Communication Intercellulaire et Molécules d'Adhésion - Cours 1 PDF

Communication intercellulaire molécules d’adhésion Prof. Bernhard Wehrle-Haller département de physiologie cellulaire et métabolisme  le fonctionnement du cours Cours : -comprendre les concepts, les exemples Moodle : -les documents projetés...

Communication intercellulaire molécules d’adhésion Prof. Bernhard Wehrle-Haller département de physiologie cellulaire et métabolisme  le fonctionnement du cours Cours : -comprendre les concepts, les exemples Moodle : -les documents projetés sont disponibles sur le site Ouvrages : -Histology and cell biology (Kierszenbaum) -Biologie moléculaire de la cellule (Alberts) -pages indiquées sur le site « Moodle » communications intercellulaires « indirectes » hormones, neurotransmetteurs, ATP,... Ca2+, NO,... communications intercellulaires « directes » ligands - récepteurs molécules d’adhésion: jonctions cellules-cellules jonctions cellules-matrice matrice extra - cellulaire  les objectifs du cours 1. organisation prototypique des interactions cellulaires directes 2. récepteurs cellule-cellule 2.1. cadhérines 2.2. claudines 2.3. connexines 2.4. sélectines 2.5. CAM’s 3. récepteurs cellule-matrice 3.1. intégrines  Notes historiques La compaction d’un embryon de souris au stade 8-cellules Et l’inhibition de ce processus par des anticorps contre des protéines de surface (uvomoruline; E-cadhérine) Scott F. Gilbert Developmental Biology 2nd edition 1. organisation prototypique des interactions cellulaires directes protéines membranaires (récepteurs) protéines de liaison (adaptateurs) protéines du cytosquelette adhésion intercellulaire 1. organisation prototypique des interactions cellulaires directes méchanisme d’adhésion: récepteurs d’adhésion: Ca2+ (Mg2+)- dépendant cadhérines, sélectines, intégrines Ca2+ - indépendant N-CAM, claudines, occludines, connexines structures d’adhésion: jonctions intercellulaires jonctions adhérentes cadhérines desmosomes cadhérines jonctions serrées (étanches) claudines, occludines jonctions gap connexines jonctions cellules - matrice extracellulaire jonctions focales intégrines hémidesmosomes Intégrines, co-récepteur transmembranaire  2. récepteurs cellule-cellule 2.1. La famille des récepteurs cadhérines: Les particularités: -liaison homotypique -Ca2+ - dépendant -liaison au cytosquelette de l’actine (jonctions adhérentes) -liaison au cytosquelette des filaments intermédiares (desmosomes) -examples: E-cadhérine ( épithélia ) VE-cadhérine (cellules endothéliales) desmogléine  2.1. les cadhérines site de liaison spécifique milieu extra-cellulaire cytoplasme actin  interaction homotypiques des cadhérines « domain swapping » ? milieu extra-cellulaire  le calcium stabilise la domaine extracellulaire des cadhérines avec Ca2+ interaction possible milieu sans Ca2+ extra-cellulaire riche en Ca2+ (env. 1 mM) perte de structure & fonction Trans-dimer versus Cis-dimer des cadhérines action fermeture éclaire: multiples intérations faibles Trans-dimer Cis-dimer membrane le calcium est essentiel pour l’adhésion cadhérine-cadhérine Cellules endothéliales exprimant le VE-cadhérine (Tara etal., Mboc 2014) le calcium est essentiel pour l’adhésion cadhérine-cadhérine Cellules endothéliales exprimant le VE-cadhérine (Tara etal., Mboc 2014) fonction : forme cellulaire + Ca 2+ - Ca 2+ les cadhérines sont associées aux microfilaments d’actine E-cadhérine actine superposition cellules épithéliales Meng & Takeichi; Cold Spring Harb Perspect Biol, 2009; 1:a002899  Structure du complexe cadhérine/caténine AJ E-cadherin Alberts 4ed p120 p120 b-caténine b-caténine a-caténine F-actin a-caténine  renforcement de la liaison cadhérine/F-actine sous tension AJ E-cadherin Alberts 4ed a-caténine p120 b-caténine vinculine a-caténine F-actine les cadhérines forment des jonctions adhérentes p-120-catenin/ beta-catenin/ alpha-catenin  les jonctions permettent les mouvements tissulaires fibroblastes cellules souches de l’épiderme corps du cheveux fonction des jonctions adhérentes : rémodelage tissulaire certaines cadhérines forment des desmosomes fonction des desmosomes : ancrage des filaments intermédiaires les récepteurs et adaptateurs déterminent les types de jonctions E-cadherin Desmoglein (Desmocollin) Jonctions Desmosomes adhérentes membrane plakoglobin Access of b-catenin (g-catenin) a-catenin to PG blocked by desmoglein a-catenin desmoplakin F-actin intermediate filaments  fonction des desmosomes : adhésion intercellulaire Dans l’épithélium stratifié de la peau, les desmosomes sont responsables de la cohésion entre les cellules. Après préparation histologique, les desmosomes ressemblent à des épines (couche épineuse de l’épithélium de la peau).  la déficience des desmosomes cause le détachement des kératinocytes normal autoanticorps contre pemphigus desmocolline  la défaillance des desmosomes cause le détachement des kératinocytes  2. récepteurs cellule-cellule 2.2. La famille des récepteurs claudines/occludines: Les particularités: -Ca2+ - indépendant -liaison homotypique -liaison au cytosquelette de l’actine (indirecte) -présence dans les jonctions serrées (étanches) -example: claudine ( épithélia ) les jonctions serrées sont formées de claudines et d‘occludines actine protéines de liaison (ZO’s) l’assemblage des claudines forme des bandes de protéines transmembranaires Suzuki et al., 2014 l’assemblage des claudines forme des bandes de protéines transmembranaires Martinez-Palomo & Erlij, PNAS 1975  jonctions serrées ( étanches ) entourent complètement ferment les espaces intercellulaires chaque cellule fonction : le cloisonnement membranaire fonction: cloisonnement membranaire membrane apicale membrane baso - latérale  fonction: maintien de la polarité de la membrane phosphatase alcaline apicale lipide apical pas de phosphatase alcaline lipide baso-latéral baso-latérale  fonction: fermeture de l‘espace intercellulaire sang lumière d‘un organe péroxidase la rupture des jonctions serrées permet le passage de la bile dans le sang sang sang ictère  2. récepteurs cellule-cellule 2.3. La famille des récepteurs connexines: Les particularités: -Ca2+ - indépendant -composition et liaison homotypique ou hétérotypique -ne sont pas liés au cytosquelette -forment des jonctions gap -example: connexin 32 ( myeline )  les connexines cellule 1 20 types de connexines connus pas reliées au cytosquelette cellule 2  les jonctions gap ( communicantes ) sont des ensembles de connexines 6x connexine 2x connexon n canal intercellulaire comparaison entre jonctions serrées (a) et gap (b) les jonctions gap établissent des canaux entre les cellules gap cellule 1 cellule 2 fonction : couplage électrique et métabolique ions metabolites second messagers nucleotides protéines ARN, ADN Voir aussi le cours de Prof. Carleton le couplage relie plusieures cellules des connexines mutées causent des maladies héréditaires Connexine: maladie: Cx26 surdité congénitale ( 80% des cas ) Cx30 Cx30.3 différenciation anormale de l’épiderme Cx31 Cx32 dégéneration nerveuse Cx36 épilepsie Cx46 cataractes Cx50  2. récepteurs cellule-cellule 2.4. La famille des récepteurs sélectines: Les particularités: -Ca2+ - dépendant -liaison hétérotypique avec des glycides -liaison au cytosquelette de l’actine (indirecte) -examples: E - sélectine ( endothélium ) L - sélectine (globules blancs) les globules blancs adhèrent aux cellules endothéliales par des sélectines  2. récepteurs cellule-cellule 2.5. La famille des CAM’s (cell adhesion molecules) Les particularités: -Ca2+ - indépendant -liaison homotypique et hétérotypique -liaison au cytosquelette de l’actine (indirecte) -examples: NCAM (cellules neuronales, homotypique) ICAM-1 (endothélium, hétérotypique) la partie extracellulaire des CAM’s est composée de domaines immunoglobulines interaction homotypique ou hétérotypique Ca2+ - indépendant adhésion cellule - cellule adhésion cellule – matrice extracellulaire protéines du cytosquelette protéines de liaison protéines membranaires ligand extracellulaire matrice 3. Notes historiques: récepteurs cellule – matrice extracellulaire La gastrulation chez les oursins de mer, ou salamandre: Réseau de fibronéctine dans un embryon de salamandre Scott F. Gilbert Developmental Biology 2nd edition  3. récepteurs cellule – matrice extracellulaire 3.1. La famille des intégrines Les particularités: -Ca2+ et Mg2+- dépendant -liaison hétérotypique -liaison au cytosquelette de l’actine (adhésions focales) -liaison aux filaments intermédiaires (hémi-desmosomes) -examples: a5b1 (fibroblastes, adhésions focales, actine) a6b4 (épithélia, hémi-desmosomes, filament intermédiaire) Les intégrines vue pars les artistes! (Ca2+ et Mg2+- dépendant; hétérodimère; transmembranaire) Les intégrines sont des hétérodimers Ca2+ (alpha-subunit) Ca2+ et Mg2+ (beta-subunit) 18 chaines α, 8 chaînes β à dimérisent en 24 intégrines la spécificité de la liaison extracellulaire est donnée par la combinaison des chaines a et b Laminin receptors  intégrines (régulation allosterique I) la liaison de talin induit un changement de conformation de l’intégrine (inside-out) Augmentation de l’affinité pour le ligand extracellulaire dépend du Mg2+ « Metal-ion-dependent adhesion site » (MIDAS)  intégrines (régulation allosterique II) Stabilisation de la liaison intracellulaire Liaison des protéines de la matrice extracellulaire collagen les intégrines se trouvent dans les adhésions focales qui recrutent des protéines de signalisation microfilaments (verts); adhésions focales (rouges); Alberts 5ed les adhésions focales montrent un comportement different entre l’avant et l’arrière d’une cellule en migration (intégrine beta-3-GFP) arrière avant arrière migration avant -rétraction et glissement -extension et ancrage Ballestrem et al, JCB (2001)  intégrine α6β4 (liaison au filaments intermédiaires) Le domaine cytoplasmique se lie kératines (filament intermédiaires) à la plectine, qui interagit avec les filaments intermédiaires α6α6 β4 Laminin l‘intégrine α6β4 se concentre dans les hémi-desmosomes fonction des hémi-desmosomes : maintien de la polarité cellulaire membrane apicale membrane baso - latérale lame basale ( matrice extra - cellulaire ) composé de laminin, collagen IV, protéoglycans, etc. fonction : adhésion inter - tissulaire tissu 1 (épithelium) lame basale tissu 2 (conjonctif) le système hémi-desmosomes / lame basale assure l’accrochage entre les tissus épiderme derme peau normale peau malade (par example perte de a6b4) l’absence de laminine ou mutation de l'intégrine a6b4, cause un décrochement de l’épithelium intégrine a6b4 (jaune) peau malade perte du contact entre l’intégrine a6b4 et son ligand extracellulaire (la laminin) provoque le détachment de l’épiderme  pathologies liées aux intégrines défectueux Pathologie Intégrine touché Phénotype LAD-1 (leukocyte b2-intégrine défauts d’adhésion adhesion deficiency) leucocytaire Glanzmann b3-intégrine défauts de coagulation Thrombasthenia aIIb-intégrine plaquettaire Bullus pemphigus a6b4-intégrine détachement de l’épiderme Myopathie congénitale a7-intégrine perte d’adhésion et dégénération musculaire Inflammation chronique a4b1-intégrine augmentation de l’adhésion cellulaire et signalisation Cancers, métastases b3-intégrine augmentation de l’adhésion cellulaire et signalisation  les jonctions cellules-cellules & cellules-matrice liaison actine liaison actine liaison filaments intermédiaires Focal adhesions liaison actine liaison filaments intermédiaires  les jonctions cellules-cellules & cellules-matrice jonctions adhérentes cadhérines à protéines de liaison à microfilaments (caténines) (actine) desmosomes cadhérines à protéines de liaison à filaments intermédiaires (desmocolline, desmogléine) (plakoglobin) (kératines, vimentine) jonctions serrées claudines, occludine à protéines de liaison à microfilaments (actine) jonctions gap connexines pas de protéines de liaison ni d’attache au cytosquelette adhésions focales intégrines à protéines de liaison à microfilaments (taline, vinculine) (actine) hémi-desmosomes intégrines à protéines de liaison à filaments intermédiaires (α6β4) (pléctine, BPA) (kératines)