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Cours de
Cytologie & Physiologie cellulaire
Dr A. DEKAR - MADOUI
Promo: 2014-2015
Le cytosquelette
Médecine dentaire
Dr A. DEKAR - MADOUI
Promo: 2014-2015
Objectifs pédagogiques
•Définir le terme cytosquelette
•Citer les 3 éléments composants le cytosquelette
•Pour chaque élément:
-Décrire ses caractéristiques morphologiques
(aspects en microscopie électronique)
- Donner ses composants moléculaires
- Indiquer leurs distributions cellulaire et tissulaire.
Objectifs pédagogiques (suite)
•Donner leurs propriétés physiologiques in situ et in vitro
•Préciser l’effet de quelques drogues corrélativement à
leurs applications en thérapeutique
•Expliquer le mode d’intervention de chaque élément
dans les processus de biomotilité.
•Décrire quelques pathologies humaines liées à leur
dysfonctionnement
INTRODUCTION
Le milieu intracellulaire est structuré par un enchevêtrement de
Fibrilles qui constituent un support pour les organites membranaires
GENERALITES
Le cytosquelette:
édifices protéiques d’aspect filamentaire
Dispersés dans
le hyaloplasme
et le nucléoplasme
*Assemblés en réseaux dans le
nucléoplasme et le hyaloplasme.
*Organisés en structures complexes:(
cils et flagelles)
Rôle dans le:
La morphologie / structure
Support des organites
Changement de la morphologie
réalisation de mouvements coordonnés
Eléments constitutifs du cytosquelette
Microtubules
Microfilaments
fins d’actine
filaments épais de
Myosine
MT labiles
MT stables
Filaments
intermédiaires
Cell.non
musculaires:
Cell
musculaires
spécifique à
chaque type
cellulaire
Disques A
des cellules
musculaires
striées
Architecture moléculaire des éléments du
cytosquelette
Répartition cellulaire des éléments du cytosquelette
Cas des cellules épithéliales
Partie I: Les microtubules
Plan
Introduction
Technique de mise en évidence
Ultrastructure et architecture moléculaire
Biogenèse
Variétés et distribution
Propriétés
Fonctions
Partie I: Les microtubules
Plan
Introduction
Variétés et distribution
Technique de mise en évidence
Ultrastructure et architecture moléculaire
Biogenèse
Propriétés
Fonctions
Les microtubules
Microtubules
labiles
Dérivés
centriolaires
(cils + flagelles)
Microtubules
stables
Centrioles
Les MT labiles
Dans les cellules différenciée ( interphase)
•Dispersés dans le hyaloplasme des
différents types cellulaires
• occupent l’axone et les dendrites des
neurones
• dans les cellules en division
• Forment le fuseau achromatique
( mitotique) au cours des mitoses
Partie I: Les microtubules
Plan
Introduction
Variétés et distribution
Technique de mise en évidence
Ultrastructure et architecture moléculaire
Biogenèse
Propriétés
Fonctions
Techniques de mise en évidence
Technique de coupes
minces et coloration
positive
Ultrastructure
Technique de coloration
négative après isolement
Technique
d’immunofluorescence
Répartition
Architecture
moléculaire
Techniques de mise en évidence
Technique de coupes
minces et coloration
positive
Ultrastructure
Technique de coloration
négative après isolement
Technique
d’immunofluorescence
Répartition
Architecture
moléculaire
Microtubules en coupes minces et contraste positif
Cylindre creux de: 25 nm de diamètre
5nm d’épaisseur
Longueur variable
Aspect ultrastructural des MT en coupe transversale(a ) et
en, coupe longitudinale (b).
a
b
La technique d’immunofluorescence révèle une distribution
centrifuge des MT. Ici marquage de la tubuline à la
Rhodamine (en rouge )
Distribution des MT labiles dans des cellules
différenciées et des cellules en mitose ( marquage
par la fluoresceine).
Révélation de la répartition des MT labiles (en rouge)
dans un axone neuronal en croissance
Microtubules isolés après contraste négatif
Dans le plan longitudinal : le cylindre
comprend : 13 protofilaments
formées de la succession de protéines
globulaires: les tubulines α β
Dans le plan transversal : la surface du MT
comporte 13 monomères de tubulines α β
alternés
Partie I: Les microtubules
Plan
Introduction
Variétés et distribution
Technique de mise en évidence
Ultrastructure et architecture moléculaire
Biogenèse
Propriétés
Fonctions
Les MT se forment à partir de protéines
cytosoliques globulaires:
Les tubulines α et β
Le monomère α est stable
toujours fixé au GTP
Le monomère β est instable
Peut fixer du GTP ou GDP
Par sa capacité d’echanger du GDP par du GTP,
le monomère de tubuline β est déterminant
dans la biogenèse des MT
GTP
Conditions de la formation d’un microtubule
( voir planche tirage)
Origine des MT labiles cellulaires
La matrice de MAPs des centrosomes est le
Centre Organisateur des Micro tubules
(COMT) c’est donc leur site de nucléation
Centrosome = diplosome + matrice de MAPs
matrice de MAPs = différentes isoformes de tubulines : α,β, γ
Les MT irradient du centrosome vers la périphérie cellulaire
( voir schéma 2 p. 14)
Les MT (en vert) irradient de l’aire golgienne ( en
jaune) vers la surface membranaire
Les tubulines γ s’organisent en anneau distribués à la
Surface du centrosome ce sont les complexes TURC.
Ils constituent les points de nucléation des MT
Le TURC de tubulines γ constitue un modèle ( amorce=
gabarit ) pour la disposition hélicoïdale des dimères αβ
qui composent le MT
Les MT se forment sur un gabarit formé de tubulines γ
Mode de Biogenèse (Voir Schéma 1 page 14)
Nucléation (amorce) et croissance( allongement):
deux étapes essentielles dans la formation d’un MT
Etapes de la polymérisation (voir planche)
1 Association longitudinale 2 Association latérale
de 13 protofilaments
de tubulines α et β et
en un feuillet
formation d’un
protofilament
3- élongation du MT
Des monomères de tubuline au microtubule
(voir schéma 1 p. 14)
Mécanisme de biogenèse des MT
Conditions requises (in vitro) : monomères α, β; GTP; Mg++
 Association Tu α –Tu β -GTP
 Allongement en un oligomère rectiligne: protofilament
 Association latérale de 13 protofilaments en un feuillet
 fermeture du feuillet et formation d’un cylindre creux: le MT
Partie I: Les microtubules
Plan
Introduction
Variétés et distribution
Technique de mise en évidence
Ultrastructure et architecture moléculaire
Biogenèse
Propriétés
Fonctions
Propriétés des microtubules
Orientés
(polarisés):
* extrémité (+)
* extrémité (-)
Dynamiques:
*s’allongent par
polymérisation
* se raccourcissent par
dépolymérisation
Association
à des protéines
intrinsèques:
Sensibles aux
drogues:
 (Vinblastine,
vincristine
colchicine)
 Taxol
Polarité
Extrémité (+)
Extrémité (-)
POLARITE des MT
La polarité débute dans le dimère de tubulines α , β,
(+)
Coiffe GTP
(-)
Dynamique
Les vitesses de polymérisation et de dépolymérisation sont inégales
aux extrémités (+) et (-). Cette dynamique est un phénomène cyclique
déterminées par les coiffes GTP/GDP( voir schéma 3 P57)
La coiffe GTP favorise la polymérisation et la coiffe GDP
induit la dépolymérisation ( phénomène catastrophe )
Visualisation microscopique des microtubules en
dépolymérisation
La persistance de la coiffe GTP assure la croissance du MT
alors que la coiffe GDP favorise sa désintégration
Coiffe GTP
Coiffe GDP
La dynamique des MT est de type tapis roulant, elle
dépend des conditions du milieu ( voir schéma 3 P. 57)
PROTEINES ASSOCIEES AUX MICROTUBULES
MAP s structurales
MAP 2 (dendrites du
MAP s motrices
Dynéines
Endocytose
Kinésines
exocytose
neurone )
MAP 4 (toutes les cell.)
Tau (axone
)
Organisation,
•Déplacement des organites
assemblage et
•Transport des vésicules
stabilisation des MT
MAP s structurales
Stabilisatrices
Neurones
Autres cellules
Déstabilisatrices
Katanine
Op 18
MAP 2,
Tau
MAP4
Clip 170
Les seules à retenir
Répartition des MAPs dans le neurone
MAP2
Dendrites
Corps cellulaire
Rôle structural
Tau
Axone
Rôle dans la structure du neurone
& indirectement
dans la neurotransmission
Distribution des MAPs dans la cellule nerveuse
MAPs structurales dans les neurones
Stabilisation par MAP 2
Les tau recouvre chaque MT empêchant sa dépolymérisation
Altération des Tau (par hyperphosphorylation) et atrophie
neuronale dans les neuropathies dégénératives
Agrégats de protéines tau hyperphosphorylées ( révélées par
immunomarquage (en M.Ph) dans la maladie d’Alzheimer
PROTEINES ASSOCIEES AUX MICROTUBULES
MAP s structurales
MAP s motrices
MAP 2 (dendrites)
Dynéines
Endocytose
MAP 4 (toutes les cell.)
Tau (axone )
Kinésines
exocytose
Organisation,
•Déplacement des organites
assemblage et
•Transport des vésicules
stabilisation des MT
Les MAPs Motrices
Dynéine et Kinésine, protéines à 3 domaines
Tête, queue et domaine intermédiaire
Tête: * site de fixation aux tubulines du MT
* site de phosphorylation et d’hydrolyse d’ATP
Queue : *fixation à la membrane d’un compartiment
intracellulaire organite ou vésicule à déplacer
Protéines motrices associées aux microtubules
Chargement des compartiment et déplacement le long des MT
Mécanisme de déplacement des kinésines sur un MT
(Voir planche tirage)
Le mouvement effectué par une tête réalise un pas de 8nm,
il débute par:
* l’hydrolyse d’ATP de la tête arrière lié à un monomèreβ, libération de la
tête, rotation vers l’avant et liaison au monpmère β suivant;
* Echange ADP / ATP
•Liaison au monomère B suivant.
Pas de course d’une kinésine sur un MT
Sensibilité aux drogues
Drogues
déstabilisatrices
Colchicine
Vinblastine
Vincristine
Drogues
stabilisatrices
taxol
La colchicine : poison extrait de la plante
Colchicum automnale (colchique)
site spécifique sur le dimère
bloque la polymérisation bout +
rouge = colchicine liée sur le dimère de tubuline
La vinblastine: extraite de la
pervenche de madagascar
site spécifique sur le dimère
bloque la polymérisation bout +
Le Taxol : extrait de l’écorce de l'if du pacifique
se lie aux monomères β et
conduit à la formation de MT
stables et empêche leur
dépolymérisation
Liaison du taxol sur la tubuline
Ces molécules exogènes extraites de plantes
perturbent la dynamique des MT
Elles sont utilisées comme anti-cancereux , la migration des
chromosomes étant le résultat de la dynamique des MT,
ces drogues sont exercent une action antimitotique
Microtubules stables
Structures complexes :
Centrioles + dérivés ( cils et flagelles)
Les centrioles représentent le centre cellulaire
Des cellules eucaryotes
Les deux centrioles de la cellule constituent un diplosome
Ils sont perpendiculaires l’un à l’autre
Micrographie montrant un des deux centrioles
en coupe transversale dans l’aire golgienne
Golgi
Leur disposition dans la cellule permet de les
visualiser en deux plan sur coupe
Cylindre creux de 0,25 µm et
de Ø et de 0,5 µm de long
La paroi est formée de 9 triplets de MT périphériques
inclinés par rapport à l’axe
Extrémité proximale
Extrémité distale
Les triplets de MT sont désignés de l’intérieur vers
l’extérieur par les lettres A,B,C (voir planche I P. 18)
Détail d’un triplet de MT
Coupe transversale à
l’extrémité proximale
= Pont de
Nexine
Coupe transversale à
l’extrémité distale
Protéines associées
Le MT A est relié au MT C voisin par des bras de dynéine. Les triplets
de l’extrémité distale sont reliés au centre par 9 bras radiaires ( en
rayons de roue)
Cycle cellulaire et Duplication des centrioles
Les centrioles se dupliquent à la prophase d’une mitose.
À partir de la matrice de MAPs qui les accompagne .
Chaque centriole père donne un centriole fils
Micrographies de MET montrant la duplication du centriole
père et l’apparition d’un centriole fils
Cycle cellulaire et Duplication des centrioles
Cinétique de la duplication d’un centriole : l
es centrioles fils naissent latéralement au père
Rôles
Duplication
Mise en place du
fuseau mitotique
Mise en place des
dérivés centriolaires
* Duplications multiples
* migrations des nouveaux
centrioles sous la membrane
* Élongation de chacun en cil
Elongation du
centriole distal
en flagelle
Ultrastructure des centrioles
Cil
Centriole =
corpuscule basal