UE8 Biologie cellulaire PDF - Livret 2/8 CM2 - 2024-2025

UE8 Biologie cellulaire LIVRET 2/8 CM2 Échanges avec mouvement de la membrane La mort cellulaire S02 – Cours du 09/01/2025 Livrets, Annales, E-learning, Capsul’exam, Fiches… Année 2024-2025  Transport avec mo...

UE8 Biologie cellulaire LIVRET 2/8 CM2 Échanges avec mouvement de la membrane La mort cellulaire S02 – Cours du 09/01/2025 Livrets, Annales, E-learning, Capsul’exam, Fiches… Année 2024-2025  Transport avec mouvements de membrane III-Transport avec mouvement de la membrane L’endocytose Transport vésiculaire (= formation d’une vésicule) vers l'intérieur d'une cellule = phénomène inverse de l’exocytose 3 types d’endocytose qui dépendent de 3 paramètres : – Le volume à ingérer Généralités – La présence ou non d’un récepteur – La présence ou non d’un revêtement protéique (manteaux de clathrine) Elle se fait par 2 moyens : – Soit par invagination de la membrane – Soit par recouvrement de la particule à ingérer (phagocytose) Existe chez toutes les cellules eucaryotes Représente 40 à 50% des phénomènes d’endocytose : majoritaire Endocytose Concerne les molécules volumineuses spécifique Intervention de la clathrine Reconnaissance spécifique du matériel à ingérer par un récepteur© Existe chez toutes les cellules eucaryotes Aspécifique : Pinocytose – Tout ce qui se trouve dans le périmètre de l’invagination sera récupéré (= par la cellule endocytose – Ne nécessite PAS l’intervention de récepteurs membranaires non Il est donc normal que toutes les cellules soient équipées pour recevoir du spécifique) matériel Concerne les molécules à petits volumes Limitée à quelques cellules spécialisées (cellules du système immunitaire comme les macrophages, les PNN ou les cellules dendritiques) Les types Nécessite la présence de récepteurs Phagocytose d’endocytose Recouvrement des molécules par la membrane avec une reconnaissance spécifique de la bactérie/cellule morte à digérer Concerne les grosses particules© (bactérie, cellules mortes, virus…) Résumé Dans tous les cas, la cellule transfère une fraction du volume de l’espace extracellulaire et une portion de la membrane plasmique C’est ce qu’on appelle l’internalisation qui permet de former une vésicule intra-cellulaire La vésicule est prise en charge par les microfilaments d’actine puis de microtubules 3  1. L’endocytose spécifique a. Les différentes étapes La cellule exprime des récepteurs transmembranaires spécifiques selon les besoins de molécules (ligands) à importer (ingérer) Reconnaissance spécifique du récepteur pour son ligand Reconnaissance du ligand sur le récepteur induit un changement de conformation du récepteur (interaction protéine-protéine le plus souvent) Regroupement des récepteurs dans la membrane plasmique (diffusion) Dévoile une séquence dans le domaine intracytoplasmique du récepteur 1)Reconnaissance par un complexe protéine protéique : l'adaptine 2 2)Polymérisation d'un complexe protéique : la clathrine 3)Invagination de la membrane 4)Formation d'une vésicule recouverte clathrine riche en ligands Généralités Le ligand se fixe au site de reconnaissance du récepteur Cette reconnaissance induit des modifications dans la partie intracellulaire du récepteur qui recrute alors l’adaptine 2 1) Mécanisme Reconnaissance par un complexe protéine protéique : l'adaptine 2 Est un complexe protéique formé de 4 sous-unités = hétéro- L’adaptine tétramère 2© Fais le lien entre le récepteur et la clathrine Permet la polymérisation de la clathrine 4  L’assemblage des sous-unités de clathrine est spontané = polymérisation Mécanisme Cet assemblage se fait grâce aux molécules d’adaptine (rapprochement des molécules de clathrine) = complexe protéique formé de plusieurs sous-unités appelés des triskélions 2)Polymérisation 1 Triskélion = d'un complexe o 3 chaines lourdes (180kD) protéique : la § Formées chacune : clathrine – De la cuisse (proximal), de la La jambe (distal), du pied (N- clathrine© terminal) – De 2 parties mobiles : genou et cheville § S’associent entre elles au niveau d’un domaine de trimérisation o 3 chaines légères (40kD) Cette organisation a été observée en microscopie électronique Cette polymérisation engendre l'invagination de la membrane puis recouvert de clathrine ou « coated pit » Pour donner finalement une vésicule recouverte En même temps que le ligand, du liquide extracellulaire est incorporé d'une façon non discriminante dans la vésicule Ce type d'endocytose est un mécanisme sélectif qui augmente Généralités l'efficacité de l'incorporation de molécules présentes dans le milieu extracellulaire en faible concentration (grâce à la quantité de récepteurs exprimés par la cellule) Il peut y avoir jusqu'à environ 1000 complexes récepteurs ligands par vésicule Les ligands entrent dans les cellules sans qu'un important volume de liquide extracellulaire soit également endocyté (encombrement) Pour que la vésicule s’identifie et se sépare de la membrane plasmique il 3)Invagination y a intervention d’une protéine : la dynamine de la membrane – GTPase cytosolique© + – Molécule capable de s’associer au GTP ou au GDP 4)Formation – Molécule capable d’hydrolyser son GTP en GDP d'une vésicule – La forme active est celle liée au GTP recouverte La dynamine catalyse la séparation de la vésicule de la membrane clathrine riche – Les dynamines associées au GTP vont polymériser en ligands – En s’associant elles forment une spirale autour d’un point d’invagination Intervention – L’hydrolyse du GTP va entrainer la constriction du complexe jusqu’à de la séparation de la vésicule de la membrane plasmique dynamine Après l’étranglement de la membrane, la dynamine se retrouve sous forme GDP et se dissocie 5  UNE FOIS LA VESICULE D’ENDOCYTOSE OBTENUE Dépolymérisation de la clathrine grâce à des protéines de type HSP + GTPase 3) Déshabillage Obtention d’une vésicule lisse = endosome Fusion avec une vésicule qui provient du golgi pour former lysosome proprement dit une fois qu'il sera acidifié 4+5 Voici la version très succincte de l’enseignant. Si vous avez besoin des détails pour votre compréhension : c’est en réalité ce que vous avez vu au S1, reportez-vous aux explications ci-dessous Une fois débarrassée de son manteau de clathrine la vésicule va s’acidifier – Acidification© due à une entrée d’ions H+ dans la cellule permise par des transporteurs spécifiques – Diminution du pH jusque 6 La vésicule prend le nom de CURL = compartiment de découplage du récepteur et du 4 ligand© Explications du – L’acidification a fragilisé les liaisons ligand/récepteur ce qui va entrainer leur schéma, non dissociation. apportées par Regroupement des récepteurs dans une zone du CURL l’enseignant Formation de 2 vésicules à partir de CURL cette année Une vésicule chargée en récepteur issue du CURL fusionne avec la membrane plasmique 5 – Recyclage des récepteurs Gain de temps et d’énergie L’autre vésicule chargée en ligands fusionne avec un lysosome – Dégradation des ligands sous forme d’acides aminés, monosaccharides … par des 6 enzymes lysosomales fonctionnant à pH 5 Permet leur extériorisation de la vésicule pour être utilisés par la cellule 6  b. Exemples d’endocytose spécifique Le cholestérol Provient principalement du foie (75%) et de l’alimentation (25%) Généralités Permet de réguler la fluidité des membranes Pour circuler dans le sang, il a besoin de transporteurs appelés lipoprotéines ou LDL© « low-density-lipoprotein » – Les LDL délivrent les cholestérols aux tissus grâce à un système de reconnaissance Transport par des récepteurs spécifiques© et des mécanismes d’endocytose Les cellules qui ont besoin de cholestérol doivent capter les LDL circulants – Les LDL chargés en cholestérol peuvent ensuite entrer dans les cellules Vésicule entourée d’une seule couche de phospholipides et recouverte par des protéines spécifiques : les apoprotéines B. – Le cœur de la vésicule est hydrophile. A l’intérieur du LDL on retrouve du cholestérol sous forme estérifié Les récepteurs des cellules possèdent : Zoom sur les – Un domaine extracellulaire N-terminal qui LDL permet la liaison du LDL. Le site de fixation reconnait l’apoprotéine B – Un domaine hydrophobe transmembranaire qui permet l’ancrage à la membrane Un domaine cytosolique qui possède un site de liaison à l’adaptine 2 qui se dévoile après reconnaissance du ligand Quand la cellule a besoin de cholestérol, elle exprime des récepteurs aux LDL à sa surface 1 Les LDL se fixent au récepteur grâce à l’apoprotéine B (ApoB), se regroupent et changent de conformation Invagination de la membrane grâce aux molécules de clathrine liées à la membrane par l’adaptine 2© 2 Formation d’une vésicule – Recouverte d’un manteau de clathrine – Chargée en récepteurs couplés au cholestérol Dissociation de l’adaptine et de la clathrine 3 – On parle alors d’endosome ou de vésicule lisse Endocytose Les multiples vésicules lisses formées lors de l’endocytose peuvent du 4 fusionner pour former un endosome secondaire. cholestérol Acidification de l’endosome (pH 6) 5 Découplage du récepteur et du ligand avec le CURL. Fusion de la vésicule contenant les ligands avec un lysosome primaire 6 pour former un lysosome secondaire Dégradation des LDL pour libérer : – Le cholestérol 7 – Les acides gras issus de la couche de phospholipides. – Les AA (issus de la dégradation de l’apoprotéine B) Diffusion des molécules pour alimenter la cellule Recyclage des récepteurs© qui vont être de nouveau exprimés à la 8 membrane 7 Régulation Non décrit du par cholestérol l’enseignant Maladie héréditaire Touche 120 000 à 150 000 français Plusieurs formes d’hypercholestérolémie héréditaire : o La plus fréquente est l’hypercholesterolémie familiale due à une baisse de l’activité des récepteurs du LDL Généralité Les récepteurs sont moins efficaces ou moins exprimés à la surface o La deuxième forme est la déficience familiale en apolipoprotéine qui altère la liaison du LDL à son récepteur Dans les 2 cas les LDL s’accumulent dans le sang (car moins captés par les cellules) et sur la paroi des artères Hyperchole Constitue un risque cardiovasculaire important stérolémie Mutation familiale dans le Insensible à la baisse de PH nécessaire au (HF) domaine de découplage reconnaissan Pas de recyclage des récepteurs ce/fixation du LDL Mutation Séquence d'acides aminés reconnaissant dans le l'adapt ine domaine Séquence …Asn-Pro-Val-Tyr cytoplasmiq Mutation de la tyrosine par une cystéine ue du ce qui bloque d'endocytose récepteur 8  Il existe plusieurs mutations qui ont des conséquences à la fois sur la formation des récepteurs aux LDL mais aussi sur les mécanismes d’endocytose. Peu fréquente Normalement on a : – Formation de protéine co-traductionnelle puisque c’est un récepteur membranaire – Prise en charge de l’ARNm par les ribosomes 1- Pas d’ARNm – Production d’un peptide signal qui permet la synthèse du peptide au niveau du RE – Passage dans le Golgi pour modifications post-traductionnelles. – Arrive grâce à une vésicule d’exocytose vers la membrane plasmique dans laquelle il s’enchâsse. Si pas d’ARNm alors tout le reste n’a pas lieu. 2- Protéine Une autre possibilité concerne la bonne validité du récepteur. dégradée dans – Si celui-ci n’est pas valide il va être dégradé dans le RE le RE Les En temps normal la protéine est expulsée du golgi via une exocytose régulée. différentes Les vésicules d’exocytose vont fusionner avec la membrane lorsque la cellule en a mutations 3- Pas besoin. à l’origine d’internalisation Dans ce cas les récepteurs sont en mesure de capter les LDLs mais l’invagination de de la la membrane est impossible. maladie Mécanisme d’endocytose est dans ce cas possible On obtient une vésicule qui va maturer pour devenir un CURL (vésicule lisse acidifiée ph=6) Cependant il n’y a pas de dissociation entre le ligand et le récepteur 4- Pas de – Mutation empêche la sensibilité à l’acidité dissociation du CURL fusionne tout de même avec un lysosome ce qui entraine : ligand – Dégradation de l’intégralité des molécules de la vésicule y compris les récepteurs aux LDL – Libération du cholestérol dans la cellule Non recyclage des récepteurs. Donc au bout de plusieurs cycles la cellule ne peut plus capter de LDL Le récepteur ne parvient pas à reconnaitre son ligand qui est muté. Mutation ApoB Il n’y a pas de mécanisme d’endocytose enclenché. Si le site intracellulaire de reconnaissance de l’adaptation est muté et ne parvient à Mutation interagir avec l’adaptine alors on ne peut pas recruter la clathrine et il n’y a pas Récepteur d’internalisation. Le tableau ci-dessus décris ce schéma qui a été montré par l’enseignant mais sans les explications 9  Endocytose de la transferrine Est indispensable à la synthèse de l'hémoglobine et à de très nombreux processus cellulaires tels que la respiration et la division cellulaire il s'agit donc d'un élément indispensable à la vie En surcharge dans l’organisme : cela cause des maladies appelées hémochromatose Le fer ou hemosidérose L’accumulation anormal de fer dans les cellules se révèle toxique et entraîne le mauvais fonctionnement puis la mort cellulaire Sa distribution dans tout l'organisme se fait par des protéines de transport spécialisées qui fixent solidement des ions ferriques : la transferrine Principale protéine de transport du fer circulant plasmatique Synthétisée principalement par le foie puis libérée dans le plasma La Comporte 2 sites de fixation de l’ion ferrique (Fe3+) transferrine – Lorsqu’elle est associée au fer on l’appelle la ferrotransferrine – Lorsque les deux sites sont libérés de fer on l’appelle l’apotransferrine La cellule capte la transferrine par endocytose spécifique pour récupérer le fer à la fin Sur les 6 étapes qui suivent : les phrases en rouges sont celles qui ont été expliqué par l’enseignant cette année. Le reste vous décrit le schéma et n’a pas été réexpliqué par l’enseignant. La cellule émet des récepteurs qui reconnaissent spécifiquement la ferrotransferrine 1 – Reconnaissance de la transferrine uniquement lorsqu’elle est associée à deux ions ferriques Changement de conformation des récepteurs Regroupement des récepteurs Liaison avec l’adaptine au niveau du domaine intracytoplasmique 2 Couplage avec les complexes de clathrine Invagination de la membrane Formation d’une vésicule recouverte de clathrine Dissociation du manteau de clathrine de la vésicule en présence d’énergie et Endocytose 3 d’ATP du fer Formation d’une vésicule lisse chargée en transferrine Acidification de la vésicule – Entraine cette fois ci la dissociation des ions ferriques de la transferrine 4 – Pas de dissociation récepteur-transferrine Les ions ferriques sortent de la vésicule et seront transformés en Fe2+ pour être utilisé dans les différentes réaction biochimiques de la cellule Recyclage des récepteurs associés à l’apotransferrine au niveau de la 5 membrane par fusion de la vésicule Au contact de la membrane le pH se stabilise autour de 7 – Perte d’affinité entre les récepteurs et l’apotransferrine – L’apotransferrine est larguée dans le milieu extracellulaire pour capter 6 d’autres ions ferriques Contrairement au cholestérol les récepteurs ne sont pas les seuls éléments qui sont recyclés car les ligands sont aussi réutilisés 10 c. Les principales fonctions de l’endocytose médiée par un récepteur Ces mécanismes d’endocytose existent pour importer des nutriments (fer, cholestérol etc..) Quand il y a un apport de nutriment il y a un recyclage des récepteurs : – Exemple du cholestérol (LDL) Apport de ü Dégradation du cholestérol nutriments ü Recyclage du récepteur – Exemple du fer (transferrine) ü Libération du fer ü Recyclage du récepteur et du ligand Évite une hypersignalisation : en général le ligand et son récepteur sont Signalisation dégradés Mécanisme utilisé par les microorganismes pour infecter une cellule o Cf cours sur le lysosome du S1 Infection o Certains micro-organismes utilisent les molécules d’adhérence et l’endocytose spécifique pour entrer dans la cellule 11  2. L’endocytose non spécifique: la pinocytose Mécanisme Toutes les cellules sont capables de le faire universel Petites molécules dissoutes dans le MEC ou piégée par le glycocalyx Molécules (=revêtement sur la face extracellulaire de la membrane formé par les sucres concernées portés par les glycoprotéines et les glycolipides) Molécules capturées non spécifiquement Du matériel à proximité de la membrane plasmique est capté de façon aspécifique : Absence de récepteurs à la surface de la cellule Glycocalyx permet la captation du matériel à ingérer en piégeant les molécules à proximité Invaginations régulières de la MP pour former de petites vésicules Déroulement cytoplasmiques = endosome, forcément lisse Ces vésicules fusionnent avec les lysosomes primaires Dégradation des macromolécules (protéines, polysaccharides) dans le lysosome secondaire Récupération des molécules que la cellule peut utiliser (sucres, AA…) Mécanisme général de la pinocytose 12  3. La phagocytose Nécessite des récepteurs qui doivent être activés pour déclencher le processus de phagocytose Effectuée par des cellules spécialisées du système immunitaire (SI) Mécanisme Il existe trois types de cellules phagocytaires appartenant aux cellules du SI spécifique – Les macrophages – Les neutrophiles – Les cellules dendritiques Molécules Grosses particules© inertes ou vivantes (comme les bactéries, les virus ou phagocytées les cellules mortes) La défense contre les infections et les micro-organisme Rôle Rôle d’élimination les cellules mortes par apoptose (macrophages notamment) Des particules inertes : verre, latex Des oligosaccharides à la surface de certains microorganismes (Des récepteurs à la surface des macrophages reconnaissent le mannose, le fucose et le N-acétylglucosamine des glycoprotéines à la surface des micro- Déclenchement de organismes) la phagocytose Des cellules mortes par apoptose© (Expriment à leur surface la par : phosphatidylsérine au niveau du feuillet externe) Les anticorps qui forment un manteau autour des microorganismes par recouvrement avec la partie Fc des Ac est tournée vers l’extérieur = opsonisation Sur l’anticorps on distingue deux domaines : Anticorps – 2 sites de reconnaissance pour l’Ag de la bactérie = Site spécifique 1 fragment Fc = Partie commune Schéma non décrit par l’enseignant 13  4. L’endocytose et l’exocytose: 2 mécanismes proches Mouvements des vésicules nécessitent de l’énergie et la mobilisation du Mécanismes cytosquelette communs (mais Besoins de protéines impliquées dans la fusion des membranes inverses) (dynamine) Besoins en énergie Mécanismes utilisés Entrée du virus par des mécanismes d’endocytose cellulaire (infection) par les micro- Sortie du virus par les mécanismes d’exocytose cellulaire (contamination) organismes Exocytose : apport de matériel à la membrane Endocytose : perte de Renouvellement des matériel de la membrane membranes Les deux systèmes se compensent car la taille de la cellule ne varie pas 14  La mort cellulaire Processus aussi important que celui de la vie dans la cellule. N’est pas une destruction massive, car rôle dans le développement de nos organismes. I- INTRODUCTION « La vie nécessite la mort » Si pas de mort cellulaire, on atteint ces chiffres : Quelques – 2,5T de moelle osseuse chiffres – 2 km2 de peau – 32 km intestin Schématiquement : Une cellule eucaryote a deux possibilités quand elle nait – Vivre ü Elle peut proliférer ou se différencier et continuer à former un tissu – Mourir – 3ème voie entre les deux (purgatoire) ü Cellule ne vit pas complétement, n’est pas complétement morte Généralités ü État intermédiaire : le vieillissement cellulaire ü Mais nombreuses voies de passage en passant ou non par le vieillissement. Mise en place de la mort dans le développement d’un organe et dans la survie d’un organisme est extrêmement important si ne vient pas contre balancer phénomènes de la vie cellulaire. 3 voies (3 types de mort) – « Accidentelle » (non prévue) : nécrose – « Programmées » : apoptose – autophagie ü Mécanismes qui signifient à la cellule qu’elle a joué son rôle et peut Voies disparaitre. ü Importante +++ à la différence de voie accidentelle. Nombreuses interactions entre elles, voies de passage. – L’une peut aboutir à l’autre et inversement. 15  II- NECROSE Caractéristiques morphologiques – biochimiques Modifications morphologiques expliquées par une cascade d’élément moléculaires biochimique et métaboliques Mort anormale de la cellule, pas prévue – Phénomènes déclencheurs souvent Généralités extérieurs à la cellule, à l’organe, à l’organisme. Caractérisée par anomalie métaboliques qui vont expliquer anomalies morphologiques. Mécanisme passif Phénomène précoce : déplétion d’ATP© Altération perméabilité membranaire avec dégradation des phospholipides© Altération de la membrane de tous les organites intracellulaires dont les mitochondries – Fuite de calcium en intracellulaire qui active phénomène de kinases ü Dégradation des protéines, lipides, de l’ADN par des protéases(aléatoire)© Morphologiques : ont permis au départ de décrire la nécrose Conséquences Gonflement de la cellule lié à modification de la perméabilité du réticulum endoplasmique, – Mitochondries vont larguer des choses dans cytoplasme et dans noyau, puis modification perméabilité de la membrane qui aboutit à une lyse (=explosion de la cellule). ü Cellule relargue dans l’environnement des molécules telles que les hydrolases acides qui aboutissent à une réaction inflammatoire dans le tissu©. (Comme une bombe nucléaire libérée dans le tissu et impacte sa physiologie) 16  III- AUTOPHAGIE Caractéristiques morphologiques – biochimiques Mort cellulaire programmée implique une cascade d’activation finement régulée Généralités – Besoin d’énergie, l’ATP est maintenue – Mécanisme principal d’activation est la carence en nutriments Excès ou dépassement d’un phénomène physiologique : la destruction des organites intracellulaires par les lysosomes comme les mitochondries qui devraient être renouvelées. Quand excès d’autophagie : mort cellulaire. – On parle aussi d’auto- cannibalisme car activation Conséquences des lysosomes. Autophagie mise en évidence morphologiquement par microscopie électronique – Accumulation de volumineuses vacuoles© qui correspondent à lysosomes qui prolifèrent s’activent ü Dégradent tout ce qu’ils peuvent. A la différence la nécrose et de l’apoptose : le mécanisme principal de l’autophagie est celui d’une carence en nutriments – La cellule ayant un déficit d’apports elle va utiliser ce qu’elle a dans le cytoplasme Mécanisme pour assurer le minimum vital au niveau des voies métaboliques principales ü Formation d’ATP. Sur le plan métabolique : séquestration de lysosomes sous la forme d’autophagosomes qui vont progressivement digérer organites intracellulaires Membrane plasmique extérieure est maintenue donc intégrité de la cellule ce qui se rapproche de l’apoptose Différence Pas de réaction inflammatoire. Pour autant transmissible de proche en proche avec la nécrose Pas de condensation de la chromatine ni de fragmentation du noyau comme dans apoptose ou nécrose. 17 IV- APOPTOSE 1. Historique Utilisation Molécules anti-apoptotiques utilisées dans beaucoup de maladies. 1972 (Kerr, Wyllie et Currie) à concordance avec l’arrivée du MET Description Phénomène ancien initiale Prix Nobel pour description – Analyse morphologique de tissu Ce mot provient d’une locution grecque évoquant la « chute des feuilles » Origine – (Apo = au loin et Ptose = chute) Chez Caenorhabditis elegans = nématodes = vers plat, C.elegans – Particularités : Premières ü 1090 cellules somatiques, adulte études ü 131 meurent par apoptose, très précis, constant Donc processus finement régulé, les 2/3 des cellules auraient donné naissance à des neurones si elles avaient continué à vivre. Très conservée des espèces les plus élémentaires aux mammifères Découverte gènes de suicide/survie Conclusion – Gènes codant pour des protéines impliquées dans la survie de la cellule ou dans son suicide par apoptose. 18  2. Caractéristiques morphologiques – biochimiques Apoptose = suicide de la cellule Programmé – Contrôlé Généralités – Fait intervenir une cascade de protéine particulière – Mécanisme constant entre les espèces et spécifiques – Fait intervenir de l’ATP ü Consomme et a besoin d’ATP Soit signaux intracellulaires soit extracellulaire Beaucoup d’éléments déclenchants. Déclenche Signaux responsables de modifications morphologiques expliquées par modifications ment métaboliques Le phénomène est actif Fragmentation de l’ADN = modification métabolique très précoce selon des multiples de 200 paires de bases. – Si on fait migrer de l’ADN sur un gel : ADN complétement dégradé ü Aspect en échelle pour apoptose ü Fragments d’ADN qui sont des multiples de 200 paires de base. Modification polarité de la membrane de cellule – Expression du côté extracellulaire de phosphatidylsérine qui est normalement sur versant intracellulaire de la bicouche lipidique. Sécrétion de cytokines qui bloquent l’inflammation – Pas de phénomène inflammatoire Morphologique Conséquen – Condensation du noyau, de la chromatine ces ü Visible avec colorant du noyau ici en bleu, en MET – Formation de bourgeonnements© (= blebbing) qui partent sous la forme de corps apoptotiques emportant avec eux mitochondries, morceaux de noyau sans fuite dans le milieu extra-cellulaire car la membrane reste imperméable ü Fluorochromes en vert à la périphérie d’une cellule en apoptose : corps apoptotiques qui vont s’échapper de la membrane. – En MEB : lymphocytes T envahis par virus du sida qui est responsable de l’apoptose des globules blancs avec corps apoptotiques qui bourgeonnent puis s’échappent – Corps apoptotiques reconnus par des macrophages, dégradés, donc pas de réaction inflammatoire au sein du tissu (important car permet à l’organe d’éliminer une cellule à un endroit donné) comme dans jeu Tetris – Les organites restent longtemps intacts 19  3. Aspects moléculaires a. Déroulement 3 phases : bien régulée Signaux externes Phase de déclenchement – Récepteurs de mort cellulaire = induction Signaux internes – Mitochondries Phases Enzymes spécifiques Phase effectrice – Caspases Point de contrôle et régulation – Famille Bcl-2 Phase active de dégradation des substrats Irréversible Signal extrinsèque Récepteurs transmembranaires de type 1 Induction Famille TNF – Domaine IC = séquences appelées « death domain » (DD) 20  TNF pour facteur de nécrose tissulaire : glycoprotéine de type 1 – Un seul domaine extracellulaire, – Un seul domaine transmembranaire, – Caractérisé dans partie extracellulaire par des domaines capables de fixer un ligand – Dans la partie intracellulaire assez courte organisation particulière en répétition de sous-domaines appelés domaine de mort cellulaire (DD) capables de recruter des protéines une fois activés. (Recrutement via protéines adaptatrices) Protéines adaptatrices – Domaine DD capable de se dimériser avec partie intracellulaire du récepteur au TNF et Domaine Adaptation qui permet de recruter le domaine d’adaptation de la procaspase 8 ü Contient site actif de la caspase responsable de la dégradation de substrats « DA » Induction Caspase 8 (DA et sites actifs « SA ») Pour être actif, les récepteurs au TNF ont besoin de se trimériser© – Possible grâce à un ligand : FasL qui Peut se fixer au niveau des domaines extracellulaire ü Trimérisation du récepteur au TNF -> homotrimérisation ü Active le domaine intracellulaire et en particulier domaines de mort cellulaire qui vont s’autophosphoryler. – En étant actif, ils vont recruter protéines adaptatrices, qui vont à leur tour permettre de recruter et d’activer la procaspase 8© qui elle-même par une cascade de signalisation va finir par activer une caspase 3 ü Rôle fondamental dans l’apoptose car à partir du moment où elle est activée, l’apoptose est irréversible. ème 2 signal – Signal intrinsèque – La mitochondrie est impliquée dans l’exécution ü Joue un rôle pivot ü Contient des facteurs apoptogènes qui vont activer des caspases (cytochrome c) 21  Utilise l’oxygène pour fabriquer de l’ATP Détoxifie Produit des radicaux libres – Peut être impliqué dans l’apoptose. Mitochondries Dans la matrice de la mitochondrie il existe une molécule : le cytochrome c – Doit rester dans la matrice mitochondriale, – Quand il est libéré il recrute une caspase, la procaspase 9, l’active en caspase 9© qui activera d’autres caspases jusqu’à activation de la caspase 3 ü Déclenchera l’apoptose. 22  Phase effectrice = caspases constitutives et inactivées dans le cytosol – Activation par clivage et dimérisation – Régulation : activation en cascade (amplification du signal), présence d’inhibiteurs (protéasome…) – Protéines qui existent de façon constitutive dans le cytoplasme de la cellule – Présentes sous forme inactive = procaspase, pour être activées : ü Doivent libérer un prodomaine ü Quand prodomaine activé la caspase va se cliver et s’associer à une autre caspase identique pour former un homodimère qui va être Exécution proprement actif, capable d’activer et de détruire sa cible. – Nombreux systèmes pour contrôler ces caspases ü Présentes sous forme inactive ü Peuvent être bloquées détruites par le protéasome pour empêcher une activation excessive et donc déclenchement itératif de l’apoptose. Phénomène codifié – Caspases agissent en cascade, une caspase active une autre caspase, qui active une autre caspase, etc. On peut séparer deux parties : ce qui se passe avant la caspase 3 et ce qui se passe après la caspase 3. – Avant l’activation de la procaspase 3 en caspase 3 : phénomène encore contrôlable par la cellule ü Avec le protéasome, – Quand caspase 3 est activée l’apoptose devient irréversible ü Cellule ne peut rien faire car protéases activées après la caspase 3 vont être inarrêtables Responsables de la protéolyse des substrats, notamment cytosquelette, protéine de réparation de l’ADN, ADN etc. 23  b. Contrôle Protéasome = mitochondrie – Peut déclencher et inhiber apoptose Au niveau de membrane extérieure de la mitochondrie : groupe de protéines de la famille Bcl-2 – 2 sous-groupes ü Anti-apoptotiques (Bcl-2)© ü Pro-apoptotique (Bax)© – Agissent en Homo ou hétérodimères ü (Bax/Bax) ; ü (Bcl-2/Bcl-2) ; ü (Bax/Bcl-2) Protéines de la famille de Bcl-2 capables de former ou non des pores au niveau de la membrane interne et externe mitochondriale – Ces pores mitochondriaux vont Point de relarguer ou non le cytochrome c. contrôle – Question de balance. principal ü Si excès de Bcl-2 : pas de formation de pores mitochondriaux, pas de libération de cytochromes c, cellule survie ; ü Excès de Bax : pores mitochondriaux, libèrent cytochrome c et favorise apoptose. (C’est le cas dans certaines maladies) – Des cellules cancéreuses utilisent un excès de Bcl-2 ou des mutations de Bax pour empêcher l’apoptose. Système à 2 entrées en fonction des signaux, induction encore régulable – Point de contrôle au niveau de la caspase 3 et effecteurs quand caspase 3 activée. Ici frottis sanguins avec des globules rouges et globules blancs en apoptose 24  Extrêmement souvent : activation interne entraine activation externe et inversement Image d’un lymphocyte, en microscopie optique, infecté par le virus du SIDA qui entre en apoptose c. Rôle Toutes cellules en trop doit disparaitre, sinon met en péril la survie de l’organe Différenciations cellulaires implique que toute cellule soit au bon endroit au bon moment Processus physiologique, actif, consommateur d’énergie, normal intervenant dans : Fonctions – Développement des organismes pluricellulaires : modelage d’organes, élimination de structures… – Homéostasie tissulaire chez l’adulte ü Élimination de cellules anormales, non fonctionnelles, mal localisées ou dangereuses pour l’organisme – Défense contre des agents pathogènes (Lymphocyte T et sida) Inhibition : cancers Défaut – Accumulation de cellules apoptose Activation : SIDA – Déplétion des lymphocytes T 25  V- VIEILLISSEMENT CELLULAIRE 1. Modifications cellulaires Voie intermédiaire entre la vie et la mort Processus inéluctable – Dans certaines expériences de culture de cellules on a montré que ce processus pouvait être réversible quand même Généralités Universel Intrinsèque – Fait intervenir des mécanismes génétiquement déterminés +/- extrinsèque. Ont permis de caractériser ce vieillissement – S’explique par des mécanismes moléculaires Variables : diminution et altération fonctionnelle des cellules et organes 2 modifications morphologiques caractéristiques dans le cytoplasme : – Expression enzyme beta-D-galactosidase© Modifications ü Enzymes situés dans les lysosomes© morphologiques ü Mise en évidence car consomme des produits qui vont être colorés en bleu dans les cellules – Foyer hétérochromatine (remodelage) ü Condensation de l’architecture nucléaire mais ne ressemble pas à la condensation de l’apoptose 26  2. Mécanismes Hypothèses (non exclusives) = sénescence réplicative : nombre de divisions limité© – Nous ne sommes pas égaux entre nous et vis-à-vis d’autres organismes de notre environnement ü Souris de laboratoire durée de vie de 2 ans ü Processus dépendant de l’espèce et au sein de l’espèce dépend de processus moléculaire Rôle des télomères : – =structure située à l’extrémité des chromosomes, de motifs répétés, se raccourcissent à chaque division Programmation cellulaire© génétique – Point limite qui active p53 : (intrinsèque) raccourcissement = cassure : activation de p53 ü Bloque division cellulaire et aboutit à la mort de la cellule – Mécanisme commun aux cellules eucaryotes ü Quand on met des cellules en culture dans un boîte de pétris au bout d’une vingtaine de divisions les cellules arrêtent de se diviser, entrent en sénescence et finissent par mourir si on ne fait rien Vieillissement prématuré : maladies qui se caractérisent par vieillissement prématuré : – Progéria : mutation sur les lamines nucléaires qui entraine une déstabilisation du noyau et responsable de vieillissement très précoce ; – Autres mutations sur les télomérases -> Programmation responsables du processus de réparation des génétique télomères : (intrinsèque) ü Télomères se raccourcissent plus rapidement donc vieillissement accéléré ü Ce mécanisme est bloqué par les cellules cancéreuses pour entrainer l’immortalité – Trisomie 21 caractérisé par vieillissement précoce physique et au niveau du cerveau 27  Radicaux libres L’oxygène est nécessaire à la vie mais l’utilisation et sa production aboutit à la production de radicaux libres – Composés instables qui réagissent avec protéines, acides nucléiques, lipides et causent leur dégradation. ü Ex : quand on met des souris en restriction calorique : augmente de façon significative la durée de vie des souries en diminuant l’apport de glucose d’oxygène etc. – Oxygène est toxique pour les organismes, son utilisation requiert des mécanismes Hypothèses protecteurs. métaboliques – Radicaux libres de l’oxygène ou espèces réactives de l’oxygène (« ROS ») = produits accidentels de réactions normales – Radical libre = atome ou groupe d’atome possédant un électron non apparié (célibataire) sur couche externe ü Cherche dans environnement un électron pour former molécule stable – Restriction calorique : augmente durée de vie en diminuant radicaux libres Oxydation ADN – Cassures, Mutations, Substitution, Réduction ü Longueur télomères… Peroxydation des lipides – Altération fluidité membranaire : ü Bicouche lipidique en dynamique perpétuelle : mouvements bloqués au niveau de la membrane Altération des protéines Conséquences – peroxynitrites, – Inhibition fonctionnelle… ü Modifications post-traductionnelles qui entrainent modifications de la conformation et de leur fonction Modulent les gènes et les protéines de stress régulant la prolifération, survie de la cellule, la différenciation cellulaire et l’apoptose Donc importance des systèmes de détoxification présents dans la cellule – Utilisent oxygène et produisent de l’ATP en évitant ou en limitant production radicaux libres Système enzymatique : Super Oxyde Dismutase 1 – La Super Oxyde Dismutase est codée par le chromosome 21 – Située dans les mitochondries, – Permet de cataboliser l’anion super oxyde ( enperoxyde d’hydrogène) – Accumulation de plus de peroxyde d’hydrogène qu’en situation physiologique Détoxification ü Explique vieillissement prématuré dans trisomie 21 – Peroxydase et catalases (mitochondries – peroxysomes) Système non enzymatique : vitamines (A, C et E), oligoéléments (cuivre, sélénium, manganèse...) – Capable d’éliminer radicaux libres 28  VI- CONCLUSION Tableau de synthèse : Les différents types de mort cellulaire Type de Caractéristiques mort Changements morphologiques Membrane Cytoplasme Noyau Vacuolisation Gonflement de Dégénérescence Dégradation la cellule et des Induit une Nécrose des organelles aléatoire de organelles, inflammation Gonflement des l'ADN Rupture mitochondries Formation de Mécanisme actif, Condensation de corps « programmé » la chromatine Vésicules apoptotiques Dépendant des Apoptose Fragmentation (Blebbing) contenant des caspases nucléaire fragments de Aucune Echelle d'ADN cyto et de noyau inflammation Condensation Indépendant des partielle de la caspases Vésicules Vésicules Autophagie chromatine Activité (Blebbing) autophagiques Pas d'échelle lysosomale d'ADN accrue Granulation Structure hétéro- Arrêt de Activité B-Gal Sénescence - Aplatissement chromatique réplication associée à la 29