant l’acétylation « fixation d’un groupement acétyle» des enzymes et catalyse la transcription. 19 La forte acétylation (hyperacétylation) est impliquée dans la différenciation cellulaire. La faible acétylation (hypoacétylation) entraîne une faible relaxation de la chromatine. EX : - L’hyperméthylation est impliquée dans la répression des GST => L’hyperméthylation de la lysine (H3) = cancers colorectaux. - L’hypoacétylation de la lysine des histones = lymphomes T cutanés. Comme traitement on peut inhiber l’activité de l’enzyme responsable de l’acétylation en l’éliminant. Ces inhibiteurs HDI sont indiqués dans le traitement de ces pathologies car ils induisent à l’arrêt du cycle cellulaire et l’apoptose. 3.4. Modifications de la membrane nucléaire et du CPN : La membrane nucléaire subit des modifications au moment du cycle cellulaire et particulièrement durant la mitose. Ces modifications sont dues à la phosphorylation et la déphosphorylation de cette membrane nucléaire. Suite à la phosphorylation des lamines, on observe une destruction ou une fragmentation de la membrane nucléaire au début de la prophase, tandis que suite à leur déphosphorylation, il y a reconstitution de cette membrane pendant la télophase. NB : Les protéines du CPN subissent aussi une phosphorylation et une déphosphorylation. EXP : Altération des lamines = Laminophathies = maladies génétiques dues à des mutations de la lamine de type A (A et C) (200 mutations du gène MNA qui code pour les protéines lamines A et C). De cette mutation résulte 10 pathologies connues caractérisée par des troubles musculaires, cardiaques, neurologique, osseux ou cutanés (dystrophies musculaires, lipodystrophies, dysplasie mandibulaire, maladie Charcot, progéria) Progéria : Mutation des lamines A et C provoquée par une perte d’une partie du chromosome 1 au niveau de l’exon 11. La mutation du gène donne une protéine tronquée (laprogérine) qui reste coincée (ancrée dans la membrane du noyau) et s’y accumule en entraînant sa déformation et des dysfonctions. (Voir cours pour d’autres exemples) 3.5 Modification du nucléole : Dans la nature, le nucléole est peu visible dans la cellule, et quand il l’est de manière excessive dans les cellules différentiée en activité, on pense à des pathologies. Ceci dit, le nucléole ne peut être visible que pendant l’activité cellulaire. 20 Les membranes cellulaires Il existe 2 types de membranes : cytoplasmique et le système membranaire interne (qui entoure les organites de la cellule). Les membranes ont plusieurs fonctions dont : La séparation entre différents milieux. L’adhérence et la fixation. La transmission de force au cytosquelette. L’échange et le transport. La réception et la transmission de signaux. La reconnaissance. La membrane cytoplasmique, en particulier, est fluide, dynamique et mince (invisible au microscope optique). Sa surface est couverte de différentes molécules. Elle assure le contact entre le milieu inta et extracellulaire et contribue à l’identité de la cellule. 1/ Structure des membranes biologiques : Au microscope électronique, on arrive à distinguer : Þ Petite épaisseur : 6 à 12nm. Þ Une structure à aspect trilamellaire = 2 feuillets sombres séparés de nature protéique et 1 feuillet claire de nature lipidique. Þ Contient un stérol = du cholestérol qui a un rôle structural. Þ Composée d’une bicouche de phospholipides qui assurent la stabilité de la membrane par rapport aux deux milieux liquidiens (intra et extracellulaire). Þ Composée de protéines et/ou de glycoprotéines insérées dans la bicouche phospholipidique et qui interviennent dans de nombreux processus (transport, récepteur, enzyme, adhérence…) Þ Dans les 2 hémimembranes (feuillets) sont insérées des particules qui ont une répartition et une densité différente = asymétrie de la membrane plasmique (organisation asymétrique). Þ Une composition chimique hétérogène qui varie d’un type cellulaire à un autre ou bien entre 2 régions différentes de la même cellule. Þ Les membranes internes (de la mitochondrie, du réticulum endoplasmique, etc…) ont la même structure. 21 2/ Composition chimique des membranes : En analysant chimiquement la membrane, on remarque qu’elle est composée de 2 particules : des lipides (phospholipides et cholestérols) et des protéines (1/2 de la masse totale de la membrane). Ces 2 particules sont liées entre elles par des liaisons covalentes ou non covalentes. Tandis que les phospholipides ont tendance à s’assembler entre eux grâce à leur caractère amphiphile. Dans certaines cellules, le revêtement extérieur est fibreux et est composé d’hydrate de carbone (glycocalyx) = des glycolipides (1/10) et des glycoprotéines. Ainsi, la membrane plasmique comporte 3 types de composants : Des lipides membranaires : Þ Glycérophospholipides (les plus abondants) Þ Sphingolipides. Þ Cholestérol (=stéroïde) Des protéines membranaires : Þ Protéines intrinsèques. Þ Protéines ancrées. Þ Protéines périphériques (extrinsèques) Le glycocalyx (manteau cellulaire) : Ensemble de glycannes (polymère glucidique) liés de manière covalente aux protéines et lipides de la membrane plasmique (glycoprotéines et glycolipides). Ces glycannes sont présents uniquement sur le feuillet externe de la membrane. NB : Les lipides étant des molécules plus petites que les protéines, la membrane protéique comporte environ 50 lipides pour une protéine. 22 2.1 Les lipides : Les lipides sont la structure de base des membranes et leur proportion varie de 15 à 75%. On en distingue 3 types : Les phospholipides (plus de 50%) Le cholestérol (30%) Les glycolipides (10%) Les phospholipides s’assemblent queue à queue ce qui permet de former la double couche lipidique des membranes de manière à ce que les pôles hydrophiles soient orientés vers l’extérieur. Les phospholipides des membranes = un acide gras (AG) attaché à la molécule de glycérol, le 3ème groupe hydroxyle du glycérol est estérifié par H3PO4, ce dernier est relié à son tour à un composé hydrophile qui peut être choline, éthanolamine, inositol ou sérine. 23 2.2. Les protéines : Les protéines constituent environ 50% de la masse totale de la membrane et sont responsables d’une grande partie des fonctions membranaires. Il en existe 3 types : Les protéines transmembranaires ou intrinsèques : Elles s’enfoncent dans les phospholipides de la membrane et la traverse une ou plusieurs fois interagissant avec les lipides membranaires par des liaisons non-covalentes. Les domaines transmembranaires s’étendent en général sur une vingtaine d’acides aminés, sont souvent organisés en hélice α et leurs domaines extracellulaire et cytosoliques sont hydrophiles. Exp : les récepteurs membranaires… Les protéines ancrées dans la membrane : Elles y sont ancrées par un phospholipide ou un groupement phényle (chaîne lipidique). Elles se lient de façon covalente aux lipides. Exp : protéine Ras… Les protéines périphériques ou extrinsèques : Elles se trouvent à la surface extracellulaire ou cytosolique. Elles ne sont jamais liées de façon covalente (liaisons non-covalentes) à la bicouche lipidique mais elles font des interactions faibles (liaisons hydrogènes ou ioniques) avec : - Les têtes polaires des lipides membranaires (extrémité hydrophile des phospholipides). - Les régions polaires des protéines intrinsèques (extrémité hydrophile des protéines intrinsèques). Ces protéines se détachent de la membrane par simple modification du pH ou de la force ionique. Exp : Annexine, cadhérine… 24 3/ Propriétés des membranes : 3.1. Fluidité membranaire : La membrane cellulaire n’est pas une structure figée mais très fluide dans laquelle les lipides et les protéines peuvent se déplacer. Cette fluidité dépend de plusieurs paramètres : La nature des acides gras constitutifs des phospholipides : - Les acides gras insaturés augmentent la fluidité et les acides gras saturés rigidifient la membrane plasmique. - Plus la chaîne carbonée de ces acides est longues, plus la membrane est rigide. La quantité de cholestérol : Le cholestérol est le déterminant principal de cette fluidité. En effet, il assure la régulation de la fluidité de la membrane, sa stabilité et évite la lyse cellulaire. La fluidité diminue quand le cholestérol augmente (il rigidifie la membrane). La température : La fluidité augmente lorsque la température augmente. Par ailleurs, la mobilité des lipides est nécessaire pour l’activité cellulaire. Il existe 3 types de mouvement possibles pour les lipides : 1. La rotation sur eux même. 2. La diffusion latérale = Le déplacement dans un même feuillet. 3. La diffusion transversale ou le flip-flop = Le changement de feuillet (déplacement rare et lent d’une couche à l’autre). Il nécessite l’intervention d’enzymes : les flippases (l’énergie sous forme d’ATP est nécessaire). La mobilité des protéines dans la membrane est, quant à elle, plus faible que celle des lipides. Elle se fait latéralement en gardant la polarité des protéines (absence de flip-flop). En outre, la quantité importante des protéines diminue la fluidité membranaire. 3.2. Asymétrie membranaire : Cette propriété résulte de la fluidité membranaire = la grande composition lipidique des couches membranaires est différente. Trois raisons au moins expliquent cette asymétrie : 1. Les chaînes glucidiques portées par les lipides et les protéines (glycolipides et glycoprotéines) sont toujours extracellulaires (localisés sur le feuillet externe de la membrane plasmique) ou dirigés vers la lumière des organites. 2. Les lipides membranaires sont répartis de façon asymétrique sur les 2 feuillets (le feuillet externe ne contient pas les mêmes lipides que le feuillet interne). 3. Les protéines membranaires sont asymétriques. 25 3.3. Renouvellement membranaire : La membrane nucléaire est en perpétuelle modification ; la moitié de ses molécules se renouvellent entre 2 et 15J. Les lipides et les protéines sont synthétisés d’abord dans le système endomembranaire (noyau, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, lysosome) puis gagnent la membrane plasmique. 4/ Propriétés physiologiques des membranes : Les membranes assurent les échanges, transmettent les informations et permettent la communication intercellulaire. L’ensemble de ces caractéristiques est réalisé grâce au phénomène de transport membranaire. 4.1. Transport membranaire : A travers la bicouche lipidique, il y a passage de différentes molécules et la plupart des médicaments. Ainsi, ce passage se fait soit par mécanisme de perméabilité ou par mécanisme vésiculaire (déformation de la membrane). Et en parlant de perméabilité (ou transport) on distingue entre 2 types d’échanges : La perméabilité passive et la perméabilité active. 4.1.1 La perméabilité passive : Elle ne nécessite pas d’énergie et repose sur le principe de déplacement des solutés (ou des molécules non ionisées) selon leur gradient de concentration, c’est-à-dire, du milieu le plus concentré en soluté vers le milieu le moins concentré en soluté, et ce jusqu’à égalité des concentrations entre les 2 milieux (ce passage obéit alors à des lois physiques) NB : Dans le cas des molécules chargées (ionisées), leur passage dépend du gradient électrochimique qui tient compte à la fois du gradient de concentration et de la différence de charges de part et d’autre de la membrane. En parlant de la perméabilité passive, on distingue entre la diffusion simple et la diffusion facilitée. 26 a. La diffusion simple : Un soluté franchi directement la double couche lipidique. Ce procédé ne nécessite donc pas de transporteurs membranaires. La vitesse de diffusion d’une molécule est proportionnelle à : - Son gradient de concentration (la différence de concentration entre les 2 milieux). - Son hydrophobicité (solubilité) - La température. La vitesse de diffusion d’une molécule est inversement proportionnelle à : - La taille de la molécule à transporter. b. La diffusion facilitée C’est le transport des molécules de grosse taille et non liposolubles. Il se fait dans le sens du gradient électrochimique. Le passage du soluté est assuré grâce à son interaction avec un transporteur membranaire spécifique. Le transport est qualifié d’uniport. La vitesse de transport est proportionnelle au nombre de transporteurs membranaires. Ce transport est saturable ; quand tous les transporteurs sont occupés (saturés), la vitesse de transport atteint un plateau et est donc maximale. On distingue 2 transports facilités qui font intervenir nécessairement 2 types de protéines : La diffusion facilitée par protéine porteuse : Fait intervenir des protéines porteuses tel que la perméase et nécessite un changement de la conformation du transporteur. Exp : Transport du glucose présent sur la membrane basale des entérocytes… La diffusion facilitée par canal : Fait intervenir des protéines tunnels ou conductines. Exp : les canaux ioniques (Na+, K+, H2O (aquaporine)…) 27 Þ Les perméases (protéines transmembranaires) : Les perméases présentent 2 conformations : - Conformation ouverte d’un seul côté de la membrane. - Conformation où la formation du complexe se fait du côté de la forte concentration en ligand. Les perméases peuvent fonctionner dans les 2 sens et le transport par leur biais est spécifique, régulable et saturable. Þ Les canaux ioniques : Les canaux sont formés de protéines transmembranaires. La diffusion des solutés, qui suivent un gradient électrochimique, s’y fait rapidement et sans consommation d’énergie. Cependant, un seul genre de molécules est transporté et dans un seul sens. Þ Les aquaporines (canaux à eaux) : Le passage de l’eau à travers les phospholipides membranaires est lent, mais ce dernier est rapide à travers des canaux membranaires spécifiques aux molécules d’eau ; les aquaporines. Remarque : Le diabète peut être causé par la mutation des aquaporines de l’épithélium rénal (excrétion importante des urines). 28 4.1.2 La perméabilité active : Le transport actif est le passage des solutés contre leur gradient de concentration (du milieu le moins concentré au milieu le plus concentré) ou leur gradient électrique. Ainsi, ce transport nécessite de l’énergie et est étroitement couplé à sa consommation par hydrolyse de l’ATP = Les pompes ATPasiques (ou ATPase) sont celles qui assure ce transport actif. a. Pompes ATPase : ¨ Na/K ATPase : C’est une protéine transmembranaire enzymatique qui assure l’expulsion de 3Na+ contre l’entrée de 2K+. Cet échange Na/K se fait contre leurs gradients de concentration (les 3Na+ seront expulsées vers le milieu extracellulaire qui est déjà riche en sodium = contre le gradient) Ce processus permet de maintenir une concentration cytosolique (intracellulaire) faible en Na+ et forte en K+. La fonction principale de ces pompes est de maintenir les concentrations de Na+ et K+. Ainsi, le maintien de ces concentrations est responsable du potentiel membranaire, du volume cellulaire et du transport actif d’autres molécules comme les acides aminés. Processus : L’expulsion du sodium vers le milieu extracellulaire est due à une affinité entre la protéine transmembranaire (pompe) et le sodium. Ce dernier se fixe sur les sites de la protéine (sites de fixation spécifiques pour le sodium) et son expulsion vers le milieu extracellulaire se fait par hydrolyse de la molécule d’ATP (transport primaire) et donc obtention d’une molécule d’ADP et d’un phosphate inorganique. A ce stade, il y aura un changement de la conformation de la protéine transmembranaire. Ce changement permet d’avoir une affinité plus importance envers le potassium qui va se fixer sur l’autre plan de la protéine transmembranaire sur d’autres sites de fixation, différents des sites de Na+ (deux molécules de potassium vont se fixer sur deux sites de la protéine transmembranaire), il y aura alors un changement de conformation, une perte d’affinité avec le potassium et libération des 2K+ dans le milieu intracellulaire (avec libération du phosphate inorganiques). NB : En dehors du transport par le biais des pompes ATPasiques, la sortie du potassium par les canaux de fuite est plus importante de l’entrée du sodium. Cette sortie massive du potassium entraîne une dépolarisation de la membrane (des charges positives importantes s’installent au niveau membranaire) ce qui entraîne un déséquilibre ionique et un volume intracellulaire qui n’est pas équilibré non plus. La pompe ATPasique, en expulsant 3Na+ et en faisant entrer 2K+, permet d’équilibrer cet échange ionique et garder un volume intracellulaire. 29 Conséquences cliniques du disfonctionnement de ces pompes : Hypocalémie : Due à la stimulation de la pompe Na+/K+ = augmentation du potentiel membranaire = augmentation de la durée du potentiel d’action = excitabilité = fibrillation auriculaire. - Hypocalémie discrète à modérée associée à une pathologie cardiaque = arythmies cardiaques ; peut entraîner le décès du patient. - Hypocalémie sévère : peut entraîner une atteinte musculaire avec une lyse des muscles = atteinte des fibres musculaires lisses = paralysie, rétention urinaire, arrêt respiratoire. ¨ Ca ATPase : Elle est présente dans toutes les cellules. Elle assure l’expulsion de 2 ions Ca2+ par molécule d’ATP, et ce afin de maintenir un taux bas de Ca2+ intracellulaire. On distingue entre une pompe sur la membrane plasmique qui contrôle la sortie de Ca2+, et une autre pompe sur la membrane du réticulum endoplasmique qui contrôle l’entrée de Ca2+ dans les citernes (vers la lumière). ¨ H+/K+ ATPase = pompe à protons Elle est présente dans les cellules de l’estomac. Elle permet d’expulser H+ vers l’extérieur et faire rentrer K+ à l’intérieur. Elle est inhibée par les inhibiteurs à protons (IPP) ou anti H2, et ces inhibiteurs sont très utilisés pour la thérapeutique de la gastrite et de l’ulcère gastrique. En effet, quand la quantité d’hydrogène est très importante dans les cellules de l’estomac, ceci entraîne des perturbations et des ulcérations de la muqueuse gastrique. ¨ H – ATPase : Elle est présente sur les membranes des lysosomes et des endosomes. Les endosomes sont les vésicules qui se forment à l’intérieur de la cellule, c’est une invagination ou une déformation de la membrane vers l’intérieur de la cellule. La fusion de ces vésicules d’endocytose forme l’endosome. Ce dernier peut fusionner avec le lysosome ; tous les deux contiennent des enzymes dont le pH est élevé grâce à la présence de cette pompe hydrogène ATPase qui acidifie le contenu de ces organites. ¨ Na+/H+ et Na+/HCO3-Cl- : Ces pompes permettent de maintenir le pH intracellulaire entre 7,2 et 7,4 (valeur optimale pour le fonctionnement cellulaire). 30 b. Co-transporteurs (protéine transmembranaire) : L’énergie nécessaire à ce transport est fournie par le co-transport d’un soluté suivant son gradient de concentration. On distingue suivant le cas : - Si le soluté et le co-transport sont dans le même sens, c’est alors un transport symport. - Si le soluté et le co-transport sont dans le sens opposé, alors c’est un transport antiport (le transport du glucose au niveau de l’intestin s’effectue parallèlement au transport du Na+) - S’il y a transport d’une seule substance, c’est alors un transport uniport. 31 4.2. Transport vésiculaire : Certaines molécules (protéines, polynucléotides…) et particules sont trop grosses pour franchir les membranes par des transporteurs membranaires. Le transport de ces macromolécules ne peut s’effectuer que par déformation membranaire et formation des vésicules. Ces dernières assurent l’échange entre un ensemble d’organites et la membrane plasmique (échange du matériel membranaire et luminal). 4.2.1. Transport vésiculaire par endocytose : C’est le processus durant lequel une cellule absorbe des particules ou des solutés en les englobant dans des vésicules qui se forment par invagination de la membrane et se détachent vers l’intérieur de la cellule. On distingue entre 2 types d’endocytose selon les substances ingérées et leurs tailles : Pinocytose : C’est l’ingestion de fluides et solutés prélevé dans le milieu extracellulaire par formation de vésicules vers l’intérieur de la cellule. Ces vésicules fusionnent avec les endosomes. Phagocytose : C’est un processus de destruction et d’élimination des micro- organismes (bactéries…) et de débris cellulaires par ingestion de particules dans les endosomes qui fusionnent avec les lysosomes primaires pour former les lysosomes secondaires composés d’hydrolases. 32 4.2.2. Transport vésiculaire par exocytose (sécrétion) : Il s’agit d’une sécrétion ou une élimination de molécules présentes dans la cellule. Les substances en question sont contenues dans des vésicules qui fusionnent avec la membrane et déversent leur contenu à l’extérieur de la cellule. Exp : sécrétion de l’insuline par le pancréas. Processus : Les vésicules sortent du réticulum endoplasmique lisse et fusionnent avec l’appareil de Golgi en y laissant leur contenu (molécules). Les molécules traversent les différents sacs de l’appareil Golgi, ce dernier va transformer ces molécules de départ (Exp : ajout de sucres) puis va trier et adresser les molécules finales qui s’accumuleront dans les extrémités dilatées des saccules. Ces extrémités vont se détacher et former des vésicules contenant les molécules finales, de manière à ce que chaque vésicule prenne en charge des molécules particulières (en fonction de leur adressage par l’appareil de Golgi). Les vésicules, grâce à un marqueur d’accostage que possède chacune, vont pouvoir se fixer sur le bon récepteur. Ensuite, la cellule est excitée par un stimulus qui lui indique qu’elle doit libérer une substance précise, ainsi, les vésicules gagnent la membrane cytoplasmique et fusionnent avec elle, ce qui permettra la libération des molécules vers l’extérieur de la cellule. 4.2.3. Le devenir des vésicules : La plupart des vésicules d’endocytose fusionnent entre elles puis avec les lysosomes (digestion intracellulaire). Les produits de dégradation de petites dimension (oses, acides aminés, nucléotides) sont récupérés par la membrane ou par le cytosol où ils peuvent être réutilisés par la cellule. 33 4.3. Les transporteurs ABC (ATP-Binding-Cassette) : C’est la plus vaste famille des transporteurs membranaires. Ils sont impliqués dans le transport des substances toxiques (métaux lourds, drogues…) afin d’épurer les cellules. Ils sont constitués de 2 domaines hydrophobes : site de reconnaissance de substrat, et de 2 domaines de liaison avec l’ATP. Remarque : Ces transporteurs sont abondamment exprimés dans le foie, les intestins et les reins. Des mutations des gènes codant pour des transporteurs ABC sont la cause de certaines maladies génétiques tel que la mucoviscidose. Exp : - Une surexpression de la protéine ABC Pgp170 ou de la MRP est responsable du phénomène de la résistance aux anticancéreux. - Une surexpression d’un transporteur de la famille ABC (MDR1) excrète les xénobiotiques (médicaments) et donc entraîne la chimiorésistance de certaines tumeurs. 34 4.4. Biogénèse des membranes : Les phénomènes d’endocytose et d’exocytose traduisent les mouvements de la membrane : Þ L’endocytose : une partie de la membrane va vers le cytoplasme. Þ L’exocytose : une partie de la membrane présente dans le cytoplasme rejoint la membrane cytoplasmique. La membrane est ainsi recyclée toutes les 50 minutes. 5/ Processus de reconnaissance d’adhésion : 5.1. Définitions : ¨ Matrice extracellulaire : C’est une trame extrêmement structurée qui agit en tant que réservoir pour des facteurs de croissance et des hormones. Elle assure également la cohésion cellulaire et tissulaire à l’aide de jonctions cellulaires. En effet, à l’intérieur de la MEC, les cellules peuvent migrer et réagir entre elles. ¨ Molécules d’adhérence : Ce sont des protéines transmembranaires qui permettent aux cellules de reconnaître leur environnement (matrice extracellulaire) afin qu’elles puissent former un ensemble ordonné et ne soient pas disposées de manière anarchique. ¨ Les jonctions cellulaires : Les jonctions cellulaires sont des régions particulières de la membrane cytoplasmique. Ils servent à assurer la cohésion cellulaire et permettent parfois le passage de petites molécules entre elles (entre les jonctions). a. Les molécules d’adhésion : Les molécules d’adhésion présentent 2 domaines : Cytosolique : relié au cytosquelette par des protéines (protéines de plaque) Extracellulaire : responsable de la reconnaissance des protéines de la matrice extracellulaire ou des protéines d’adhérence de la cellule voisine pour assurer des jonctions cellulaires. 35 La répartition des molécules d’adhésion se fait en fonction de leur structure ce qui fait qu’on distingue 4 grandes familles : Cadhérines : Ce sont des molécules d’adhérence intercellulaires qui reconnaissent la cadhérine de la cellule voisine pour la formation et la cohésion tissulaire (adhérence cellule-cellule). Intégrines : Ce sont des molécules responsables de l’adhérence des cellules à la matrice extracellulaire (MEC). Elles sont formées par 2 chaînes polypeptidiques transmembranaires associées de manière non covalente (adhérence cellule-matrice). Séléctines : Ce sont des molécules qui permettent les interactions entre globules blancs (leucocytes) et la paroi des vaisseaux par reconnaissance des résidus glucidiques des cellules adjacentes (leur présence et leur activité sont provoquées). Immunoglobulines : Ce sont des molécules d’adhérence qui reconnaissent soit les immunoglobulines de la cellule voisine (l’adhérence est alors indépendante du calcium), soit ses intégrines. Elles sont importantes dans le système nerveux et immunitaire (interaction globule blanc / cellules endothéliales). 36 Rôle des molécules d’adhésion : Les contacts qu’assure les molécules d’adhésion entre la cellule et ses voisine ou la matrice extracellulaire influencent son environnement et jouent différents rôles : - L’inhibition de contact, c’est-à-dire, l’arrêt de la division cellulaire quand les cellules sont jointives (en contact les unes avec les autres). - Formation des organes et des tissus au cours du développement embryonnaire et ce à travers la formation des jonctions cellulaires. b. Les jonctions cellulaires : Les molécules d’adhérence assurent des échanges d’information entre les cellules, tandis que les jonctions assurent une cohésion cellulaire et tissulaire. Rôle des jonctions cellulaires : Les jonctions cellulaires ont un rôle dans : Þ La résistance mécanique des tissus. Þ La coordination métabolique des cellules d’un tissu. Þ L’imperméabilité des tissus épithéliaux (cellules de la paroi vasculaire en interface avec le sang). On distingue entre 3 grands groupes de jonctions : 1) Les jonctions d’ancrage = cohésion cellulaire : Elles permettent aux tissus de résister aux tensions mécaniques car ce sont des structures reliant deux cellules adjacentes, ou une cellule à la matrice extracellulaire. Elles sont plus abondantes dans les tissus soumis à d’importantes contraintes mécaniques (cœur, muscles, épithélium dermique, col de l’utérus…). Les éléments constitutifs de cette cohésion sont : Þ Les molécules d’adhérence (glycoprotéines transmembranaires : cadhérines et intégrine) qui ont un domaine cytosolique qui interagie avec les protéines intracytoplasmiques et un autre domaine extracellulaire qui interagie soit avec des molécules de la matrice extracellulaire, soit avec des protéines transmembranaires d’adhésion situées sur d’autres cellules. Þ Les éléments du cytosquelette. Þ Les protéines intracytoplasmiques (protéines d’ancrage intracellulaire) diverses et variées et qui relient les molécules d’adhérence aux éléments du cytosquelette (microfilaments d’actine ou filaments intermédiaires). 37 On peut séparer les jonctions d’ancrage en 2 groupes : Les jonctions adhérentes cellule / cellule (cellules adjacentes) : Elles sont assurées par des desmosomes dans les tissus épithéliaux. On y distingue : Þ Les desmosomes ceinturant (zonula adhérens) : Ils constituent une bande continue dans l’extrémité apicale des cellules adjacentes d’une structure épithéliale. Ils comportent 3 groupes de composants : - Les cadhérines (sous famille des cadhérines classiques) comme protéines transmembranaires. - Les caténines α et β comme protéines intracytoplasmiques. - Liés aux microfilaments d’actine. Rôle : - Développement embryonnaire (grâce au réseau contractile des microfilaments d’actine) - Maintien de la forme cellulaire. 38 Þ Les desmosomes ponctuels : Ils constituent un point de contact entre les cellules voisines et sont présentes dans de nombreuses cellules épithéliales ou non. Ils comportent également 3 groupes de composants : - Les cadhérines (sous famille des cadhérines desmosomales) comme protéines transmembranaires. - Les protéines intracytoplasmiques qui forment sous la membrane plasmique une plaque dense appelée la plaque cytoplasmique. - Liés aux filaments intermédiaires. Processus : 1. Changement de conformation de la cadhérine en présence (obligatoire) du calcium. 2. Interaction cadhérine/cadhérine. 3. Rapprochement des membrane et fermeture (fermeture éclair). Rôle : - Réunir les filaments intermédiaires d’une cellule à ceux d’une autre cellule voisine de façon à constituer un réseau structurel d’une forte résistance élastique à la traction. - Développement et maturation des tissus. NB : Pour les cadhérines classiques, on commence par le suffixe : § E- pour les cellules épithéliales et embryonnaires. § P- pour le placenta et l’épiderme. § N- pour les neurones et les muscles. § VE- pour les cellules endothéliales vasculaires. Suite à la présence d’une cadhérine non classique (desmocolline et desmogléine), il y a apparition de plusieurs pathologies tel que le pemphigus vulgaris (desmogléine 3) ou le décollement de l’épiderme. 39 Les jonctions adhérentes cellules / matrice extracellulaire : Il en existe 2 types : ¨ Les contact focaux (contact en foyer) : Ce sont des plaques d’adhérence entre la cellule et la matrice extracellulaire (rencontrées ponctuellement dans l’embryogenèse = migration et cicatrisation). Ils sont constitués de 3 types de molécules d’adhérence : - Les intégrines comme protéines d’adhésion transmembranaires. - Diverses protéines intracytoplasmiques (taline, vinculine, filamine, actine α …) - Liés aux filaments d’actine. Rôle : - Permettent de maintenir les cellules sur la MEC. - Ont un rôle dans la migration des cellules sur la MEC. ¨ Les hémidesmosomes : Ils représentent un point de contact de la surface basale des cellules épithéliales à la matrice extracellulaire. Ils sont constitués de 3 types de molécules d’adhérence : - Les intégrines comme protéines d’adhésion transmembranaires. - Diverses protéines intracytoplasmiques (pectine…) formant une plaque cytoplasmique. - Liés aux filaments intermédiaires. Processus : Dans le vaisseau sanguin, il y a reconnaissance entre les intégrines des différentes cellules leucocytaires et la protéine intracytoplasmique, ce qui permet un lien entre les leucocytes. Une fois ce lien établi il y a formation d’un agrégat et un déplacement de ces leucocytes vers la brèche du vaisseau sanguin, ce qui va permettre la cicatrisation. 40 NB : Des perturbations au niveau de ces jonctions entraînent diverses pathologies. Une anomalie au niveau des intégrines (récepteurs) se présente suite à l’existence d’une séquence protéique qui va se mettre à la surface de ce récepteur. Ainsi, elle va rentrer en compétition avec la protéine intracytoplasmique et il n’y aura donc ni reconnaissance, ni communication entre les leucocytes, ni formation de l’agrégat plaquettaire responsable de l’arrêt du saignement. Exp de pathologies : Maladies auto-immunes = fabrication des Ac contre les protéines transmembranaires. NB 2 : La différence principale entre les contacts focaux et les hémidesmosomes est les filaments avec lesquels ils sont reliés (microfilaments d’actine pour les CF et filaments intermédiaires pour les hémidesmosomes) Rôle des interaction adhésives (entre desmosomes et hémidesmosomes) : Les interactions adhésives sont directement impliquées dans la morphologie, la mobilité cellulaire, et dans la structure des tissus. En plus de leurs propriétés mécaniques et architecturales, les systèmes adhésifs font partie de voies de signalisation impliquées aussi bien dans l’organisation et la régulation des différents systèmes adhésifs présents sur la cellule, que dans l’activation d’autres fonctions cellulaires comme la différenciation, la prolifération ou même l’apoptose (mort cellulaire) 41 2) Les jonctions étanches (imperméables / tight jonctions / jonctions serrées / zonula occludens) = cohésion et étanchéité cellulaire : Elles se trouvent uniquement à l’apex (sommet) des cellules épithéliales polarisées et forment une chaîne continue et ininterrompue de protéines du côté apical des cellules. L’alignement de ces protéines constitue un réseau ramifié et anastomosé de brins de scellement au niveau desquels les feuillets des deux membranes plasmiques des cellules adjacentes sont fortement apposés (ceinturés). Plusieurs types de protéines entrent dans la composition des brins de scellement : - Les occludines (et les claudines) comme protéines transmembranaires. Les brins de scellement sont formés par l’alignement de ces protéines qui sont enchâssées dans les membranes des deux cellules adjacentes. Ainsi, les occludines de ces dernières fusionnent et se joignent à travers l’espace extracellulaire. - Les protéines ZO qui sont des protéines périphériques cytosoliques associées aux protéines d’adhésion (transmembranaires). Leur rôle est d’ancrer les occludines au cytosquelette. - Les microfilaments d’actines qui sont des filaments cytoplasmiques ancrées aux occludines par l’intermédiaire des protéines ZO. Rôle : - Séparation entre la zone apicale et la zone basolatérale des cellules de l’épithélium (tissu couvrant la surface de l’organisme) - Maintien de la fonction de filtrage sélectif des épithélium (ce qui permettra l’absorption des nutriments dans le cas de l’épithélium intestinal). - Barrière de perméabilité à travers les feuillets cellulaires en obturant complètement l’espace intercellulaire. - Rôle fondamental dans le tube séminifère en empêchant la destruction des spermatozoïdes par l’organisme. 42 3) Les jonctions communicantes = communication cellulaire : Les jonctions ouvertes (de type gap) : Ils se trouvent en dessous des desmosomes et permettent la diffusion sélective intercellulaire en laissant passer des ions ou même de petites molécules. Au niveau de ces jonctions, des protéines transmembranaires forment des pores dans la membrane. Ces pores sont appelés connexons, ils sont formés de 6 sous unités protéiques, les connexines. Chaque jonction de type gap peut contenir quelques centaines de connexons. Chaque connexon est aligné avec un connexon de la cellule adjacente. L’alignement de 2 connexons sur deux cellules adjacentes forme un canal par lequel peuvent transiter de petites molécules hydrosolubles, c’est à dire les molécules hydrosolubles de moins de 1000 daltons. Parmi les molécules de moins de 1000 daltons, on trouve les acides aminés, les oses simples, les nucléotides mais aussi les ions. Certaines de ces molécules, comme l’ion Ca2+ ou l’AMPcyclique jouent le rôle de messager intracellulaire (molécule signal prenant le relais des messagers extracellulaires et pouvant assurer la diffusion du message dans la cellule). La perméabilité des jonctions communicantes est régulée, et les connexons peuvent être ouverts ou fermés. NB : Il n’y a pas de fusion entre les membranes, les seuls liens sont les canaux. Rôle : - Coordination du mouvement cellulaire d’un tissu (Exp : battement des cils) - Synchronisation des contractions des cellules cardiaques. - Synchronisation des mouvements péristaltiques des cellules intestinales. Les jonctions chimiques : Ce type de jonctions se voie au niveau des synapses. En effet, la cellule secrète un signal chimique appelé neurotransmetteur. Ce neurotransmetteur va être diffusé dans la fente synaptique engendrant ainsi l’action de la cellule postsynaptique. 43 Tableau récapitulatif sur les jonctions cellule / cellule : Tableau récapitulatif sur les jonctions cellules / MEC : 44 6/ Système endomembranaire et flux rétrograde : Le système endomembranaire est un système complexe uniquement présent chez les eucaryotes et fait de plusieurs cavités limitées par des membranes qui communiquent entre elles et avec la membrane plasmique à travers l’émission de vésicules. Le système endomembranaire comprend : - Le réticulum endoplasmique (lisse et rugueux). - L’enveloppe nucléaire. - L’appareil de Golgi. - Les endosomes. - Les lysosomes. - Les vésicules de sécrétion (orientées dans leur destination par la composition protéique qui les entoure) NB : Les mitochondries et les peroxysomes ne font pas partie du système endomembranaire. Le flux rétrograde désigne le transport de vésicules qui retournent de la face trans (tournée vers le RE) vers la face cis (tournée vers la surface de la cellule) de l’appareil de Golgi vers le réticulum endoplasmique. 45 6.1. Le réticulum endoplasmique : Le réticulum endoplasmique est un ensemble de canalicules et de vésicules qui constituent un réseau très développé dans les cellules eucaryotes adultes. La composition de la membrane du réticulum endoplasmique est très proche de celle de la membrane plasmique sauf que cette dernière contient plus de cholestérol. Le réticulum endoplasmique porte ou non sur la face cytoplasmique des ribosomes, ce qui permet de distinguer le réticulum endoplasmique rugueux ou granuleux RER du réticulum endoplasmique lisse REL. Le RER se trouve en continuité avec la membrane périnucléaire (enveloppe nucléaire), tandis que le REL se trouve en continuité avec ce RER et peut établir des contacts avec les mitochondries ou les membranes plasmiques. 6.1.1. Rôle du réticulum endoplasmique rugueux : Synthèse des protéines : Les protéines synthétisées au niveau des ribosomes du RER s’intègrent dans la membrane ou passent dans la lumière (espace limité par les membranes). Les protéines membranaires sont destinées soit à la membrane du RE soit à d’autres membranes d’organites soit à la membrane cytoplasmique. Synthèse de lipides : Les éléments des phospholipides s’assemblent ou sont envoyés vers d’autres organites. 46 6.1.2. Rôle du réticulum endoplasmique lisse : Stockage du Ca2+ : Le calcium est introduit dans le REL via des pompes ou des récepteurs IP3 (récepteurs de certaines pompes calcium). Ce dernier joue ainsi un rôle dans la régulation de la glycémie Production de glucose : L’enzyme glucose 6 phosphatase se localise au niveau du REL qui est particulièrement développé dans les cellules hépatiques car c’est au niveau du foie (organite responsable de la régulation de la glycémie) qu’a lieu le stockage du glycogène. Détoxification : Détoxification et solubilisation des molécules grâce à l’enzyme cytochrome P450. Exp : - Dans le cas de l’inhalation de l’éthanol, le REL va permettre l’épuration cellulaire et la solubilisation de cette molécule. - Élimination de l’hémoglobine toxique Synthèse des hormones stéroïdes : Il permet la synthèse du cholestérol et des hormones stéroïdiennes ; il est, ainsi, très développé dans les gonades et les surrénales. Synthèse de phospholipides : Deuxième transformation de ces lipides ce qui permet le renouvellement membranaire. 47 6.2. L’appareil de Golgi : L’appareil de Golgi est localisé entre le RE et la membrane plasmique. Il est formé de nombreux saccules membranaires en forme de disques. Ils sont disposés par groupes de 6 à 12 saccules environ. Dans chaque groupe, les saccules sont parallèles entre eux ce qui évoque une pile d’assiettes et l’on parle souvent d’empilement de saccules (dictyosome). L’appareil de Golgi présente une polarité morphologique et fonctionnelle. La face cis est en relation avec le réticulum endoplasmique, la face trans avec les divers compartiments vésiculaires. Les saccules de ces deux faces sont moins réguliers que les saccules médians, on parle souvent de réseau cis- golgien et de réseau trans-golgien. De nouveaux saccules se forment en permanence sur la face cis par fusion de vésicules provenant du réticulum. Sur la face trans, les saccules se fragmentent en vésicules. Les saccules passent donc progressivement de la face cis à la face trans. On trouve aussi des vésicules qui assurent le transport rétrograde de la face trans vers la face cis. Rôle de l’appareil de golgi : Þ Tri des lipides et des protéines après modification = adressage vers leurs destinations respectives. Þ Régule le nombre de vésicules allant à la membrane (passage obligatoire du trafic vésiculaire) et participe ainsi au renouvellement membranaire Þ Synthèse des polysaccharides complexes. Þ Glycosylation et addition de glycosaminoglycanes pour la synthèse des protéoglycannes. Þ Sulfatation des glucides et des protéines. Þ Synthèse des sphingolipides (côté luminal). NB : - De manière globale, l’appareil de golgi reçoit les protéines en provenance du RE, les modifie, les trie puis les exporte vers d’autres compartiments ou vers le milieu extracellulaire. - Les molécules incorporées par hasard dans les vésicules, mais qui doivent rester dans le RE (présence d’une séquence de rétention) sont renvoyées systématiquement au RE. 48 6.3. Le transport vésiculaire : Les vésicules se forme par voie d’endocytose après la synthèse lipidique ou protéique au niveau du réticulum endoplasmique, puis vont se détacher de sa membrane et passer vers les saccules de l’appareil de Golgi où aura lieu une fusion avec la membrane, modification du contenu vésiculaire et un détachement de la membrane. Ce processus va se répéter pour toutes les saccules jusqu’à ce que les vésicules traversent l’appareil de Golgi. Ensuite, ces dernières vont être transportées vers la membrane plasmique soit pour un but de renouvellement ou de sécrétion dans la matrice extracellulaire. NB : Le flux rétrograde suit le même mécanisme. Quelques définitions : Le flux antérograde : C’est le passage des vésicules du RE vers l’AG, la fusion des vésicules sécrétoires de l’AG avec la membrane plasmique puis l’exocytose de leur contenu. Le flux rétrograde : C’est la fusion de la vésicule d’endocytose avec l’endosome qui va retourner le matériel à la membrane plasmique si nécessaire, ou bien part vers l’AG de la face trans vers la face cis, puis de la face cis vers le RE. 6.3.1. Mécanisme de transport vésiculaire : Les vésicules qui assurent le transport entre le RE, l’AG et la membrane plasmique sont couvertes de protéines formant ainsi un manteau. ¨ Les vésicules à clathrine : (sécrétion régulée) Elles proviennent du réseau transgolgien et sont à destination de la membrane plasmique et des endosomes – lysosomes (Exp : hydrolases). Elles sont recouvertes et orientées par les clathrines qui sont des molécules véhiculant les vésicules vers la membrane cytoplasmique quand il s’agit d’une sécrétion d’hormones, ou vers les lysosomes quand il s’agit d’enzymes de dégradation. ¨ Les vésicules à coatomères : Elles proviennent du réseau cis-golgien,8 assurent le transport rétrograde et sont recouvertes de protéines Cop I ou Cop II. ¨ Les vésicules à cavéoline : (sécrétion constitutive) Elles interviennent dans la nutrition par endocytose et dans le renouvellement de la membrane. NB : Les cavéolines sont des glycoprotéines qui interviennent dans des domaines de la constitution membranaire. 49 a) Étapes de transport : Le transport des vésicules est actif et se fait toujours par bourgeonnement. Processus : 1. Réception d’un signal de l’extérieur de la cellule. 2. Tri moléculaire. 3. Bourgeonnement des vésicules : La molécule à transporter (le ligand) se lie à son récepteur au niveau du compartiment donneur. A ce moment-là il y a interaction entre l’adaptine, qui est une protéine nécessaire pour unir le manteau de clathrine à la membrane, et la clathrine. Ces derniers vont à leur tour former un complexe protéique qui va interagir avec le récepteur via l’adaptine et former le manteau vésiculaire. La polymérisation et la déformation de ce manteau permet le bourgeonnement de la vésicule. A ce niveau-là interviendra la dynamine (protéine G monomérique) qui va faciliter le détachement de la vésicule du compartiment donneur par l’action hydrolytique de la GTPase (source d’énergie). Ainsi, la vésicule devient autonome. 4. Fission ou déshabillage : Les vésicules se détachent de leur revêtement cytosolique protéique (coatomères ou clathrine) sous l’action d’une HSP70 (consomme de l’énergie) permettant ainsi l’interaction entre les protéines motrices du cytosquelette et les vésicules. 5. Vectorisation ou transport : Cette interaction ainsi créée, le déplacement des vésicules entre le compartiment donneur et le compartiment receveur se fait par les microtubules et les microfilaments (avec dépense d’énergie par hydrolyse de GTP). 6. Ancrage des vésicules. 7. Fusion des vésicules avec le compartiment accepteur. 50 Pour s’assurer que le transport s’effectue de façon ordonnée, les vésicules doivent avoir un adressage spécifique assuré par des marqueurs de surface qui les identifient selon leur origine, leur type de chargement et leur destination. Parallèlement, les membranes cibles doivent afficher des récepteurs complémentaires qui reconnaissent spécifiquement ces marqueurs. Cette étape est contrôlée par les molécules SNARE (protéine transmembranaire avec 20 groupes différents) et les protéines G monomériques RAB. Ceci dit, après le déshabillage et le déplacement vésiculaire, la vésicule doit fusionner avec la membrane cible. Cette fusion est facilitée et régulée par les protéines RAB qui contribuent fortement à la spécificité du transport vésiculaire et à la correspondance entre les v-SNARE et les t-SNARE. Ainsi, la v-SNARE fixée sur la vésicule va interagir avec la t-STARE de la membrane du compartiment receveur complémentaire pour former un complexe trans-SNARE qui conduit à la fusion vésiculo-membranaire qui se fait après hydrolyse de GTP. Après cette fusion, il y a intervention de la protéine NSF (protéine chaperonne cytosolique) qui va catalyser le processus de désassemblage entre les SNARE par activité ATPasique ; la NSF se fixe sur le complexe via des protéines adaptatrices et hydrolyse l’ATP pour détacher les SNARE. b) Contrôle du transport : Les protéines G sous forme GTP sont nécessaire pour : Þ Réguler le transport vésiculaire. Þ Assurer le bourgeonnement. Þ Fusion de la vésicule avec sa cible. 51 6.4. Les vésicules de sécrétion : 6.4.1. Les vésicules à sécrétion contrôlée ou régulée : Þ Sont localisées au niveau de la face trans de l’appareil de Golgi. Þ Peuvent migrer vers des zones spécialisées de la membrane. Þ Fusionnent avec la membrane plasmique après stimulation cellulaire (réception d’un signal extracellulaire). Þ Effectuent l’exocytose des éléments incorporés. Þ Leur sécrétion est régulée de manière très précise. Þ Les éléments qu’elles secrètent sont des molécules de signalisation comme les hormones ou des enzymes vers les lysosomes (récepteurs) comme les hydrolases. 6.4.2. Les vésicules à sécrétion constitutive : Þ Fusionnent régulièrement avec la membrane plasmique. Þ Assurent le renouvellement de la membrane plasmique et de la matrice extracellulaire. Þ Les éléments qu’elles secrètent sont des protéines ou des lipides intervenant dans la constitution de la membrane cytoplasmique ou la MEC. 6.5. Les endosomes et les lysosomes : 6.5.1. Les endosomes : L’endosomes est un compartiment membranaire très hétérogène qui reçoit les vésicules endocytées. Il représente le siège du tri des élément incorporés (endosome précoce), reçoit les vésicules de l’AG et fusionne avec le lysosome pour former les lysosomes secondaires définitifs composé uniquement d’enzymes de dégradation (endosome tardif = c’est un endosome précoce qui s’est déplacé à travers les microtubules vers l’AG en présence de GTP). 52 Les endosomes précoces : Þ Situés sous la membrane. Þ Sont directement alimentés par l’endocytose. Þ Leur pH est proche du milieu extracellulaire (7,4) Þ Fusionnent avec les vésicules qui proviennent de la membrane. Les endosomes tardifs : Þ Situés près de l’appareil de Golgi et du noyau. Þ Sont intermédiaires entre les endosomes précoces et les lysosomes. Þ Leur pH est acide (6,5) Þ Constituent un corps multivésiculaire. Þ Fusionnent avec les vésicules qui proviennent de l’appareil de Golgi ; ainsi, leur contenu s’acidifie et se charge des enzymes lysomiales marquées par un mannose 6 P. 53 6.5.2. Les lysosomes : Ce sont des vésicules ayant pour origine le réticulum endoplasmique ou l’appareil de Golgi et qui existent sous 2 types : les lysosomes primaires et les lysosomes secondaires. Ils renferment des enzymes (hydrolases acides) qui sont responsables de la digestion des macromolécules. Ils assurent également la et produisent des nutriments. Rôle : Þ Destruction des débris extra cellulaires, des déchets intracellulaires. Þ Dégradation de l’ensemble des molécules biologiques (ADN, protéines, oses, lipides). Þ Production des nutriments. NB : Les éléments à dégrader ont pour origine soit : o Des vésicules d’endocytose. o Des phagosomes (bactéries phagocytées par la cellule) o Des protéines du cytosol. Pathologies liées aux lysosomes : - Les maladies métaboliques de surcharge dues à des causes multiples : mucolipiose, silicose. - Autres maladies métaboliques : déficit en vitamine B12. 54 6.6. Le transport des macromolécules (protéines) : La synthèse de toutes les protéines commence toujours dans le cytosol : Une fois la synthèse commencée, la protéine peut avoir deux destinations : 1) Soit elle reste dans le cytosol pour la suite et la fin de la synthèse : c’est le cas des protéines solubles cytosoliques, nucléaires, mitochondriales et péroxysomales. Ces protéines sont synthétisées par les ribosomes libres du cytosol. 2) Soit elle est adressée à la membrane du RE qu’elle va traverser pendant que la biosynthèse se poursuit. On parle de translocation à travers la membrane du RE. C’est le cas des protéines membranaires, résidentes (des endosomes par exemple) ou sécrétées. Ces protéines sont synthétisées par les ribosomes du RE et vont pour cela faire appel au peptide signal. 6.6.1. Translocation à travers la membrane du RE : Les protéines transloquées vers le RE auront à terme trois destinations possibles : La membrane plasmique (cas des protéines intrinsèques et extrinsèques localisées du côté extracellulaire = vésicules constitutives). Le milieu extracellulaire (cas des protéines sécrétées = vésicules à sécrétion régulée). Les autres compartiments du système endomembranaire (cas des protéines résidentes de l’appareil de Golgi, des endosomes et lysosomes). 55 Þ Transport des protéines vers le noyau : Nécessite la présence de la NLS en suivant un processus particulier (voir page 8). Þ Transport des protéines vers les mitochondries : Nécessite un peptide signal situé en N-terminal (séquence synthétisée en premier) qui n’est reconnu que par la membrane mitochondriale. La protéine s’associe à d’autre types de protéines notamment aux chaperonnes qui vont permettre son passage à travers la membrane en prenant la forme native (linéaire) de la protéine et donc vont ainsi permettre le passage à travers la double membrane. Þ Transport des protéines vers les peroxysomes : Nécessite un peptide signal spécifique aux protéines qui vont vers les peroxysomes (généralement des hydrolases). a. Le peptide signal : Les protéines transloquées à travers la membrane du RE possèdent un signal d’adressage qui est le signal d’entrée dans le RE. Ce signal représente une séquence peptidique consensus (car retrouvé dans de très nombreuses protéines). NB : Le peptide signal = séquence d’une vingtaine d’acides aminés hydrophobes. Le peptide signal est situé à l’extrémité N-terminale de la protéine (= extrémité synthétisée en premier) en cours de synthèse. 1) Étape 1. 2) Étape 2. 3) Étape 3. 4) Étape 4/5 et 6. 5) Étape 7 et 8. 56 Processus : 1) Dès le début de la synthèse de la protéine, le peptide signal est reconnu par une particule de reconnaissance du signal appelée SRP (Signal Recognition Particle). La SRP se fixe également sur la grosse sous-unité du ribosome et bloque la traduction. NB : SRP = ribonucléoprotéine constituée de plusieurs peptides et d’un petit ARN (l’ARN 7S). Elle possède une activité GTPase : elle fixe le GTP et hydrolyse le GTP en GDP + Pi. 2) Le complexe SRP-peptide signal se fixe sur la membrane de RE via un récepteur protéique de la SRP. La SRP fixe alors un GTP. 3) La grosse sous-unité du ribosome se fixe sur le translocon qui est un pore aqueux entre le cytosol et la lumière du RE. Le translocon est bouché par la grosse sous-unité du ribosome sur sa face cytosolique et par la protéine BiP (= protéine chaperonne) sur sa face liminale. 4) Le translocon s’ouvre, la traduction reprend et la protéine en cours d’élongation s’engage dans le pore aqueux, traverse la membrane du RE pour entrer dans la lumière. Elle y est poussée par l’allongement de la chaîne et tirée dans la lumière par des protéines chaperonnes (dont la BiP). NB : La séquence signal reste enchâssée dans le translocon (donc l’extrémité N- terminale reste dans le cytosol). 5) La SRP se détache de son récepteur après hydrolyse du GTP. 6) Au cours de la synthèse, la protéine subit déjà deux types de modifications dans sa région liminale : ‒ Accrochage de motifs glucidiques par des glycosyl-transférases (N-glycosylation). ‒ Modifications de conformation par des protéines chaperonnes. 7) À la fin de la biosynthèse, seul le peptide signal du RE reste enchâssé dans la membrane du RE. 8) Le ribosome se détache de la membrane du RE et est recyclé dans le cytosol. Une peptidase du signal sépare le peptide signal du reste de la protéine. 57 6.6.2. Translocation des protéines solubles sécrétées : La peptidase du signal sépare le peptide signal du reste de la protéine. Celle-ci se solubilise alors dans la lumière du RE : 6.6.3. Translocation des protéines endoluminales : Destination déterminée. Présence d’un peptide signal. Fixation du SRP sur le peptide signal et sur le ribosome. Acheminement vers le RER. Reconnaissance et fixation du complexe sur le récepteur SRP du RER. Le canal de translocation ainsi formé laisse passer la protéine. La SPR est excisée puis libérée dans le cytosol. Reprise de la synthèse de la protéine. 58 6.6.4. Translocation des protéines à un seul passage transmembranaire : Le processus de translocation est initié par une séquence signal N-terminale qui fonctionne comme un signal de début de transfert équivalent au peptide signal. En plus de cette séquence de début de transfert, la protéine contient aussi une séquence d’arrêt de transfert. Lorsque cette dernière entre dans le translocon, ce dernier modifie sa conformation et libère la protéine latéralement dans la bicouche lipidique. L’extrémité N-terminale de la protéine se trouve du côté luminal et l’extrémité C-terminale du côté cytosolique. 6.6.5. Translocation des protéines à plusieurs passages transmembranaires : Présence de plusieurs peptides hydrophobes transmembranaires. Si le peptide est N-terminal, il se comporte comme un peptide signal. Si le peptide est dans la chaîne polypeptidique, il peut se comporter comme un peptide d’arrêt de la translocation. Si la synthèse est produite dans le cytosol (ribosome libre) le peptide se comporte comme un peptide d’initiation de la translocation. 59 6.6.6. Modification post traductionnelles des protéines (acquisition de la structure tridimensionnelle) : C’est un processus physique indispensable à l’acquisition de l’activité et de la fonction définitive de la protéine en question. C’est les protéines chaperonnes (HSP) qui en sont responsables et ce à travers l’interaction avec la chaîne polypeptidique en cours d’élongation. ??? Pont de dissulfure = Enzyme responsable = dissulfude isomérase. A revoir !! 60 6.7. Repliement erroné des protéines et maladies neurodégénératives : Les protéines mal repliées sont responsables de plusieurs maladies tel que : La maladie de Creutzfeldt-Jakob = encéphalopathie (de la vache folle). Maladie d’Alzheimer ou de parkinson. Fibrose kystique, mucoviscidose = mutation de la protéine la rendant non fonctionnelle et don instable. La maladie de Gaucher = maladie lysosomale due au déficit de l’enzyme appelée glucocérébrosidase. Cette perte d’activité est due soit à une absence totale de l’enzyme, soit à un repliement incorrect de l’enzyme. La thérapie par molécule chaperonne (administration par voie orale) permet, en faisant en sorte que cette molécule s’associe à l’enzyme mutante, le repliement correct et le rétablissement des propriétés de l’enzyme. 61 Le cycle cellulaire I- Les phases de du cycle cellulaire : Phase G1 : C’est la plus longue et la plus variable du cycle. Elle est caractérisée par la préparation à la réplication de la molécule d’ADN (synthèse des protéines qui doivent y intervenir tq histones, ligases…) Phase S : Elle est caractérisée par la réplication de la molécule d’ADN (duplication des chromosomes pas encore visibles). Elle fait intervenir plusieurs enzymes : l’hélicase, la topo 2 primase, polymérase, histones… Phase G2 : Elle est caractérisée par la préparation à la mitose avec correction de la structure de l’ADN. Phase M : Elle est caractérisée par la répartition équitable des molécules d’ADN entre les cellules filles. Elle comporte 4 sous étapes : la prophase, la métaphase, l’anaphase, la télophase. II- Évaluation quantitative de l’ADN par cellule : Cette évaluation se fait par incorporation des molécules fluorescentes (BET) et par cryométrie de flux (CMF = en fonction du pourcentage, on interprète le pourcentage) 62 III- Régulation du cycle cellulaire : Il existe 2 points de contrôle dans le cycle cellulaire : Point de contrôle G1 : point de restriction = c’est lui qui déclenche le cycle cellulaire après quoi il n’y a pas de machine arrière (pas de retour à G0) et si un problème surgit, c’est les mécanismes de réparation qui s’en charge. Il se situe avant l’entrée en S pour vérifier si la cellule est assez volumineuse, si elle contient assez d’enzymes et de protéines , si l’ADN est endommagé et si l’environnement est favorable. Point de contrôle G2 : Il se situe avant l’entrée en mitose pour vérifier si l’ADN est répliqué et si la cellule est assez volumineuse. Il existe également des facteurs intracellulaire spécifiques déclenchant et régulant les différentes phases du cycle cellulaire par phosphorylation et déphosphorylation, ce sont les facteurs promoteurs : un facteur inhibiteur de mitose (G1 et S), SPF (G1 et la fin de S) et MPF (la fin de G2 et M). 63 IV- Mécanisme de la régulation du cycle cellulaire : 1) Généralités : Les différentes phases du cycle cellulaire sont contrôlées par des complexes protéiques appelés facteurs de promotion. On y trouve les kinases qui sont des complexes macromoléculaires dont les deux composants principaux sont une sous unité régulatrice appelée « cycline » et une sous unité catalytique appelée cdk (cyclin dependant kinase = kinases cyclines dépendantes). Seul le complexe cdk/cycline (complexe hétérodimétrique = formé par l’imbrication de la cy

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