Chapitre 1 : LA MEMBRANE PLASMIQUE - Université Hassan II - Casablanca (PDF)

UNIVERSITE HASSAN II – Casablanca FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE Chapitre 1 : LA MEMBRANE PLASMIQUE Pr Aboussaouira T Unité de Culture Cellulaire 2020/2021  PLAN CHAPITRE Composition biochimique MP Echanges membranaires Interactions cellul...

UNIVERSITE HASSAN II – Casablanca FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE Chapitre 1 : LA MEMBRANE PLASMIQUE Pr Aboussaouira T Unité de Culture Cellulaire 2020/2021  PLAN CHAPITRE Composition biochimique MP Echanges membranaires Interactions cellulaires Signalisation cellulaires  Composition Biochimique MP A. Composition Biochimique L’analyse biochimique de fragments membranaires d’hématies a révélé : - 40 % de lipides (80% gaine de myéline) - 50 % de protéines - 10 % de glucides, liés aux protéines (glycoprotéines) ou aux lipides (glycolipides).  A. Composition biochimique MP 1. Lipides : 2 types, phospholipides et cholestérol Phospholipide : Lipide complexe formé d’un glycérol (tri-alcool) lié à deux chaînes d’acide gras (hydrophobes) et à un phosphate. Le phosphate est lié à l’une des 4 petites molécules hydrophiles : Choline et formant la phosphatidyl-choline (la + abondante) Sérine => la phosphotidyl-sérine Inositol => la phosphatidyl-inositol Ethanol => la phosphotidyl-éthanol Images de Phospholipides membranaires PL membranaires sont amphothères : - Têtes hydrophiles (polaires) qui interagissent avec l’eau - Queues hydrophobes (non polaires) qui fuient l’eau et se mettent face à face La MP est hydrophobe : L’eau (en rouge) et les lipides (en bleu et jaune) ne se mélangent pas. Seules les têtes de phospholipides (en bleu) peuvent interagir avec l’eau. Cholestérol : Lipide complexe formé de : - une molécule d’alcool (hydrophile) - quatre cycles - une chaîne hydrocarbonée (hydrophobe). Le cholestérol joue un rôle important dans l’étanchéité de la MP  2. Protéines 2 types: périphériques et intégrées dans bicouche lipidique Protéines périphériques : hydrophiles - des 2 côtés de la MP (hyaloplasmique et extracellulaire) - établissent des liaisons faibles avec les molécules de la MP ex : clathrine, protéine G (cf. plus loin) Protéines intégrées : Amphothères, avec : -une partie hydrophobe enfouie dans bicouche lipidique -une partie hydrophile émergente dans cytoplasme ou dans milieu extracellulaire Les protéines intégrées sont fortement liées aux lipides, et peuvent : - soit s’intégrer dans une seule hémi-couche, ex : spectrine ds couche interne et ankyrine ds couche externe - soit traverser une ou plusieurs fois la bicouche lipidique; ce sont les protéines transmembranaires ex : pompes, perméases, canaux ioniques, transporteurs d’é. 3. Glucides Oligo ou polysaccharides - fixés par liaisons covalentes aux lipides ou aux protéines. - forment une enveloppe protectrice d’hydrates de carbone (cell coat ou glycocalyx) Rôles : Adsorption et rétention de molécules dans certaines cellules (entérocyte avec cell coat développé) Rôle antigénique dans certains tissus (épiderme, gencives) Rôle de rétention : nutriments ds entérocytes  Les radeaux lipidiques Régions particulières de la membrane avec molécules + développées Fonction ?  Organisation Moléculaire MP Selon Modèle de Singer et Nicolson (Prix Nobel 1979) 1.Lipides : en double couche dont les parties hydrophobes (queues) sont face à face et les parties hydrophiles (têtes) vers les milieux aqueux (cytoplasmique et extracellulaire) 2.Protéines : dispersées dans bicouche lipidique, périphériques hydrophiles et intégrées hydrophobes sur parties enfouies et hydrophiles sur parties émergentes 3.Glucides : uniquement du côté extracellulaire => MP asymétrique Toutes ses molécules bougent donc La MP est mosaïque fluide  Résumé MP composée de : Lipides : PhosphoL + cholestérol (rôle structural) Protéines : Prot Périph + Prot integrées (rôle enzymatique) Glucides : Polysaccharides + Oligosacharides (cell coat) Exercice Portfolio : schéma MP depuis le Web  Tableau Constituants MP Constituants Lipides Protéines Glucides Type Phospholipides P. Périphériques Polysccharides Cholestérol P. Intégrées Oligosaccharides Perméase, ATPase Sous types PL : PL choline. PP Très variés clathrines, Protéine G, SNARE 10-20 nm (200nm) PL sérines, PL Inositol, PL Ethanolamine P.I cell coat Perméase, ATPase Liaisons Covalentes ac PI Covalentes ac lip Covalentes avec lip moléculaires et protéines Faibles ac PP Faibles avec PP Rôle PL : Structural (mur) enzymatique Antigénique Cholest : étanchéité Rétention Propriétés fluide fluide Fluide extracellulaire 13  Nutriments / composition MP Nutriment 1 Nutriment 2 a gras saturé beurre Friture Mc Do a gras insaturé Huiles végétales Poissons gras cholestérol Viandes grasses Pâtisserie Mc Do choline Œuf foie sérine Œuf Lait, riz Inositol (vitamine B7) Oléagineuses, Foie et cœur de bœuf légumineuses, fruits (oranges) légumes (petits pois, choux fleurs) Éthanol amine Boissons, jus fromage 14 Test QCM 1) La membrane plasmique est constituée de : A. phospholipides B. Oligosaccharides C. Cholestérol D. Calcium E. protéines 2) Parmi les phospholipides membranaires il y a : A. le phosphatidyl inositol B. le phosphatidyl éthanol amine C. le phosphatidyl choline D. le phosphatidyl sérine E. le phosphatidyl glycérol 3) Le radeau lipidique : A. est une structure de la membrane plasmique B. permet de stabiliser les récepteurs C. présente des phospholipides développés D. est dépourvu de cholestérol E. est une structure fluide.  Rôles physiologiques de la MP Trois rôles importants : Echange de substances (nutrition cellulaire) Interactions Cellulaires Signalisation Cellulaire  Echange de substances Liquide interstitiel : soupe nutritive dans laquelle baignent les cellules Sang Liquide interstitiel Milieu intracellulaire Echange de substances ou transport membranaire 2 grands types de transport membranaire : - Transport sans déformation MP pour petites molécules (PM faible) : Perméabilité - Transport avec déformation MP pour grosses molécules : Echange Vésiculaire 1) Echange par perméabilité Deux modalités de perméabilité selon qu’il y ait ou pas utilisation d’ATP : - Transport passif, sans ATP (x2) - Transport actif, avec ATP (x2) Transport passif Suit le gradient de concentration Sans consommation d’ATP Sans transporteur membranaire (diffusion simple) Avec transporteur membranaire (diffusion facilitée)  Diffusion simple Concerne gaz (O2, CO2 et NO), eau, ions et petites molécules non chargées électriquement (urée, acides aminés, acides gras, glycérol et glucose). a)Gaz : diffusent rapidement à travers bicouche lipidique en fonction de la pression partielle (PP) b)Ions et petites molécules non chargées électriquement diffusent à travers canaux ioniques qui sont des protéines transmembranaires avec domaines hydrophiles adaptés à ce type de molécules (cf. Physiologie) c) Echange d’eau ou osmose L’eau petite molécule qui traverse une membrane liposoluble viaphénomène d’adhérence moléculaire (formation de chapelet de molécules d’eau qui neutralisent mutuellement leurs charges électrostatiques opposées) A certains niveaux de l’organisme humain (capillaires sanguins, tubes urinifères), un courant de molécules se déplace dans la même direction que l’eau, c’est le phénomène de filtration. Diffusion facilitée Perméabilité passive accélérée par transporteurs membranaires : perméases Concerne molécules privilégiées de la cellule; ex : glucose. Perméase = protéine transmembranaire spécifique à une substance précise appelée ligand et qui possède un site de fixation spécifique à ce ligand. Mécanisme - Fixation du ligand (glucose) sur son site spécifique sur perméase - Changement conformation de la perméase grâce à l’énergie de l’agitation moléculaire - Pénétration du ligand dans la cellule - Retour perméase à la conformation initiale.  Transport passif : Petites molécules (aa, ag, eau, oses, urée) Simple Facilité Suit gradient, Suit gradient, Définition 0 ATP, énergie gradient, 0 ATP, énergie gradient, interstices MP Protéines MP (perméase, aquaporine, canal ionique) - Adsorption - Adsorption ligand sur Protéine Spq MP Mécanisme - Infiltration via interstices - Changement conformation - Pénétration ligand - Retour conformation initiale 28 Capsule 1 de Biologie Cellulaire Le Transport Membranaire Actif  Transport actif Contre le gradient de concentration Utilise pompes : ATPase , pompe MRD, co transporteur Transport couplé à l’hydrolyse d’ATP (utilisant ATPase ou pompe MRD et dans ce cas on parle de transport actif primaire) ou énergie du gradient électrochimique (co transporteur et dans ce cas on parle de transport actif secondaire) Concerne les ions ( K+ , H+, Ca2+) nécessaires au fonctionnement cellulaire, des xénobiotiques néfastes pour la cellule ou des précurseurs (glucose, aa, ag, nucléotides) qui se déplacent dans les 2 sens au travers la membrane par les co transporteurs Transport actif primaire par l’ATPase  Pompe à potassium : ATPase Na+/K+ Protéine transmembranaire formée de 2 sous-unités : l’une avec un site spécifique de Na+ et l’autre avec un site spécifique de K+ Transport actif de K+ dans la cellule (la sortie de Na+ hors de la cellule n’est que pour maintenir l’équilibre du champ électrostatique dans les milieux intra et extra cellulaire) Transport actif primaire qui utilise l’ATP, énergie fournie par la cellulaire  Mécanisme ATPase Na+/K+ 1. La pompe, qui est au repos tournée vers le cytosol, va fixer 3 ions Na+ intracellulaires sur leur site spécifique 2. Hydrolyse de l’ATP en ADP + Pi + E ; Phosphorylation de la pompe et changement de sa conformation en utilisant ½ de l’E libérée par l’hydrolyse d’une molécule d’ATP 3. Libération des ions Na+ dans le milieu extracellulaire 4. fixation de 2 ions K+ extracellulaires sur leur site spécifique et déphosphorylation de la pompe qui revient à sa conformation initiale en utilisant l’autre ½ de l’E de l’ATP 5. Libération ions K+ dans le cytosol 6. La pompe est libre pour un autre cycle de transport actif NB : 1 seule molécule d’ATP suffit pour effectuer un cycle Transport actif primaire par la pompe MRD Pompe MRD (Multi Résistantes aux Drogues) ou Transporteur ABC Protéine membranaire de plusieurs domaines ATP-dépendante (Transport actif primaire) Phosphorylation /Déphosphorylation et changement de sa conformation Concerne les xénobiotiques (substances ou médicaments) présentant un danger potentiel pour la cellule Sens : Transport actifs hors de la cellule Peu spécifiques : tout type de xénobiotiques Découvertes dans cellules cancéreuses puis dans les cellules normales Explique : la résistance de cellules tumorales à la chimiothérapie ou de cellules atteintes du plasmodium aux médicaments anti paludéens, la mucoviscidose où le gène du transporteurqui transporte aussi le Cl- est muté.  Transport actif IATPase : Petites molécules (ions) Na+/K+ MRD Contre gradient, ATP, Contre gradient, ATP, Définition ATPase spécifique (pompe), MRD (pompe) non spécifique Couple d’ions, ex : ATPase Na+/K+ Xénobiotiques - Fixation Na intracel sur site ATPase - Fixation xénobiotique intracel Mécanisme sur MRD - Dégradation ATP et Phosphorylation ATPase - Dégradation ATP et Phosphorylation MRD - Changement conformation ATPase - Changement conformation MRD - Expulsion Na et fixation K+ extracell sur site spécifique - Expulsion xénobiotique - Déphosphorylation ATPase - Déphosphorylation MRD - Retour conformation initiale - Retour conformation initiale - Internalisation K 37 Transport actif secondaire par les co transporteurs  Co transporteur Utilise l’énergie du gradient de solutés (différence de potentiel électrochimique d’une soluté) : gradient de Na+ dans les cellules animales et H+ dans les cellules végétales Couplent le passage de deux solutés : Na+ et un précurseur( aa, ag, glucose) Ex : Co transporteur NA+/glucose Deux types de co transporteurs :  Symport : même sens pour les 2 solutés  Antiport : transport des 2 solutés en sens opposés  Symport Deux sortes de solutés se déplacent dans le même sens à travers la membrane :  l'un respecte le sens de son gradient de concentration (Na+)  l'autre se déplace dans le sens opposé à son gradient de concentration (glucose) en utilisant l’énergie du gradient électrochimique de Na+  Antiport Dans ce cas, 2 sortes de solutés traversent la membrane dans 2 directions opposées :  L'une suit naturellement son gradient de concentration, en passant du compartiment avec la concentration la plus élevée vers le compartiment où la concentration est plus faible  L’autre se déplace dans la direction opposée  Echange vésiculaire : Grosses molécules Endocytose Exocytose Phagocytose, pinocytose Définition Internalisation molécules Expulsion de molécules (Lipides, glucides, protéines, Microbes) (Hormones, salive, enzymes digestives, …) Mécanisme - Adsorption ligand sur MP (clathrines) - Migration vésicule ac VSNARE - Invagination MP par clathrines - Fixation Vésicule sur tSNARE MP - Formation Vésicule - Fusion des 2 Mbranes et formation diaphragme - Rétraction MP - Rupture diaphragme - Détachement vésicule - Expulsion contenu Cellules Phagocytes, Nutrition glandulaires 42  2) Echange vésiculaire Concerne macromolécules, bactéries et virus. Avec déformation MP, formation de vésicules et consommation d’ATP 2 processus : Endocytose : internalisation substances dans cellule et formation de vésicules. Exocytose : expulsion de substances hors de la cellule et disparition de vésicules. Endocytose Phénomène localisé (clathrines) qui internalise des substances dans cellule : Phagocytose pour substances solides et Pinocytose pour substances liquides. Macrophage, cellules de Küpffer du foie et ostéoclastes sont des phagocytes types. Mécanisme - Adsorption substance sur MP au dessus des clathrines - Invagination MP via les clathrines - Formation vésicule d’endocytose - Rétraction MP et détachement vésicule d’endocytose (VE) - Migration VE dans cytoplasme -Fusion VE avec lysosome et Clathrine : protéine membranaire formation de vacuole digestive périphérique cytosolique de la MP qui est sous forme de triskerion (3 bras). Elle constitue les localités de l’endocytose.  Pinocytose Internalisation dans cellule, grâce aux clathrines, de liquide contenant des molécules en suspension (lipides, protéines, etc.). Elle concerne tous les types cellulaires car elle assure la nutrition cellulaire. Pinocytose des substances hydrophobes LDL : complexe constitué de 1500 Concerne cholestérol, hormones stéroïdes et fer qui, molécules de cholestérol entourées d’une monocouche de phospholipides pour circuler dans le sang, s’entourent de molécules et d’apolipoprotéines B. transporteuses hydrosolubles (lipoprotéines, binding protéines, transferrine). Le ligand se lie à sa molécule transporteuse et forme un complexe de poids moléculaire élevé : complexe LDL (Low Density Lipoprotéine) pour le cholestérol complexe fer-transferrine complexe hormones stéroïdes-binding protéines comme l’ABP et la TSP Utilise des récepteurs membranaires Mécanisme de pinocytose par récepteur (LDL ) - Adsorption LDL sur MP avec clathrines + récepteurs apolipoprotéines B - Formation d’un puit recouvert «coated pits» puis d’une vésicule recouverte de clathrines - Rétraction MP et détachement vésicule d’endocytose (VE) -Détachement clathrines des VE - Bourgeonnement de 2 vésicules : vésicule à LDL et vésicule récepteurs - Recyclage vésicule récepteurs vers MP - Fusion vésicule LDL avec lysosome I - Dégradation couche lipoprtotéique du LDL et libération cholestérol dans cytosol - Recyclage molécules de la couche lipoprtotéique vers MP. Exocytose Phénomène inverse de l’endocytose. Cellule exporte des substances (sécrétions, excrétions) contenues dans vésicules (vésicules d’exocytose). Mécanisme : -Migration vésicule d’exocytose vers MP -Fusion des 2 membranes (vésicule et MP) et Formation d’un diaphragme plus fragile -Rupture diaphragme -Décharge contenu vésicule hors cellule. Ex de substances éliminées par exocytose : Salive, la plupart des hormones, résidus des vacuoles digestives, zymogènes (précurseurs d’enzymes digestives sécrétées par pancréas et déversés dans duodénum) Fusion membranes via les protéines SNARE  Effets pharmacologiques sur perméabilité membranaire Plusieurs substances peuvent modifier les échanges membranaires : -Antibiotiques : Certains antibiotiques augmentent la perméabilité aux ions sodium, à l’eau et aux ions chlorures et diminuent la résistivité de la double couche lipidique. -Anesthésiques locaux : modifient les zones de contact entre lipides et protéines, ce qui entraîne la perte de l’excitabilité de la membrane des cellules nerveuses. -Venin de serpent : entraîne la lyse de la membrane plasmique.  Résumé Echanges membranaires 2 modalités d’échanges MP selon taille substances  Perméabilité : passive (Simple/Facilitée) + active (ATPase / MDR)  Echange vésiculaire : Endocytose (clathrines)+ Exocytose(SNARE)  Interactions cellulaires Cellules adhèrent entre elles ou avec matrice extracellulaire (MEC) par molécules d’adhésion (glycoprotéines membranaires) Deux sortes de molécules d’adhésion : CAM et SAM Classification des molécules d’adhérence cellulaire  Quatre grandes familles de molécules 1. Familles des Sélectines : 3 membres, résidus glucidiques, hétérotypique, hétérophile, Cendothéliales/ Csanguines (ex : P-Selectin) 2. Famille des Ig CAMs ou ICAM (CD54): 100 aine de membres, interactions hétéro et homophiles, Système immunitaire et Système nerveux (ex : ICAM-1, VCAM) 3. Famille des cadhérines :, +/- Ca2+, 20 types, ex : E Cadhérines (Ca2+), NCad (-Ca2+), LCad, nexines ou connexines, occludines 4. Famille des Intégrines : Cell/ECM, 2 chaines transmb (ex : α integrin β integrin) qui reconnaissent ECM  Tableau Interactions Cellulaires Interaction Sélectines Cadhérines Icam Intégrines CAM CAM CAM SAM Type (cellules) hétérotypique homo Homo/hétéro hétéro Phylie hétérophilique homo Homo/hétéro hétéro (glycoprotéines) Localisation Sanguines Epithéliales Immunitaires, Base Cellules cellules Nerveuses /MEC Exemples L Selectines E Cadhérines VE Cam SU alpha/ béta Sous Familles P Selectines N Cadhérines NCam Cellules V Selectines Nexines Epithéliales / MEC 55 Cadhérines Séléctines SAM (substrate adhesion molecules) : Intégrines adhésion cellule/MEC Intégrines Applications médicales - Cellules cancéreuses perdent ou modifient leurs intégrines => métastases. - Plaquettes avec déficit en intégrines sont incapables d’adhérer au substrat pour former un caillot, ce qui entraîne des saignements continus. Capsule 2 de Biologie Cellulaire La Signalisation Cellulaire Signalisation Neuronale Schéma de la signalisation cellulaire Cellule Cellule Emetrice Signal Réceptrice  Nature chimique des molécules de signalisation Substances diffusibles : polypeptides, protéines, lipides, nucléotides, photons, ROS,….. Molécules Membranaires : type gap, Molécules d’adhérence des FAK, Jagged et Delta de la chorde Durée de vie brève : pour que la cellule ne peut pas agir sur le signal et le modifier  Trois principaux types de molécules signales Neurotransmetteurs (NT) Hormones (H) Médiateurs chimiques locaux (MCL)  Récepteurs et voie de signalisation 3 principaux types de récepteurs membranaires Récepteur couplé à la protéine G (RCPG) : hormones (Signalisation hormonale) Récepteur couplé à un canal ionique (RCCI) : neurotransmetteurs (Signalisation neuronale) Récepteur couplé à une enzyme (RCE) : facteurs de croissance, cytokines (Signalisation par médiateurs chimiques locaux) Plusieurs voies de signalisations : PKA, PKC, MAPK, Notch, Akt/PI3K, Wnt, …. Signalisation Neuronale Message ou influx nerveux est délivré sous forme de neurotransmetteurs (NT) (noradrénaline, acétylcholine, …) En étapes  Mécanisme Signalisation Neuronale 1. Activation du neurone par influx nerveux (IN) et progression du NT 2. Propagation du NT le long de l’axone vers la terminaison nerveuse 3. Libération NT dans la fente synaptique 4. Fixation NT sur canaux Na+ ligand-dépendants dans région post-synaptique et ouverture de ces canaux 5. Variation de la différence de potentiel (ddp) membranaire de la cellule cible et ouverture de canaux Na+ voltage-dépendant voisins 6. Propagation de l’IN vers cellule cible. Signalisation hormonale 2 cas de figures  1. Hormones liposolubles Traversent la membrane plasmique (MP) Récepteurs intracellulaires : cytosoliques ou nucléaires Ex : hormones stéroïdiennes, vit D, cortisol, aldostérone, hormones thyroïdiennes, facteurs de transcription (qui deviennent actifs après fixation du ligand ex la CREB)  2. Hormones hydrosolubles Ex : insuline, glucagon, GH, FSH, LH Ne traversent pas la membrane plasmique (MP) Récepteurs membranaires : protéines transmembranaires, récepteurs hormonaux, type RCPG Signal transmis en intracellulaire en cascade d’étapes : transduction du signal Intervention de kinase et de phosphorylation/déphosphorylation de molécules  Mécanisme d’action hormone hydrosoluble : transduction signal 1.Fixation de l’hormone (1er messager) sur récepteur spécifique MP 2.Activation protéine G puis activation d’une enzyme, adénylate cyclase (Voie PKA) /phospholipase C (PLC) (Voie PKC) 3.Formation d’un 2e messager intracellulaire : AMP cyclique (AMPc) par l’adénylate cyclase (Voie PKA) / Ca2+ par la PLC (Voie PKC) 4.Activation d’une kinase, kinase A pour AMPc ; kinase C pour Ca2+ 5.Phosphorylation de la protéine cible : enzyme cytosolique ou canal ionique MP 6.Catalyse de la réaction spécifique de l’enzyme activée ou changement perméabilité du canal ionique phosphorylé 7.Réponse cellulaire au signal Voies de signalisation PKA et PKC  Voie PKA : Protéine Kinase A Utilise RCPG : Récepteur MP couplé à la situé protéine G Protéine G : protéine cytosolique trimérique et GTP-dépendant Signal hormonal Mécanisme voie PKA : cascade 1. Fixation molécule signale (H) sur RCPG spécifique 2.Hydrolyse de la GTP 3.Phosphorylation et activation protéine G 4.Déplacement protéine G, activation de l’adénylate cyclase et formation AMPc 5.Activation Kinase A 6. Phosphorylation canal ionique ou enzyme 7.Réponse cellulaire 8.Ex de cible : la protéine CREB qui après phosphorylation par la PKA active le gène cible et déclenche sa transcription et son expression Ex de Réponse par activation d’un canal ionique  Capsule 4 de Biologie Cellulaire La Signalisation Cellulaire Signalisation Hormonale par la voie PKC  Voie PKC : Protéine Kinase C Utilise RCPG : Récepteur MP couplé à la situé protéine G Protéine G : protéine cytosolique trimérique et GTP- dépendant Signal hormonal Voies de signalisation PKA et PKC  Seconds messagers Petites molécules intracellulaires, diffusibles dont la concentration varie dans un compartiment cellulaire en réponse à la fixation du ligand sur son récepteur 1) AMPc : voit sa concentration augmentée par action de l’adénylate cyclase dans la voie PKA 2) Ca2+ : en réponse à un stimulus, le Ca2+ passe du REL ou d’une cellule voisine au cytosol dans la voie PKC 3) Second messager lipidique : reste lié à la MP mais bouge latéralement pour agir (PIP2)  Signalisation par la voie MAPKinase Concerne les médiateurs chimiques locaux (MCL) : facteurs de croissance, histamine, cytokines MCL synthétisés par cellule émettrice et diffuse localement vers cellule voisine (mode paracrine) ou vers cellule sécrétrice elle-même (mode autocrine) Utilise un récepteur coulée à une enzyme (RCE) Cellule A Cellule B MCL  Récepteur couplé à une enzyme (RCE) Constitué d’un domaine membranaire en surface avec un site spécifique d’une molécule de signalisation et d’un domaine intra-cytoplasmique doué de pouvoir enzymatique. Le pouvoir catalytique de l’enzyme est révélé après liaison ligand sur son récepteur => dimérisation du récepteur => son autophosphorylation => formation d’un signalosome (Jak/Stat dans le cycle cellulaire, Thyr2/ Jak1 dans certains cancers immunitaires  Types de Récepteur lié à une enzyme (2 types d’enzyme => 2 types de récepteurs) 1. Récepteur lié aux thyrosines kinases (RTK) : Fonctionne par dimérisation, autophosphorylation et formation de signalosome Ex : récepteur du facteur de croissance ( EGF, NGF, FGF, PDGF, ….) 2. Récepteur sérine/thréonine kinase Ex : récepteur TGFβ (Tumor Growth Factor), TNF (Tumor Necrosis Factor) qui sont des facteurs de l’inflammation libérées lors de réactions immunitaires.  Activation des 2 kinases : Thyrosine et Sérine thréonine Par phosphorylation/déphosphorylation au niveau du :  groupement OH de la thyrosine => Thyrosine kinase  un a. aminé aliphatique (sérine/thréonine) => Ser/Thr kinase  Signalosome Complexe formé par l’association de molécules Exerce une activité biologique précise (prolifération, expression gène) Si dissociation du complexe du signalosome : effet précédent s’arrête Principaux récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK)  Activation du récepteur RTK PDGF PDGF PDGF P P P Dimérisation du Activation de Autophosphorylation récepteur l’activité kinase du récepteur La dimérisation du récepteur induit l’activation de la tyrosine kinase du récepteur et son autophosphorylation Signalisation après dimérisation et phosphorylation du RTK PDGF P Voie des MAP kinases P P Voie PI3kinase/Akt ou PKB (Mitogen-Activated Protein Kinase) Activation des facteurs de transcription et d’expression des gènes Prolifération  MAPKinase Appartient au groupe de kinases CDK/MAPK/GSK3/CLK Les MAPKs sont impliquées dans la réponse cellulaire à divers stimuli : les mitogènes, stress osmotique, choc thermique et cytokines pro-inflammatoires Régulent les fonctions cellulaires de prolifération, expression des gènes, différenciation, mitose, survie cellulaire et apoptose. On les désigne aussi par le sigle ERK (Extracellular Signal Regulated Kinase)  Cascade d’activation de la Voie des MAPK Les MAPK sont activées par une cascade de protéines G et de kinases Stimulus Facteur de croissance Activateu Ras Rac r MKKK Raf MEKK1 MKK MKK1 MKK4 MAPK Erk1/2 Jnk Substrat Elk1 c-jun  Activation de la voie MAPK Activation du récepteur MAPK => activation des petites protéines G Ras (Rat Sarcoma) ou Rac (Ras-related C3 botulinum toxin substrate) Ras et Rac sont des petites protéines G monomériques, sous membranaires, liées à la membrane plasmique par farnésylation. L’activation de Ras ou Rac induit l’activation d’une cascade de kinases par des phosphorylations successives aboutissant à l’activation de facteurs de transcription nucléaires induisant la réponse cellulaire (prolifération, expression des gènes, …) Toutes ces phosphorylations seront arrêtées par des phosphatases comme la Phosphodiesterase (PD) (idem pour toute phosphorylation dans la cellule, PKA, PKC)  Cascade des MAPKs Les MAPkinases s’activent les unes les autres en cascade : la MAP-kinase est activée par une MAP-kinase-kinase, elle-même activée par la MAP-kinase-kinase-kinase. Les MAP-kinases phosphorylent des facteurs trans-activateurs du noyau, mais activent aussi des kinases cytoplasmiques comme la S6-kinase qui active une protéine (S6) de la petite sous-unité des ribosomes. Exemples de voies MAPK  Signalisation Cellulaire Signalisation PKA PKC MAPKinase Neuronale Ligand Hormone Hormone Facteur croissance, Neurotransmet (NT) cytokines ----------------------- ----------------------- ---------------------------- ------------------------------ ---------------------------------- ---- MP RCPG RCPG RCCI RCE (RTK) Prot G activée Prot éine G activée Fixation GF sur RTK Mobilisation NT par IN Sous MP Dimérisation RTK Libération ds fente synapse AC produit AMPc PLC dégrade PLI en Activation TK DAG + IP3 Phosphlation RTK Signalosome formé Cytoplasme PKA activée par IP3 mobilise Ca du REL Activation Ras Fixation NT postsyn et libération des (Petite protéine G) ouverture canal ligand SSU régulatrices DAG et Ca activent PKC depdt (ddp- puis ouv can Activation MAPK voltage dépendant (Raf, MKK, MEKK, ERK) Activation Phosphorylation Phosphorylation Activation FN Passage IN vers cell cible enzyme, Canal, (facteurs nucléaires) Rép Cellulaire enzyme,canal, FT contract, secrétion Prolifération cellule Excitation ou inhibition en fonction de l’IN 98 Test QCM 1) La membrane plasmique est constituée de : A. phospholipides B. cholestérol C. glucides D. protéines intégrées E. microtubules. 2) La perméabilité membranaire : A. utilise l’énergie du gradient de concentration B. utilise l’aquaporine pour le transport de l’eau C permet le transport des protéines D. fait intervenir des SNARE E. fait intervenir une ATPASE. 3) Le transport membranaire facilité : A. permet le transport du glucose B. permet le transport de l’eau C. fait intervenir des clathrines D. fait intervenir une perméase E. consomme l’énergie du gradient de concentration. Q4. La pompe ATPase : A.est spécifique B.nécessite l’ATP C.se trouve dans la MP des cellules normales D.élimine les xénobiotiques hors de la cellule E.concerne les ions. Q5. L’ATPase Na+/K+ fait intervenir : A.l’hydrolyse de l’ATP B.la phosphorylation de l’ATPase Na+/K+ C.la déphosphorylation l’ATPase Na+/K+ D.le changement de conformation de l’ATPase Na+/K+ E.quatre sous unités différentes. 6) L’ATPase Na+/K+ : A.est couplée à l’hydrolyse de l’ATP B.est phosphorylée/déphosphorylée C.change de conformation D.fait sortir des K+ hors de la cellule E.comporte six sous unités. Q7. Quelles sont les étapes de l’endocytose parmi les suivantes ? A. l’adsorption B. l’invagination C. la formation du diaphragme D. la rupture du diaphragme E. le détachement de la vésicule. Q8. Quelles sont les étapes de l’endocytose parmi les suivantes ? A. l’adsorption B. l’invagination MP C. la fusion MP/mb vesicule D. la formation du diaphragme E. le détachement de la vésicule. Q9. La photo suivante présente : A.le transport facilité B.le transport simple C.le transport actif D.le transport actif secondaire E.le transport vésiculaire Q10. La photo suivante présente : A.le transport facilité B.le transport simple C.le transport actif D.le transport actif secondaire E.le transport vésiculaire Q11. La pompe MRD ou ABC : A.est spécifique B.est présente dans la MP des cellules normales C.fait pénétrer des médicaments dans la cellule D.prend en charge les xénobiotiques E.explique la résistance médicamenteuse. Q12. La pompe MRD : A.utilise l’énergie du gradient de concentration B.est phosphorylée/déphosphorylée C.change de conformation D.fait sortir les xénobiotiques hors de la cellule E.existe dans les cellules normales. Q13. Parmi les molécules d’interaction cellulaire, il y a : A.les sélectines B.les intégrines C.les ICAM D.les cadhérines E.les actines G. Q14. La photo suivante présente : A.le récepteur RCPG B.la voie PKA C.la signalisation hormonale D.la voie PKC E.la voie MAPK. Q15. La photo suivante présente : A.la transmission neuronale B.la voie PKA C.la voie PKB/Akt D.la voie PKC E.la voie MAPK Q16. Lors de la signalisation neuronale : A.un récepteur couplé à une enzyme est utilisé B.un canal Na+ ligand dependant est ouvert C.un canal Na+ voltage dependant est ouvert en dernier D.la ddp membranaire est invariable E.l’influx nerveux est propagé à la cellule suivante. Q17. Lors de l’activation d’un récepteur RTK : A.le récepteur dimérise B.l’enzyme tyrosine kinase du récepteur est désactivée C.le récepteur est autophosphorylé D.un signalosome est formé E.l’enzyme sérine /thréonine est impliquée. UNIVERSITE HASSAN II – Casablanca FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE Pr Aboussaouira T Unité de Culture Cellulaire 2020/2020 11  PLAN CONSTITUANTS ET ROLES du cytoplasme  INCLUSIONS INERTES  CYTOSQUELETTE  ORGANITES CELLULAIRES * SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE * PEROXYSOME * MITOCHONDRIE Cytoplasme : Milieu plus ou moins visqueux où baignent substances, inclusions inertes, cytosquelette et organites cellulaires. COMPOSITION BIOCHIMIQUE Cytoplasme comporte : - Eau (70%) - Petites molécules (oses , a gras, aa, ions (Na+, K+, cl-, …) - Molécules de PM élevé (protéines, a.nucléiques, lipides et glucides), sous 2 formes : * granulaires formant les inclusions inertes * fibreuses formant le cytosquelette INCLUSIONS INERTES sont de 3 types : 1) Protéosomes : réserve de protéines, protéosome petits cylindres 2) Rosettes : réserve du glucose sous forme de glycogène. Abondantes dans cellule hépatique. Rosettes dans hépatocyte 3) Gouttelettes : réserve des lipides, ovoïdes ou arrondies, abondantes dans adipocytes Gouttelettes CYTOSQUELETTE Squelette ou charpente cellule formée de protéines filamenteuses étalées dans toute la cellule. Visibles au MET 3 types filaments du cytosquelette (selon diamètre) :  Microfilaments d’actine (MF): 5-8 nm Ø  Filaments intermédiaires (FI): 8-10 nm Ø  Microtubules (MT) : 20-30 nm Ø  Les trois types de cytosquelette MT FA FI  RÔLES MICROFILAMENTS D’ACTINE (MFA) - Maintien forme tridimensionnel : grâce au cortex cellulaire : couche de microfilaments d’actine situé sous la MP - Courants cytoplasmiques : guidage et déplacement de molécules - Maintein structures cellulaires : sous microvillosités, bordure en brosse - Echanges vésiculaires : déplacement vésicules d’endo/exocytose - Division cellulaire : anneau contractile pour la cytodiérèse - Diapédèse : extravasation cellules sang hors des vaisseaux sanguins - Migration cellulaire : déplacement cellules migratrices comme le macrophage par polymérisation et dépolymérisation. Rôles des MFA Migration cellulaire Cytodiérèse Diapédèse Maintien forme 3D Rôles MFI : contraction musculaire Rôles MFA 12 Organisation moléculaire des MF Plusieurs monomères d’actine G ou actine globulaire s’associent entre eux pour former l’actine fibrillaire ou actine F L’actine F est composé de 2 filaments formant une chaîne torsadée, contractile qui polymérisent/dépolymérisent 14 3) Protéines liant l’actine Plus nombreuses que celles des MT Régulent taille MA, lien à la MP, moteurs,… : Protéines régulant taille MA : - tropomyosine ds sillon - protéines extrémités protégeant de la dépolymérisation, - sévérine qui déstabilise MA en le coupant pour créer de nouvelles extrémités +, - tropomyosine et profiline qui se fixent sur MA non disponible pour polymérisation - ARP : complexe protéique de la nucléation du MA (équivalent des γTURC) Protéines d’assemblage des MA : en réseau ou en faisceau => fibres de tension associant les MA avec angulation Protéines liant les MA à la MP (Protéines transmb) : Spectrine dans Gr, dystrophine dans cellules musculaires (responsble de myopathies en cas d’anomalies) Moteurs moléculaires : famille des myosines ou myofilaments épais 15 16 Différents types de moteurs moléculaires Myosine de type I : fixe l’actine à la MP Myosine de type II : 2 têtes globulaires qui interagissent avec MA une queue filamenteuse.Assure contraction muscule, migration cellulaire et forme réseau cellulaire Myosine type IV : assure déplacement de molécules cellulaires sur MA 17 2) FILAMENTS INTERMÉDIAIRES (FI)  structures stables (ne polymérisent/dépolymérisent jamais) et qui permettent à la cellule de conserver sa forme en 3D  Forment un réseau entourant le noyau et atteignant la périphérie de la cellule  FI dans noyau : lamines forment la lamina nucléaire qui renforce l’enveloppe nucléaire.  Les FI permettent de déterminer le type de cancer par immunohistochimie.  Classification FI FI déterminent l’origine de la tumeur car elles varient d’un type cellulaire à l’autre : cytokératine dans Cellules épithéliales Desmine dans Cellules musculaires Vimentine dans Cellules conjonctives GFAP (Fibrilary Acidic Proteins) dans Cellules gliales Neurone dans Fibrilary Acidic Proteins NB : Les lamines sont des FI du noyau mais ne faisant pas partie du cytosquelette Organisation Moléculaire des FI Monomère FI : protéine fibreuse allongée en bâtonnet avec ses 2 bouts qui sont globulaires. Les monomères s’organisent en dimères puis en tétramères par des liaisons non covalentes. Plusieurs tétramères alternent dans l’espace et forment un filament intermédiaire avec un aspect de cordage.  Rôles FI Morphogenèse de la cellule : Echafaudage ou cage dans cellule musculaire=> orientation actine et myosine Chez souris Tau (desmine -) => organisation perturbée Structure et Résistance cellulaire : d’un desmosome à l’autre via FI Si atteintes hémidesmosomes ou desmosomes => formation de cloches Selon le gène atteint, bulles dans couche basale ou apicale (épidermolyse bulleuse) 21 I. Microtubules 22 23 3) Microtubules (MT) Petits tubes protéiques, longs et rigides (L=20 μ) Collaborent avec les MFA pour assurer les mêmes rôles : courants cytoplasmiques, maintien forme 3D, division cellulaire, diapédèse, migration cellulaire  13 protofilaments s’associent Organisation entre MT Moléculaire eux pour former un MT MT = hétéropolymères de tubulines a et b qui s’associent en dimères, plusieurs dimères s’associent pour former un protofilament 13 protofilaments constituent un microtubule. La a-tubuline alterne avec la b-tubuline tout au long du protofilament avec une a-tubuline à l’extrémité de dépolymérisation et une b-tubuline à l’extrémité de polymérisation. 25 Les protofilaments s’associent sur structure spécifique et complexe : le γTURC (Tubuline Ring Complexe) qui permet la nucléation du MT 26 27 Polymérisation/Dépolymérisation MT Protéines associée au MT Protéines de stabilités des MT : Assurent la stabilité du MT en interagissant avec le milieu du cylindre ou avec une de ses extrémités : - γTURC : au niveau de l’extrémité -, assure la nucléation du MT - Kinétochore du chromosome : fixe le MT polaire du fuseau mitotique et les stabilise Moteurs moléculaires Complexe de protéines qui transforme l’E chimique (ATP ou GTP hydrolysé) en E mécanique (déplacement, contraction cellulaires) 2 types : kinésines et dynéines qui ont des parties globulaires sur les MT (marches dessus) et des parties opposées qui interagissent avec constituants cellulaires (cargo) 29 30 Structures avec microtubules - Centriole : cylindre de 9 triplets de MT Présent dans aster du fuseau mitotique et du centrosome ou diplosome. - Centrosome ou diplosome : centre organisateur des microtubules de la cellule, Il est situé près du noyau et formé de 2 centrioles orthogonaux. - Aster : structure responsable de la formation du fuseau mitotique, constitué d’un diplosome, de microtubules rayonnants et de protéines satellites qui semblent induire la formation du fuseau mitotique.  Structures cellulaires avec MT Courants cytoplasmiques Cil et flagelle Fuseau de division 32 Mouvement du cil et flagelle Pathologies par absence ou insuffisance de mouvement : Ascenceur muccocilliaire dans trachée (mucus) et trompes (ovule) => infections respiratoires à répétition et stérilité 33  Effets pharmacologiques sur MT La colchicine est un antimitotique qui se lie à la tubuline libre et empêche sa polymérisation. D’autres alcaloïdes utilisés aussi en chimiothérapie (vimblastine, vincristine, podophylline) sont aussi des antimitotiques. Le Taxol (anticancéreux, extrait de l’If) empêche la dépolymérisation des MT du fuseau mitotique et arrête les divisions cellulaires 34  ORGANITES CELLULAIRES Regroupés selon leur fonction en : - Système endomembranaire : pour le flux endomembranaire avec synthèse et complexation de molécules (SE = Réticulum endoplasmique + Appareil de Golgi + Vésicules) - Peroxysome : vésicule assurant l'épuration cellulaire (production et dégradation du peroxyde d’hydrogène ou H2O2) - Mitochondrie : produit l’ATP par respiration cellulaire SYSTÈME ET FLUX ENDOMEMBRANAIRE FLux endomembranaire = Transport de substances, contenues dans des vésicules, à partir du réticulum endoplasmique où elles sont synthétisées vers la MP en passant par l’appareil de Golgi via des vésicules dont les lysosomes. Film youtube : Harvard cell animation  Rôles physiologiques du RE Siège de réactions biochimiques variées Synthèse et Adressage des protéines Film Web Harvard cell animation Réactions de détoxification Synthèse de lipides et hormones stéroïdiennes Glycosylation protéines Synthèse et Adressage des protéines Toute protéine destinée à l’export est munie d’une séquence d’adressage (15 à 20 aa) située au début de la protéine et codée par des codons situés en début de l’ARNm. Lors de l’adressage de la protéine synthétisée vers le REG, une protéine d’adressage la SRP ( ibonucléoprotéine de Reconnaissance du Signal) R ou protéine chaperonne se lie à la séquence d’adressage sur la protéine en cours de synthèse Synthèse et Adressage des protéines vers REG par la SRP  Détoxification A lieu dans REL hépatocytes, cellules rénales, pulmonaires et intestinales. Les produits toxiques (drogues, médicaments ou métabolites toxiques du cytoplasme) s’insèrent dans la bicouche lipidique de la membrane du REL ils sont hydroxylés par le cytochrome P450, deviennent hydrophiles Ils sont transloqués dans la lumière du REL ils sont ensuite conjugués à d’autres composés, comme l’acide glucoronique, pour devenir neutres. Les drogues ainsi solubilisées et neutralisées sont ensuite véhiculées par le flux membranaire et éliminés par exocytose dans la bile ou dans les urines. Appareil de Golgi (1898) Réseau de dictyosomes (20/cellule) qui communiquent entre eux par des tubes périphériques. Il assure la maturation des protéines et des lipides. Dictyosome : croissant constituée de 4 à 6 saccules empilés comme une pile d’assiètes. L’AG est situé près du noyau, polarisé et présente trois régions fonctionnellement différentes : - Face cis ou CGN (cis golgi network) : en rapport avec le RE - Région médiane : au milieu entre le CGN et le TGN - Face trans ou TGN (trans golgi network) : en rapport avec la MP  Rôles AG Assure complexation de molécules : fixer une molécule (sucre, sulfate, phosphate ou autres) sur une protéine ou sur un lipide => glycosylation, phosphorylation, sulfatation, … Glycosylation des protéines : consiste à fixer un sucre sur une protéine ou un lipide dans membranes des saccules golgiens cis. Phosphatation et sulfatation : consiste à fixer un ou plusieurs phosphates (sulfate) sur une protéine, un lipide ou une glycoprotéine. Ces deux réactions ont lieu dans le golgi trans. Flux endomembranaire : les protéines et lipides du RE progressent du RE vers l’AG, vésicules puis vers la MP => déplacement de molécules = flux membranaire permanent dans cellule appelé flux endomembranaire Lysosome Appareil digestif de la cellule Vésicule sphérique contenant enzymes lytiques (40 types) Enzymes lytiques = hydrolases acides (pH 3 à 5) dégradant subs organiques Deux types de lysosomes : - lysosome I : petite taille et aspect homogène, enzymes lytiques seules - lysosome II : grande taille, aspect hétérogène, enzymes lytiques avec substances en dégradation. Endosome : Fusion de toutes les vésicules d’endocytose (phago, pinocytose, autophagie) Autophagie : cellule digère substances endogènes usées ou altérées. Chaque cellule l’assure Hétérophagie : permet à la cellule de digérer substances exogènes (bactérie, virus, nutriments). C’est la phagocytose. Les macrophages, les granulocytes, les ostéoclastes sont des phagocytes types. 46 47 Peroxysome chez tous les eucaryotes Une seule membrane Sphérique : 1  de diamètre Aspect cristallin caractéristique Pas d'ADN, ni génome Importation de toutes ses protéines à partir du cytosol 48  Rôle Peroxysomes : Epuration cellulaire Rôles secondaires : synthèse /dégradation acides gras Le peroxysomes est le siège des réactions de synthèse de H2O2 (peroxyde d’hydrogène) puis de sa dégradation H2O2 ou eau oxygénée est un oxydant puissant qui libère radicaux libres OH très toxiques pour cellule. Sa dégradation est donc obligatoire pour la cellule Origine de H2O2 dans la cellule : réactions métaboliques Peroxysome renferment 2 types d’enzymes : - Oxydases peroxysomiales (peroxydase et urate-oxydase) qui catalysent les réactions produisant H2O2 en utilisant l’O2 - Catalase, SOD, GPx qui catalysent plusieurs substrats en utilisant H2O2 et le dégradant (réaction de dismutation) REACTIONS D’EPURATION DANS LE PEROXYSOME RÉACTIONS D’OXYDATION PRODUISANT H2O2 : De nombreux métabolites produisent H2O2 (a. aminés, a. gras, a. urique) après leur dégradation par les oxydases flaviniques (peroxydase, la glutathion peroxydase séléniée) Dans ou près peroxysomes oxydases RH2 + O2  R + H2O2 REACTIONS DE DÉGRADATION DE H2O2 : Plusieurs substrats sont oxydés dans le péroxysome en utilisant H2O2 produit ce qui le dégrade. Selon la réaction : catalase,SOD, GPx R’H2 + H2O2  R’ + 2H2O R’= Ethanol, Méthanol, etc. Ces réactions ont lieu dans toutes les cellules et sont appelées réactions d’épuration cellulaire  Agents proliférateurs des peroxysomes Des facteurs appelés agents proliférateurs des peroxysomes (APP) induisent une prolifération importante (jusqu’à 60 fois) des peroxysomes dans le foie surtout. Ex d’APP : aspirine, hypolipémiants (ex : le clofibrate) Origine radicaux libre : stress oxydant de la cellule Réactions produisant radicaux libres : ROS ou Substrats Réactifs de l’Oxygène  Le glutathion : antioxydant endogène Petite molécule présente dans presque chaque cellule du corps Présent sous 2 formes GSH (forme réduite) et GS-SG (forme oxydée) Synthétisé dans l'organisme à partir de trois acides aminés : glutamine, glycine et cystéine qui contient du soufre (thiol) responsable de l’activité de détoxification dans la cellule : se lie aux métaux lourds et les excrète sans dégâts ; ex du mercure (Hg-S) Les vitamines améliorent la synthèse du glutathion Sa concentration est élevée dans le foie, les reins, le cœur et le cerveau Avec l’âge, les niveaux de glutathion diminuent dans l'organisme et génèrent de multiples pathologies (rénaux, digestifs (Hépatite), pulmonaires, cardio-vasculaires, dégénératives (Alzeheimer, Sclérose en plaque), Diabète) Chez les personnes âgées, des niveaux plus élevés de glutathion sont corrélés à un meilleur état de santé Régénère le pouvoir anti-oxydant des vitamines  Mitochondrie Avec l’activité physique, le corps augmente la capacité de rendre d’oxygène aux muscles (plus de mitochondries, une plus grande capacité pulmonaire…) Les coureurs longue-distance attendent jusqu’à la dernière minute pour faire le sprint pour conserver l’oxygène.  Le monoxyde (CO) de carbone et la cyanure tuent en interrompant la respiration cellulaire Descriptif Organite membranaire creux En bâtonnet ou arrondi, Matrice entourée d’une double membrane Assure production ATP (énergie cellulaire) Dans toutes les cellules eucaryotes aérobies Nombre mitochondries important si activité cellule importante (15000/ hépatocyte) Membranes mitochondriales Membranes externe et interne séparées par l’espace intermembranaire Membrane externe : semblable MP, perméable, Membrane interne : perméabilité limitée, 20% lipides et 80% protéines dont enzymes chaîne respiratoire et ATPosomes ATPosome ou ATP synthase: protéine mb interne avec plusieurs sous-unités, organisée en 3 parties : base, tige et tête sphérique renfermant ATP synthétase. Espace intermembranaire 10 nm, même composition que cytosol avec l’adénylkinase (AK) qui assure recyclage de l’AMP selon la réaction : AMP + ATP  2 ADP  Composition biochimique matrice Ribosomes plus petits que ceux du cytoplasme Substances : eau, sels minéraux, ATP, ADP, co-enzymes, cytochromes, nucléotides, nucléosides, ARN, acide pyruvique, a. gras, a. aminé, O2 et CO2, protéines HSp70, facteurs cytosoliques tels le NEM (Néthylmalémide) Génome mitochondrial : - ADN circulaire - 5 à 10 copies/mitochondrie - hérité de la mère avec des formes d’asthénies musculaires si perte fragments - codent pour des protéines de la chaine respiratoire, complexes III, IV et V Génome mitochondrial Mitochondries géantes avec des inclusions (crêtes paracristallines Griparic,L2001Traf de la membrane interne) dans les fic mitochondries d’un enfant atteint de myopathie Se retrouve dans d’autres situations pathologiques. Myopathie mitochondriale cryomicroscopie Et tomographie électronique assistée par ordinateur Rouge : membrane interne Autres couleurs : crêtes  Numerous small vesicles (luminous green) that do not connect to the inner boundary membrane (blue) There is a second large internal Frey,TG2000 membrane (green), which has a vesicle-like protrusion, (fig6) suggesting either that this unusual membrane is formed by fusion of the vesicles or, conversely, that the vesicles are formed by budding from it. Reproduced, with permission, from M. Huizing. Myopathie mitochondriale 66  Fonctions Mitochondrie Production d'énergie Régulation du calcium intracellulaire Oxydation des acides gras Synthèse des stéroïdes Apoptose  La respiration cellulaire se déroule en 4 phases In youtube : Electron transfert chain 1. Dégradation du combustible (glucide, lipide, protide) par glycolyse, lipolyse ou protéolys 2. Cycle de Kreb : successions d’oxydations du CoA qui assurent le déshabillage du CoA et extraction d’é riches en énergie 3. Chaîne respiratoire (chaîne de transfert d'é) : réactions d’oxydo réduction avec production d’une petite qtité d’E à chaque transfert d’é (e1, e2, e3,...) => passage H+ du cycle de Krebs vers espace intermb mitochondrial => ddp proton 4. Phosphorylation oxydative : Retour protons vers la matrice via ATPosome => flux de protons => E ATP synthétase de la tête catalyse réaction: ADP + P + E => ATP  Compartiments Respiration cellulaire Dans cytoplasme : étape 1 Glucides subissent glycolyse et libèrent le pyruvate. Protides se dégradent d’abord en a aminés dont le catabolisme produit également le pyruvate. Lipides subissent lipolyse et libèrent les a gras. Dans matrice mitochondriale : étape 2 a. gras et pyruvate entrent dans la mitochondrie par porines ou perméases et seront transformées en acétyl CoA (avec production de NADH et de CO2 pour le pyruvate et de NADH et FADH2 pour les a gras.) L’acétyl CoA entame le cycle de Krebs : succession d’oxydations avec extraction de protons H+ et d’électrons de haute énergie.  Compartiments Respiration Cellulaire (2) Dans mb interne: étape 3 Électrons libérées par cycle de Krebs transférés par complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire (réactions d’oxydo-réduction) jusqu’à l’O2 (accepteur final) => molécule d’eau En parallèle, des protons H+ sont exportés de la matrice vers espace intermembranaire en utilisant énergie produite par réactions d’oxydo-réduction => différence potentiel protons (ddp) entre espace intermembranaire et matrice  Compartiments Resp Cellulaire (3) Dans ATPosome: étape 4 Retour protons H+ vers matrice à travers un canal créé dans ATPosome => flux de protons via ATPosome activant l’ATP- synthétase de la tête de l’ATPosome qui catalysera la phosphorylation oxydative de l’ADP en ATP en utilisant l’énergie du flux protonique : c’est la Phosphorylation oxydative ATP synthétase ADP + Pi + E  ATP Fonctionnement ATPosome ou ATP synthase La force protomotrice (ions H+ qui diffusent à travers l’enzyme ATP synthétase) permet la formation d'ATP à partir d'ADP et P. Matrice Espace intermembranaire  UNIVERSITE HASSAN II – Casablanca FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE CHAPITRE : NOYAU INTERPHASIQUE - CYCLE CELLULAIRE Pr Aboussaouira T Unité de Culture Cellulaire 2020  Rôles noyau - Division cellulaire : Transmission information génétique Mitose (cellules somatiques) Méiose (cellules germinales) - Expression gènes : Transcription ADN : Protéines : enzymes, structurales, facteurs de transcription (ex: NFkB)  Le Noyau interphasique Compartiment hétérogène constitué de : - Enveloppe nucléaire : double, espace péri nuléaire, pores, lamina - Nucléole :10 boucles d’ADNr (chr 13, 14, 15, 21 et 22) qui fusionnent entre elles, lieu de production des ribosomes - Granules : lieu de maturation et d’épissage - Corps de Cajal : assemblage des filaments de RNP, maintenance des télomères - Chromatine : forme décondensée du chromosome, 2 sortes : Euchromatine (totalement décondensée) et hétérochromatine (moyennement décondensée) - Corpuscule de Barr : condensation du X inactif du sexe féminin Echanges nucléocytoplasmiques : passif (molécules), actif (pré ribosomes) Le noyau interphasique Corps de Cajal A. Noyau XY B. noyau XX avec 1 corpuscule de Barr C. noyau XXX avec 2 CB Nucléole: 2 régions : Région granulaire (prérib+ protéines) Région fibrillaire (ADNr et ARNr) Chromatine Forme décondensée du chromosome constitué de: 1 molécule d’ADN + nucléosomes (collier de perles) Nucléosome : 4 paires de protéines globulaires Nucléosome : 4 paires de Protéines histones ( H2A, H2B, H3 et H4) Structure chromatine/chromosome Organisation chromosome  Télomères Extrémité protectrice des chromosomes constituée de la répétition du motif TTAGGG des milliers de fois Cataracte (α-crystallines) Migration chromosome en mitose et méiose Kinétochores, polymérisation FP et dépolymérisation FK  L’enveloppe Nucléaire Le noyau est entouré d'une enveloppe constituée de 2 membranes phospholipidiques, l'externe et l'interne espacées de 30 nm : La membrane externe est en continuité avec le Réticulum endoplasmique rugueux la membrane interne s'appuie sur la lamina nucléaire formée d'un réseau de filaments intermédiaires (lamines A, B et C).(Progéria : maladie par mutation de la lamine A => défaut de détachement => déformation noyau) La liaison entre la membrane interne et la lamina est assurée par les « lamina associated proteins » (LAPs) Enfant atteint de progéria  Pores nucléaires : L'enveloppe est une barrière sélectivement perméable qui ne peut être franchie qu'au niveau des pores nucléaires Pores nucléaires : 2000 à 4000/noyau, rôle : vérifier la maturité des ARN sortants et ne permettre l'accès au nucléoplasme qu'aux protéines exposant leur séquence de destination nucléaire «nuclear localisation signal» ou NLS La sélection des protéines entrantes est vitale pour la régulation de la transcription et de la réplication de l'ADN Structure du pore nucléaire : Complexe protéique (nucléoprotéines) avec différentes structures: - 2 anneaux : 1 membranaire et 1 distal - 8 filaments du côté cytoplasmique - 8 filaments côté noyau reliant les 2 anneaux, Les filaments nucléoplasmiques relient l’anneau membranaire à l’anneau distal => forme de panier Les filaments sont des nucléoprotéines qui fixent les molécules (protéines et ARN) appelées à franchir l'enveloppe nucléaire Le pore permet le passage de particules de taille ≤39 nm Schéma Pores Nucléaires Le cycle cellulaire  Phases du cycle cellulaire Chaque cycle cellulaire comporte 2 phases : Interphase (3 phases) : phase G1 ( pour Gap ou Growth phase 1) phase S (DNA synthesis) phase G2 (pour Gap ou Growth phase 2) Mitose (6 phases) : Prophase – Prémétaphase – Métaphase – Anaphase – Télophase – cytodiérèse ou cytocinèse On appelle G0 l’état de repos des cellules qui ne se divisent pas (cellule nerveuse, critallin, ….)  Points de contrôle ou Check-points Il y a 3 points de contrôles : 1er point: le point Start ou de Restriction, fin G1, contrôle 2 événements : 1) si l'environnement est favorable à la division, 2)si la taille de la cellule est suffisante (rapport RNP) Dès que ce point est franchit c’est le point de non-retour 2ème point vérifie que tout l'ADN a bien été répliqué et vérifie la quantité et la qualité de l'ADN obtenue, en G2/M 3ème point : lors de la Mitose, pendant la Métaphase, vérifie que les chromosomes sont bien alignés et attachés au plan équatorial Si la cellule note une anomalie à un point de contrôle, il y a arrêt du cycle cellulaire et déclenchement de l'apoptose  Facteurs de contrôles Protéines : p53, pRb, contrôlent les points 1 et 2 (entrée en M), ce sont des molécules anti-oncogènes, supresseurs de tumeurs Facteurs : E2F, SPF (Start) et MPF (Mitose) dont les Cyclines/CDk : oscilateurs du cycle de la mitose à l’interphase, activent les facteurs et protéines ci dessus Les cyclines / CDK Régulation du cycle cellulaire par les cyclines/Cdk  Mode d’action des cyclines/Cdk Agissent en phosphorylant les protéines nucléaires impliquées dans transcription, réplication ADN, expression gènes, etc.  Phosphorylent!et!inactivent!la!protéine*Rb!("Rétinoblastoma!protein"),!ce!qui!a!! Cycline*D** progression!de!! Cdk*6! S!(synthèse*des*cyclines*E*et*A,!entre!autres).! G1 Cycline*E** l’ADN!et!l’inactivation!de!facteurs!de!transcription!de!la!phase!G1.! S! Cdk*2! induit!la!duplication!du!centrosome!chez!les!mammifères.! arrêt!de!la!dégradation!de!la!cycline!B!qui!s'accumule.! G2 Cycline*B*/* Dirige!la!transition!G2/M!par!phosphorylation!de!nombreux!substrats!et!conduit! /M! Cdk*1! !la!progression!de!la!mitose.! Facteurs Activateurs et inhibiteurs des Cdk Inhibiteurs des CDK : p16, p21, p27, la kinase Wee1  QCM Noyau interphasique - Cycle cellulaire 1) Le noyau interphasique est constitué de : A. l’enveloppe nucléaire B. nucléole C. la chromatine D.pores nucléaires E. chromosomes 2) A propos du chromosome : A. Il est constitué de nucléosomes B. Il comporte une seule molécule d’ADN C. Il se présente sous forme de collier de perles D.Il contient 4 paires d’histones par nucléosome E. Il est condensé en interphase. 3) Le noyau assure : A. la transmission de l’information génétique aux cellules filles B. la transmission de l’information génétique d’une génération à l’autre C. la respiration cellulaire D. la synthèse de molécules E. la transcription de l’ARN 4) La migration des chromosomes est assuré par : A. des kinétochores qui fixent les chromosomes B. des fibres kinétochoriennes qui raccourcissent C. des fibres polaires qui s’allongent D.les asters qui se divisent E. la plaque équatoriale qui se déplace. 5) Le nucléole est un organite nucléaire qui présente : A. une région granulaire interne B. une région fibrillaire externe C. des boucles d’ADNr D.des complexes de pores E. des protéines. 6) Au niveau de l’enveloppe nucléaire : A. l’enveloppe externe est en continuité avec le RE B. l’enveloppe interne s’appuie sur la lamina C. des phospholipides constituent les 2 membranes D.des échanges peuvent avoir lieu en dehors des pores nucléaires E. les échanges nucléocytoplasmiques sont régulés. 7) Le complexe de pore présente : A. un anneau distal B. un anneau membranaire C. des filaments cytosoliques D.des filaments nucléaires E. une forme en échelle. Q8. Le schéma ci contre présente : (1 schéma à la fois) A. un nucléole B. un noyau C. un complexe de pore D.la chromatine E. Un ribosome 9) A propos du cycle cellulaire : A. la phase G1 suit la mitose B. lors de la phase S, il y a duplication de l’ADN C. la phase G2 prépare la mitose D.La mitose comporte 3 phases E. la cytodiérèse est une phase de migration des chromosomes 10) Les trois points de contrôle du cycle cellulaire : A. le point start a lieu en G1 B. le point de restriction contrôle trois événements C. le 2e point de contrôle a lieu en phase S D. lors du 2e checkpoint, la qualité de l’ADN est contrôlée E. le 3e point de contrôle a lieu durant la mitose Contact : [email protected]  UNIVERSITE HASSAN II – Casablanca FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE Chapitre 4 : Apoptose et Vieillissement Cellulaire Aboussaouira, 2020  Apoptose (Mort Cellulaire programmée)  Rôles physiologiques de l’apoptose Au cours du développement Contrôle de l’homéostasie tissulaire (apoptose vs mitose) Formation de cavités En 1 seconde, il y a : 100 000 cellules produites par mitose 100 000 cellules éliminées par apoptose Elimination des cellules indésirables Elimination des lymphocytes autoréactifs APOPTOSE Vs NECROSE Morphologie de l’apoptose Apoptose Processus actif (contrôle par un gène) Condensation chromatine Fragmentation noyau Condensation cytoplasme Bourgeonnement membrane plasmique Formation corps apoptotiques sans rupture MP phagocytose (pas d’inflammation) Nécrose : Evénement passif, accidentel Gonflement cellule Gonflement organites Lyse membrane plasmique, membrane nucléaire et organites noyau réponse inflammatoire Cells with blebbing signing Apoptosis  L’apoptose Mécanisme actif sans inflammation Utilise des enzymes spécifiques, les caspases Formation de vésicules (blebs) et de corps apoptotiques avec des fragments de noyau et de cytoplasme  Déséquilibre de l’apoptose 1. Trop d’apoptose => maladie dégénératives : Alzheimer, Parkinson, certains diabètes, Malformations, Rejet de greffe 2. Trop peu d’apoptose : Tumeurs, Cancer, Leucémies, Syndromes lymphoprolifératifs  Facteurs induisant l’apoptose et récepteurs de mort 1. Déclencheurs intra-cellulaires : perturbations métaboliques 2. Déclencheurs extra-cellulaires Xénobiotiques Absence de facteur de croissance UV, H2O2, Glucocorticoides Lymphocytes T cytotoxiques ou NK activés Présences de récepteurs type : FasL (CD95), TNFR, DR, Trail… Temps nécessaire in vitro = 2 à 6 h  Activation des Caspases % caspases initiatrices % procaspases dimérisation clivage % auto-protéolytique % caspases effectrices Activation par enlevèvement des parties N terminale et C terminale Les 2 parties centrales se lient par des liaisons ponts di-sulfure SH--SH aux parties C terminales => homodimère actif  Les enzymes Caspases de l’apoptose Protéases à cystéine synthétisées à l’état de pro caspases (17 membres) Hydrolysent des protéines avec un acide aspartique Codées chez l’homme par les gènes CASP (CASP3 sur chr4) Présentes dans le cytoplasme sous la forme inactive, la procaspase Pocaspase se clive et dimérise pour former une caspase active Une caspase active est capable d'activer d’autres caspases pour former un apoptosome  Effets des caspases Destruction de composants du cytosquelette : filament d’actine, βcaténine, Protéines d’intéractions (isolement de la cellule) Destruction de protéines nucléaires : lamines, cyclines Diminution de l’activité télomérases impliquées dans la réparation de l’ADN Activation de l’endonuclease CAD (caspase activated DNAse) qui est capable de couper l’ADN Activation de Bcl (Bcl-2 , Bcl-X1) ou Bax (Bad, Bak) (protéines formant des pores dans la membrane mitochondriale) Les 2 voies de l’Apoptose : externe et interne Voies de l’apoptose : extrinsèque et intrinsèque (Apoptosis Protease- Activiting Factor-1) Apoptosome  Les 2 voies de l’Apoptose : externe et interne Récepteurs de mort Stress cellulaire Agents antimitotiques Agents génotoxiques FADD procaspase 8 mitochondrie cytochrome c Bid Apaf1 caspase 8 caspases effectrices 3,6,7 procaspase 9 Apoptosome caspase 9  Etapes de la voie externe Signal de mort vient de l’extérieur de la cellule Récepteur de mort : récepteur membranaire qui possède dans son domaine intra cellulaire un domaine de la mort (DD, FAD) Deux principaux récepteurs de la mort : TNFR, Récepteur Fas ( FasL) Ils lient des protéines adaptatrices FADD et TRADD capables de lier la pro caspase 8 Dès que le ligand est lié au récepteur => Transformation de la pro caspase 8 inactive en caspase 8 active qui a son tour active des caspases effectrices 3, 6, 7  Voie interne ou Mitochondiale de l’apoptose Cytochrome C dATP Pro Cas 9 (AIF) Cyt C Apaf-1 Caspases Apaf-1 Cyt C Caspase 9 effectrices Pro Cas 9 AIF = Apoptosis Inducing Factor Apaf-1 = Apoptosis protease activating factor 1  Etapes de la Voie interne ou Voie mitochondriale Mitochondrie relargue le cytochrome C qui induit la liaison du facteur Apaf-1 à la procaspase 9 Un autre facteur AIF de l’espace intermembranaire mitochnodriale s’associe à la caspase 9 pour activer les caspases effectrices 3, 6, 7 La caspase 9 induit l’assemblage de toutes les autres caspases en Apoptosome accélérant l’apoptose  En résumé Apoptosome : plateforme d’activation des caspases executrices  Protéines des membranes mitochondries, pro ou anti apoptotiques Pores formés par Bax (Bak et Bad) laissent échapper des molécules à des pH neutres et acides => mort cellulaire (= pro apoptotique) Bcl forment des pores à intérêt fonctionnel => passage d’ions ou de macromolécules aidant à la survie cellulaire (= anti apoptotique) Ces 2 protéines présentent différents domaines actifs : BH1, BH2, BH3, BH4, …  Inhibiteur physiologique de l’apoptose 1) IAPs : IAP, Survivine, XIAP (ds cellules cancéreuses) 2) Negative regulators of IAPs : Smac/DIABLO, XAF1, OMI/HTRA2 Application : traitements anticancéreux.  P53 protéine pro apoptotique L’ADN qui a subit des modifications exprime la p53, on a : - Soit arrêt du cycle cellulaire avec transcription de P21 qui ralentie le cycle cellulaire jusqu'à réparation de l’AND - Soit mort cellulaire si les dégâts sont irreversibles => expression de Bax, récepteurs de mort comme FasL, AIF Vieillissement Cellulaire  Vieillissement Cellulaire 1) Facteurs du Vieillissement Cellulaire Stress oxydant ADN Modifications protéines (ROS) (Oxydations, glycation, Chocthermiques) 2) Systèmes de Défense Anti- oxydants Télomères Anti modif protéines - Systèmes enzymatiques (Catalase, SOD, GPx) Télomérases - Heat choc protéines(hsp) - Systèmes non-enzymatiques: - Système de protéasome : Glutathion, vitamines (A, C et E) Ubiquitinalion Dégradation en aa  Sources ROS et réponses cellulaires (ROS : reactive oxygen substrats) Sources endogènes Sources exogènes Mitochondries UV Péroxysomes Radiations ionisantes Lipoxygénases Toxines NADPH oxydase Cytochrome P450 inflammation (cytokines) ROS Taux Toléré Taux élevé Altération des fonctions Homéostasie physiologiques Croissance normale Vieillissement Métabolisme normal Maladie Mort cellulaire  Les principales cibles des ROS (avident d’é) L’ADN Mutations: guanine peut réagir avec 1 radical hydroxyle Coupures : simple brin et double brin Délétions : ADN mitochondrial Les lipides Oxydation des phospholipides membranaies (ex LDL oxydé) Formation de peroxydes lipidiques (4-HNE et MDA) Les protéines Modifications oxydatives multiples (groupements carbonyles) : cf dias suivantes  Télomères Extrémité protectrice des chromosomes constituée de la répétition du motif TTAGGG des milliers de fois Cataracte (α-crystallines)  Télomérases Enzyme qui maintient la longueur des télomères peu ou pas active dans cellule normale Mort cellulaire Cellule somatique normale : pas d’activité télomérase => raccourcissement télomères à chaque division cellulaire Cellule tumorale : activité télomérase +++, maintien des télomères à chaque division cellulaire  Modifications des protéines Fixation de groupements carbonyles sur la protéine qui devient non fonctionnelle Les groupements carbonyles fixés sur des protéines augmentent avec l’âge surtout dans les kératinocytes et les fibroblastes. Ces groupements peuvent être générés de différentes façons : - par oxydation directe d’acides aminés (ROS) - par conjugaison à des produits de peroxydation lipidique (ROS) - par glycation (fixation de glucides sur la protéine) produisant des AGEs (Advanced glycation end products) Advanced glycation end products (AGEs) de la glycation Formation of glycated hemoglobin A1c (HbA1c) selon la réaction de Maillard HbA1c is an Amadori product and is formed through the intermediate Schiff base step.  Maladies liées à la modification des protéines Arthrite rhumatoïde (IgG) Ischemie cardiaque et cérébrale Maladies neurodegeneratives : Alzheimer, Parkinson Dystrophie musculaire Syndrome de détresse respiratoire Vieillissement Cataracte (α-crystalline) Cancer Système de défense contre les protéines modifiées Protéines de choc thermique (HSP) Protéasome Rôle HSP dans l’anti vieillissement Protéasome Ubiquitinylation des protéines modifiées par le protéasome