Processus fondamentaux de l’ontogenèse

Sujet: Processus fondamentaux de l’ontogenèse Sam 5 Jan 2013 - 17:53

Processus fondamentaux de l’ontogenèse.

Cours du Professeur I.Kramer

Chapitre I

Fig 1.1 : les cellules épithéliales sont attachées à la lame basale. Cela suppose des interactions fortes entre cellule-cellule et cellule-lame basale, soit l’adhésion des cellules aux surfaces et aux autres cellules. Les molécules d’adhésion se comportent à la fois comme une cible des
signaux générés à l’intérieur de la cellule (inside-out signalling) et comme des récepteurs à partir desquels des signaux intracellulaires sont émis (outside-in signalling), car la molécule d’adhésion signalise à l’intérieur de la cellule qu’elle est accrochée.

Ces deux aspects sont bien illustrés par le rôle joué par les molécules d’adhésion en tant que molécules régulatrices de la survie cellulaire, de la prolifération cellulaire et de la migration cellulaire.

Les molécules d’adhésion jouent donc un rôle déterminant dans le développement embryonnaire, dans lequel les 3 rôles cités sont essentiels à la sculpture de l’organisme.

La liaison des cellules à la matrice extracellulaire et leur attachement à d’autres cellules s’effectuent grâce à des molécules d’adhésion spécifiques. Initialement, les molécules d’adhésion ont été décrites comme des molécules collantes. Une sorte de colle n’ayant pour application fonctionnelle que l’adhésion. On sait maintenant qu’elles agissent comme des molécules signalisatrices à part entière. Elles sont décrites comme des récepteurs en tant que tel. Cependant, à l’inverse des récepteurs aux hormones et neurotransmetteurs, les ligands qui interagissent avec les molécules d’adhésion sont généralement insolubles. Ce sont souvent des molécules d’adhésion elles-mêmes, présentées par les cellules adjacentes ou par des composants de la matrice extracellulaire.
Les molécules d’adhésion sont arrivées sur le devant de la scène dans les années 70 lorsqu’on a fait le point sur les investigations relatives au développement du cerveau. On a alors réalisé que l’organisation très précise des cellules nerveuses au sein du système nerveux central devait faire appel à un processus dynamique de guidage des cellules d’une part et d’adhésion cellulaire d’autre part.
Ces mécanismes régiraient le processus de croissance orientée des neurones et également la formation des synapses. A l’époque, trois idées furent considérées :

Au cours du développement, afin d’établir les contacts cellule-cellule précis, les cellules intéragissantes devaient chacune présenter des molécules d’adhésion unique ayant une complémentarité restreinte. C’est l’hypothèse de la chimio-affinité.
Il existe un groupe limité de molécules d’adhésion mais possédant e capacité de liaison modulable dans le temps :

Par exemple, les cellules, au cours de différentes phases de leur vie, présenteraient la même molécule, mais durant la croissance des neurones, ces molécules d’adhésion se trouvent dans un état de basse affinité. A un moment donné et par le jeu de modification covalentes, la cellule ferait basculer cet état de basse affinité vers un état de haute affinité, permettant ainsi de lier le contre-récepteur correspondant sur n’importe quelle cellule du voisinage.
Possibilité d’une interaction cellule-cellule faible, ce qui laisse de côté la notion de molécules d’adhésion spécifiques. (interactions de type Van-der-Waals).

Il apparaît aujourd’hui que les deux premières théories sont exactes. Le nombre de molécules d’adhésion est limité et leur capacité à interagir avec des contre-récepteurs (ligands) est régulée par leur niveau d’expression (leur présence ou leur absence) mais aussi par leur état d’activation (affinité).

Dans le monde de l’immunologie, la combinaison de molécules d’adhésion exprimée à la surface d’une cellule et leur état d’activation sont référencés comme un code postal.

La démonstration du rôle joué par la molécule d’adhésion dans les interactions cellule-cellule provient des expériences d’agrégation utilisant Myxomycète.

Fig 1.4 : le Dictyostelium se nourrit de bactéries. Quand la source locale de nourriture est épuisée, il passe alors au stade pluricellulaire de son cycle de vie. Le mécanisme d’agrégation fait intervenir la propagation d’un signal chimiotactique d’une cellule à l’autre. C’est l’APMcyclique qui est la substance active dans le processus de migration des cellules et d’agrégation en amas pluricellulaire. En utilisant des Anticorps dirigés contre les molécules de surface de Dictyostelium,
une glycoprotéine de 80 kD a été identifiée comme responsable de l’adhésion cellule-cellule. Soit l’anticorps qui empêche l’agrégation en amas pluricellulaire :

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image19

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Chez les vertébrés, la démonstration du rôle des molécules d’adhésion dans les interactions cellule-cellule provient des expériences utilisant un protocole d’agrégation similaire. Il s’agit là de tissu désagrégé.

Fig 1.5 : on peut dissocier les cellules par une protéase (trypsine)par exemple. D’abord incapables de se réagréger, les cellules récupèrent leur propriété d’adhérence après une certaine période de culture. Cette
période suggère déjà que le processus de trypsinisation a " dénudé " les cellules de leurs molécules d ‘adhésion et qu’elles sont ensuite réexprimées à la surface cellulaire. Si on bloque les épitopes (reconnus par l’anticorps) à la surface de la cellule avec des fragments monovalents F_ABissus d’anticorps dirigés contre la membrane cellulaire, on empêche la réagrégation des cellules

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On a ainsi isolé la première molécule d’adhésion : la N-CAM ou Neuronal Cell Adherence Molecule. Cette molécule ressemble en partie à la molécule d’adhérence décrite pour le Dictyostelium

Les conclusions de ces travaux établissent que des molécules d’adhérence particulières régissent les interactions cellule-cellule.

Les molécules d’adhésion ont reçu le nom correspondant à

Leur fonction. (ICAM : inter-cellular adherence molecule).
Leur localisation (MAC-1 dans le macrophage)
Une combinaison des deux (ELAM : endophilium
localised adherence molecule) Leur moment d’induction (VLA-4 pour very late antigene)
Leurs propriétés d’intégration (intégrines : lien entre matrice et cytosquelette)
Selon la reconnaissance à un anticorps (CD11b)
Clonage (a2bM)

On a en fait a2bM, CD11b et MAC-1 qui sont la même molécule !

La superfamille des immunoglobulines :

Fig 1.6

C’est une très grande famille.

La N-CAM en fait partie.

Ce sont des protéines de surface qui présentent une série de domaines de type immunoglobuline à leur extrémité Nter.

Ces domaines, les domaines Ig, sont des structures globulaires comme des boucles stabilisées par des ponts disulfures, résistant aux protéases. Les protéines de cette famille, au sein de la famille des molécules d’adhésion, comprenant I-CAM et V-CAM, ont toutes un segment transmembranaire unique. La sous-famille des I-CAM peut être divisée en ICAM1, ICAM2 et ICAM3. VCAM apparaît sous deux formes ayant soit 5 soit 7 domaines (variant d’épissage). Sur fig. 1.6, VCAM a 7 domaines Ig.

La sous-famille des NCAM a deux formes : une forme liée avec des lipides une autre transmenbranaire. Il existe aussi la sous-famille des PECAM (platelet endothelium CAM). Jusqu’à présent, aucune voie de signalisation activée par ces CAM n’a été mise en évidence. Leur affinité ne semble pas non plus pouvoir être modulée de l’intérieur. Elles sont d’avantage considérées comme des ligands et non comme des récepteurs à part entière. Les molécules d’adhésion Ig sont capables de lier des intégrines, des NCAM et NCAM peut se lier à NCAM. Le facteur déterminant dans la régulation des interactions cellule-cellule dans cette classe de molécules consiste en la régulation de leur niveau d’expression.

Les intégrines

Ce sont les molécules d’adhérence les plus dynamiques et les plus versatiles. Elles sont faites de deux sous-unités liées de façon non covalentes : a de 150 à 200 kD et b de 90 à 110 kD.

Fig1.7

Les sous-unités possèdent un site de liaison pour Mg²⁺ et Ca²⁺. La présence de Ca²⁺est essentielle pour la liaison des intégrines à leur contre-récepteurs. Les intégrines peuvent se lier aux ICAM, VCAM et MAD CAM et également à des composants de la matrice extracellulaire et au fibrinogène. Le domaine intracellulaire de la sous-unité b peut-être phosphorylé et ceci peut affecter l’activité de liaison.
Cela peut être particulièrement important pour la cellule en suspension (comme un leucocyte), pour inactiver les intégrines. Pour les leucocytes, les chemokines (ou cytokines chimiocinetiques) jouent un rôle important dans l’activation des intégrines. Sur le lieu de l’inflammation, les chemokines sont libérées par les cellules attaquées, vont dans le sang, activent les intégrines des leucocytes, qui peuvent alors remplir leur rôle cytotoxique sur la cellule attaquée. A l’inverse, pour la cellule des tissus (poussant sur une matrice), les intégrines apparaissent dans un état d’activation constitutif.

Fig1.7, les plaquettes adhèrent par certaines intégrines à la matrice grâce au fibrinogène. Les intégrines ne sont activées qu’en cas de lésion.

Les cadhérines :

Ca²⁺ dependant adherence molecule

Les bases fondamentales de la morphogenèse animale sont régulées par la reconnaissance intercellulaire de molécules d’adhérence spécifiques. Le processus d’adhérence le plus précoce durant l’embryogenèse est la compaction de la morula. La molécule d’adhésion uvomoruline (fig1.9) est capitale pour la transition de l’embryon à apparence raisin (uva) vers apparence framboise (morula). Le Ca²⁺est nécessaire pour l’activation de l’uvomoruline.

Les cadhérines constituent une grande famille de protéines (au moins 11 membres chez l’homme) et elles sont classifiées selon des similitudes de séquences dans leur domaine extracellulaire. CE sont les domaines cadhérines ou Ca²⁺ binding cadherine repeats (domaine à liaison du Ca²⁺)
fig. 1.10

Elles furent nommées initialement d’après le tissu à partir duquel elles furent découvertes : N-Cadherine (neuronal), P (placenta), E (epitheliale) mais ceci n’a plus de sens puisqu’elles sont largement distribuées. En général, les cadhérines participent à des interactions homotypiques (adhésion cellule-cellule), se comportant à la fois comme un récepteur et comme un ligand. Elles sont présentes dans les jonctions cellule-cellule (desmosomes) où elles sont associées à des structures d’actine (cytosquelette) et des caténines dans le domaine intracellulaire. Dans les tumeurs épithéliales métastasiantes, il y a une perte de localisation basolatérale de cadhérines.
Les cadhérines apparaissent alors comme des suppresseurs de tumeur.

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image22

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La perte des cadhérines provoque le détachement des cellules cancéreuses, qui migrent et infectent tout l’organisme (le foie notamment). Il y a beaucoup d’autres facteurs.

Le CD4:

Il a été découvert par des techniques immunologiques.

C’est un membre de la famille des protéines de liaison au cartilage. Il s’agit d’un groupe de protéines qui possèdent un domaine de liaison à l’acide hyaluronique (ou hyaluronan). L’acide hyaluronique est un glycosaminoglycane qui est présent en abondance dans la matrice extracellulaire, souvent liée à des protéines de liaison du cartilage.
C’est ce complexe qui donne aucartilage sa dureté mais qui lui confère aussi une certaine souplesse.

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image23

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Le CD44 a été initialement considéré comme un homing receptor, chez les lymphocytes.

En effet, quand l’antigène est reconnu par le lymphocyte, il induit son activation. Le lymphocyte activé quitte la circulation sanguine vers le ganglion. Il y subit l’expansion clonale. Le CD44 apparaît nécessaire au
lymphocyte pour quitter la circulation, car si on le bloque par un anticorps spécifique, ce phénomène n’est plus possible. Par la suite, on a identifié le CD44 sur la plupart des cellules mais avec une grande variabilité de PM, de 58 à 200 kD. Cela est dû à deux facteurs : - la molécule est fortement glycosylée (fig. 1.13) avec de longues chaînes
carbonhydrate branchées en N et O.

il existe un épissage alternatif de 9 exons qui aboutissent à des variants d’épissage.

Les isoformes variantes de CD44 ont des capacités fonctionnelles distinctes. Par exemple, l’inclusion de l’exon v3 permet la liaison au FGF et à l’Heparin Binding GF. L’inclusion de v2 à v6 induit la métastase des
tumeurs cancéreuses, mais aucune implication fonctionnelle directe n’a pu être mise en évidence entre les différents variants et la métastase des tumeurs.

Les variantes d’épissage du CD44 jouent aussi un rôle dans la formation des extrémités (vpl).

Fig. 1.15 : la ECM est composée de collagène, fibronectine et laminie qui se lient aux intégrines, par une séquence RDG (Arg-Gly-Aspartate), de polymères de sucres et de la lame basale, structure particulière sur laquelle repose toutes les cellules épithéliales.

source:
http://membres.multimania.fr/xloba/adh/chap1.htm

Sujet: Re: Processus fondamentaux de l’ontogenèse Sam 5 Jan 2013 - 18:07

Chapitre II

La prolifération cellulaire et les
intégrines

La prolifération cellulaire sert à agrandir un organisme en
taille, en parallèle de la croissance cellulaire.

Fig. 2.1 La prolifération des cellules provenant des
tissus (les cellules adhérentes) n’a lieu qu’en
présence de deux signaux : ceux générés par la molécule
d’adhésion et ceux émis par les récepteurs de facteurs de
croissance :

EGF : epidermic growth factor

PDGF : platelet derived GF

FGF : fibroblast GF

VEGF : vascular endophilium GF

TGFa : transforming

Pour réaliser une culture cellulaire, il faut ajouter le
sérum (issu de la coagulation du sang) car pendant la
coagulation, les plaquettes relarguent le PDGF mais aussi un
grand nombre de ces facteurs. L’addition de facteurs de
croissance aux cellules adhérentes que l’on a détachée de
leur support et mise en suspension induit des effets à court
terme mais n’aboutira pas à une réponse proliférative.
Pour cela, les cellules ont besoin d’être attachée à la
matrice extracellulaire soit par de la fibronectine, collagène
ou laminine ou encore à de la vitronectine. Fig. 1.15 et 2.1

L’apport du signal 1 par les récepteurs des facteurs de
croissance se fait par l’activation de RAS. La plupart des
récepteurs pour les facteurs de croissance sont des protéines
qui contiennent un seul segment transmembranaire et un domaine
intracytosolique qui porte une activité Tyrosine kinase
(phosphorylation). Fig2.3 La liaison du facteur de croissance à
son contre-récepteur induit la dimérisation des récepteurs, un
phénomène qui entraîne l’activité Tyr Kinase
intrinsèque (=l’activité est liée de façon covalente aux
récepteurs).

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image24

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Les deux récepteurs s’interphosphorylent, et
deviennent ainsi activés. Ils peuvent alors interagir avec des
effecteurs en aval. L’ensemble de ces cascades de réaction
constitue la transduction du signal. En effet, le signal est
traduit (change de forme) et transmis (extraà intra). Une des effecteurs en aval est
le RAS, le membre le plus connu des petites protéines liant le
GTP. Ces molécules ressemblent aux grandes protéines
hétérotrimériques liant le GTP (comme la protéine G) qui sont
associées aux récepteurs des hormones comme l’adrénaline.

Ces molécules oscillent entre deux formes, une liée au GTP
(activée) et l’autre au GDP (inactive). Elles conduisent et
distribuent le signal sous la forme liée au GTP et interrompent
le signal sous la forme liée au GDP. Leur mode d’action
rappelle celui d’un commutateur, c’est pourquoi on les
appelle commutateurs cellulaires.

Fig. 2.4

RAS-GTP à conduction signal

ß hydrolyse automatique Ý échange (et pas phosphorylation)

RAS-GDP à interruption signal

L’hydrolyse est catalysée par la Guanine activiting
protein GAP.
L’échange est catalysé par la Guanine exchange protein
GEP.

Il existe beaucoup de RAS (rat’s sarcome). Il
existe des mutations qui rendent RAS active constitutivement car
GAP n’arrive pas à hydrolyser le GTP. On conserve alors
RAS-GTP d’où la tumeur.

Il existe aussi une famille RHO : RAS homologue. Les
récepteurs de facteurs de croissance activent le GEF (ou GEP) de
façon indirecte avec pour conséquence l’activation
d’une GTPase. Il y a plusieurs familles de GTPases qui
chacune sont constituées de plusieurs membres : famille
RHO, RAS, RAN, ARF… Il y a aussi plusieurs GEF et plusieurs
GAP, chacune spécifique d’une GTPase. L’activation de
RAS est indispensable pour conduire le signal vers
l’intérieur de la cellule.

Rôle de la GTPase RHO dans le regroupement des
intégrines :

Fig. 2.5

L’attachement de la cellule à la matrice extracellulaire
entraîne le regroupement des molécules d’adhésion, en
particulier les intégrines (voir fig1.7 et 1.8). Les intégrines
se fixent alors aux protéines de la ECM en reconnaissant la
séquence RGD (Arginie-Glycine-Aspartate). Ce regroupement est
dépendant de la présence de facteurs de croissance, qui par
l’occupation de leurs récepteurs fournissent le signal 1.
Les récepteurs des facteurs de croissance activent d’une
façon non encore comprise la molécule RHO A. RHO A, à son
tour, active le processus de regroupement des intégrines
(clusters). RHO A est un membre de la famille des petites
GTPases. Le rôle clé de RHO A dans l’attachement et
l’étalement de la cellule a été montré en injectant un
inhibiteur de RHO A directement dans les cellules. En absence de
RHO A, les cellules ne forment plus de contacts focaux (les
clusters d’intégrines ne sont pas formés). La molécule C3
est un inhibiteur de RHO A.

La formation des contacts focaux :

Le regroupement des intégrines induit la création des
contacts focaux où la matrice extracellulaire est mise en
contact avec le cytosquelette. Un complexe de protéines se
forment autour des clusters d’intégrines.

Fig. 2.7

D’abord la taline s’attache aux intégrines,
ensuite, la vinculine s’attache à la taline et à l’a-actinine qui à son tour se lie à
l’actine du cytosquelette.

Fig. 2.6.2

La présence de vinculine dans les contacts focaux est
dévoilée grâce à des anticorps fluorescents. Le cytosquelette
forme des fibres de stress qui traversent la cellule de part en
part, d’un contact focal à l’autre, ce qui rigidifie
la cellule.

Fig. 2.6.4 : l’inhibition de l’activité
GTPasique de la RHO A empêche la formation correcte des contacts
focaux, ce qui a pour conséquence que les cellules ne
s’étalent pas comme elles le devraient et ne mettent pas en
route le cycle cellulaire.

La protéine kinase des contacts focaux FAK

(focal adhesion kinase)

fig2.8

La formation des clusters d’intégrines induit la
formation de complexes protéines structurales (vinculine…)
mais aboutit également à la fixation de la FAK. C’est une
Tyrosine Kinase qui se fixe à la taline. Une fois attachée,
elle est activée par une phosphorylation effectuée par une
autre TyrK. FAK activée transmet le signal d’adhésion vers
la molécule RAS, par l’intermédiaire de l’activation
de la GEF. On a alors le signal 2 de la prolifération.

Les signaux convergent sur RAS :

Ils sont transmis vers le noyau pour activer le cycle
cellulaire. En présence des deux signaux, l’activation de
RAS est continue et déclenche le processus de prolifération
cellulaire, initiée par la réplication de l’ADN. Tous ces
éléments prennent quelques heures. Les deux évènements
essentiels dans ces voies de signalisation sont :

l’activation des protéines kinases activées par le
mytogène, à savoir les MAP-Kinases (mytogen activited
kinase)
l’activation de RHO A

MAP kinase est phosphorylée sur un résidu Thréonine et sur
un résidu Tyrosine puis migre vers le noyau. La phosphorylation
ouvrirait un signal qui dirige MAP-K vers le noyau. C’est la
translocation. Dans le noyau, MAP-K active les facteurs de
transcription par phosphorylation qui induisent l’expression
des gènes codant pour les cyclines D et E. ces cyclines
s’associent avec leurs protéines K (les cycline dependant
kinase CDK) et les complexes mettent en route la progression vers
la phase G1 et prépare la cellule pour la réplication de
l’ADN.

Fig. 2.10

RHOA-GTP permet l’inactivation du p21waf/cip,
qui est un inhibiteur des cyclines D et E.

Le cellule a besoin d’un autre signal, qui passe par
RHOA. RHOA inhibe en fait l’expression de p21wap/cip.
Dès que p21wap/cip disparaît du milieu
intracellulaire, MAP-K peut alors activer les cyclines D et E et
le cycle cellulaire démarre.

Les oncogènes :

Fig2.11

Des mutations des gènes impliqués dans la formation des
signaux 1 et 2 ou la surexpression de leurs produits augmentent
la probabilité d’avoir le cancer. Lorsque ces gènes sont
mutés ou surexprimés dans un cancer, ils sont appelées
oncogènes. Les mutations trouvées dans ces gènes sont souvent
des mutations qui modifient la protéine en sorte qu’elle se
trouve en permanence sous une configuration activée (mutation
gain de fonction). La surproduction de leurs produits ou les
mutations gain de fonction font croire aux cellules que leurs
récepteurs aux facteurs de croissance sont activées en
permanence et que la cellule est attachée, et leur demande de
proliférer sans cesse. Il s’en suit la formation
inappropriée d’une masse cellulaire, la tumeur. La
présence des oncogènes change également le phénotype des
cellules et on dit que la cellule devient transformée. En
réalité, cela veut dire que les cellules ne sont plus
dépendantes pour leur croissance, ni de facteurs de croissance
ni d’être attachées à la matrice extracellulaire et que
les cellules ne sont plus inhibées par les contacts
cellule-cellule et enfin que les cellules peuvent proliférer
indéfiniment.

Les gènes impliqués :

Fig. 2.10 2.11

Au niveau du signal 1, on connaît 2 oncogènes : le
C-sis (cellular-simian sarcoma virus) qui code pour un facteur de
croissance (PDGF) en surproduction. Ce facteur PDGF est très
puissant chez le fibroblaste ; et l’oncogène C-ErbB
(erythroblastosis) qui permet la surproduction du récepteur
muté au EGF qui signalise même si le facteur n’est pas
fixé.

Au niveau du signal 2 : Fig. 2.8 : une phosphatase
appelée PTEN déphosphoryle FAK et ainsi contrôle le signal en
provenance des contacts focaux. Dans certaines tumeurs, il
n’y a pas d’activité PTEN et donc FAK, une fois
phosphorylée, le reste et devient constitutivement active. Dans
les cellules en provenance de ces tumeurs, l’adhérence
n’est plus indispensable pour induire la prolifération
cellulaire par les facteurs de croissance. Les cellules sont
transformées et poussent sans besoin d’ancrage. on connaît
aussi un autre oncogène, apporté par un facteur d’échange
du GTP (GEF) de RHOA aboutissant à une activation constitutive
de RHOA. Dans ces tumeurs, cette mutation est un Diffuse
B-cell lymphoma. L’oncogène est appelé Dbl.
L’activation constitutive de RHOA a pour conséquence une
activation du complexe des contacts focaux et une inhibition de
l’expression de p21wap/cip.

Il existe aussi des oncogènes en relation avec les signaux
1+2. La mutation du gène codant pour RAS est une des mutations
les plus fréquentes impliquées dans le cancer. RAS est le point
de convergence des 2 signaux, contacts focaux et récepteurs des
facteurs de croissance. Dans sa forme mutée, RAS devient
constitutivement active et fait croire aux cellules qu’il y
a continuellement des signaux provenant des récepteurs aux GF et
aux contacts focaux . Il existe plusieurs oncogènes liés
à cela : N-RAS, H-RAS, K-RAS (rat sarcoma).

Sujet: Re: Processus fondamentaux de l’ontogenèse Sam 5 Jan 2013 - 18:15

Chapitre III

L’apoptose et les molécules
d’adhésion

L’apoptose :

La mort cellulaire fait partie du développent des organes
animaux et continue de se manifester au cours de la vie adulte.
Par exemple des millions de neutrophiles meurent chaque minute et
nous perdons aussi de nombreux neurones en permanence. Ceci fait
partie du réarrangement continuel du cerveau. On considère que
c’est à trois mois que le cerveau compte le plus de
neurones. Les cellules nerveuses ne disposent que d’une
quantité limitée de facteurs de survie, produits par les
cellules avec lesquelles elles sont en contact. Seule une partie
des cellules nerveuses, celles qui sont correctement connectées
en réseau et récupèrent assez de facteurs de survie, se
maintiennent. Les autres meurent tôt ou tard.

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image25

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image25

Etant donné l’aspect caractéristique des cellules en
train de mourir, indépendant des circonstances, il a été
proposé que la mort cellulaire naturelle, ainsi que la mort
d’origine pathologique, sont des suicides. C’est à
dire que les cellules activent un programme de mort cellulaire et
se tuent elles-mêmes d’une façon régulée, contrôlée,
appelée programmed cell death PCD ou apoptose. Apparemment, la
plupart des cellules sont tenaillées par de continuelles
tentatives de suicide et doivent mettre en place des mécanismes
qui leur permettent de survivre, comme des facteurs de survie
pour se protéger.

Fig. 3.1 : Une cellule en apoptose peut être reconnue à
son enveloppe nucléaire en cours de désintégration. On la
reconnaît aussi à la présence d’amas sombres formés de
chromatine condensée et la formation de vésicules membranaires,
les blebs. Ces changements se déroulent selon une séquence
ordonnée et peuvent s’accomplir en 60 minutes. Enfin, la
cellule se rabougrit et est rapidement dévorée par ses
voisines, avant que son contenu ne se répande. Le cellule
apoptotique ne déclenche pas de réponse inflammatoire. A
l’inverse, une cellule qui meure accidentellement, en
réponse à une blessure, déverse son contenu sur ses voisines
(nécrose) et déclenchera une réaction inflammatoire, pour
déclencher la cicatrisation.

Mise en route de ce programme :

La régulation de l’apoptose joue un rôle dans certaines
maladies (leucémies). On pense aujourd’hui que
l’apoptose excessive est aussi impliquée dans les maladies
dégénératives (Altzheimer), dans les cellules des tissus
privés d’oxygène lorsqu’ils sont brutalement
réoxygénés (crise cardiaque) et aussi dans la maladie du
greffon contre l’hôte et les désordres auto-immuns
(certains diabètes). Cela se traduit par des pertes de neurones
(Altzheimer), de cellules cardiaques, de cellules pancréatiques
à insuline.

Les protéases sont responsables de l’apoptose.
l’idée que les cellules animales possèdent un programme de
mort programmée innée a émergé à la suite d’étude
génétique chez les nématodes où il a été montré que la
délétion de certains gènes au cours du développement
empêchait la mort cellulaire de se produire. Ces gènes ont
alors été appelés CED (cell death abnormal). L’existence
des gènes du même type a été montré ensuite chez
l’homme avec des fonctions similaires. Ce sont les enzymes
protéolytiques appelées caspases. Les caspases sont
synthétisées sous forme de précurseurs inactifs, les
proenzymes. Ces proenzymes font partie d’une famille de
protéases caractérisées par la présence d’une cystéine
dans leur site catalytique et elles clivent le substrat par leur
séquence consensus Aspartate-Glutamine-Valine-Aspartate soit
DEVD. Le nom de caspase est d’ailleurs dérivé de
Cyst-Asp-protéase.

Les caspases sont activées par protéolyse du site DEVD et
ceci peut être réalisé soit par une autre caspase
(dimérisation des procaspases et intercatalyse) soit par
l’enzyme elle-même (autocatalyse).

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image26

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image26

Il existe 2 types de caspases : les caspases initiatrices
qui activent uniquement d’autres caspases et les caspases
effectrices qui détruisent sélectivement les composants
cellulaires essentiels. Fig. 3.2 Tabl 3.1

En ce qui concerne l’initiation des procaspases,
l’idée générale est que ces procaspases sont liées à
d’autres protéines pour les empêcher de se dimériser et
de s’activer mutuellement.

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image27

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image27

Des inhibiteurs de l’apoptose maintiennent les caspases
initiatrices à l’écart les unes des autres et des
activateurs les rapprochent. Le processus de mort cellulaire est
irréversible une fois que suffisamment de caspases initiatrices
sont activées.

Les cibles des caspases :

Fig3.3

Les différentes caspases ont des rôles distincts :

Inactivation et destruction des inhibiteurs de
l’apoptose, en particulier l’inactivation
d’une protéine inhibitrice d’une nucléase,
l’ICAD (inhibitor of caspase-activated
deoxyribonuclease). Une caspase effectrice détruit ICAD,
ce qui permet l’activation de CAD qui détruit
l’ADN. mais aussi des caspases inactivent Bcl2 qui
est un inhibiteur des caspases.
Destruction des compartiments cellulaires et des voies de
signalisation. Les caspases coupent par exemple une
protéine cytosquelettique essentielle pour le maintien
de l’intégrité du noyau, la laminine. Le noyau
perd sa forme. Mais aussi la gelsolin est coupée
(protéine cytosquelettique) de même que FAK (voie de
signalisation) (vpc).
Destruction des machineries de réparation et de
réplication de l’ADN (par exemple destruction de la
DNA-PKcs).

Régulation des caspases :

Signal apoptotique : Procaspase initiatriceà Caspase initiatrice à Procaspase effectriceà Caspase effectriceà Mort cellulaire.

Il faut un pool assez important de caspases initiatrices pour
enclencher le processus, et cela constitue une voie de
régulation très importante.

Fig. 3.4

Bcl2 : B-cell lymphoma.

Il peut apparaître une translocation chromosomique entre le
gène de la chaîne lourde des immunoglobulines et le gène Bcl2.
Le premier étant une locus très actif (au contraire du Bcl2
sauvage), on aboutit à une surexpression de Bcl2. Normalement,
une cellule B vit quelques jours avant de subir l’apoptose,
mais dans le cas des mutants qui surexpriment Bcl2, les cellules
B vivent beaucoup plus longtemps et s’accumulentà tumeur. cela est dû au rôle
inhibiteur de l’apoptose de Bcl2. La régulation par Bcl2 se
fait au niveau de la réponse aux signaux intracellulaires.

Fig. 3.5

L’apoptose peut être induite par un signal
intracellulaire, généré par exemple par le manque de facteur
de survie ou bien par une horloge interne qu’on ne comprend
pas encore. Dans cette voie de signalisation, Bcl2 joue un rôle
important. Bcl2 ne se lie pas directement aux caspases, mais à
une complexe de procaspases grâce à un adaptateur et de cette
façon il empêche la dimérisation des caspases et leur
activation. Lorsqu’un signal apoptotique arrive, les
cellules activent un inhibiteur de Bcl2 qui entre en compétition
avec la protéine adaptatrice, c’est à dire que Bcl2 est
chassé de son site de liaison avec l’adaptateur. le
complexe procaspase-adaptateur peut alors se dimériser. Il
s’en suit un clivage des séquences DEVD et la cascade des
caspases est enclenchée.

L’apoptose peut être induite aussi par un signal
externe.

Fig. 3.6

Les cellules cytotoxiques sont capables de tuer les cellules
tumorales. Les cellules T reconnaissent in antigène sur les
cellules tumorales grâce à une molécule, le Fas-ligand. Ces
ligands se lient avec leur récepteur Fas et induisent leur
trimérisation. Le récepteur activé attire l’adaptateur et
la caspase 8 initiatrice. La mort programmée est alors
inévitable. Presque toutes les cellules portent le récepteur
Fas. Mais heureusement les cellules T qui reconnaissent nos
cellules saines sont éliminées par sélection lors de leur
maturation. Apparemment, la cellule tumorale change de Fas du
point de vue immunitaire, d’où la réaction cytotoxique.
Cela est encore mal connu.

Réponse aux dommages cellulaires et aux drogues
cytotoxiques, le rôle du cytochrome c :

Fig. 3.7

Les dommages physiques et certaines drogues cytotoxiques vont
abîmer les mitochondries. Parfois les composants mitochondriaux
vont fuir dans le cytoplasme, dont le cytochrome c qui fait
partie de la chaîne respiratoire. Le cytochrome c dans le
cytosol se lie et rassemble deux molécules de procaspases 9.
Celles-ci peuvent maintenant se cliver réciproquement et
initieront une cascade de clivages par les caspases effectrices.

Les complexes d’adhésion focaux :

Ils constituent un signal de survie en empêchant
l’apoptose.

Fig. 3.8

La cascade d’évènements qui conduit à la
" rescousse " de la cellule se déroule comme
suit :

Formation de complexe d’adhésion focaux qui
provoque l’activation de FAK (vpc). Fig. 3.9
FAK activée active à son tour une lipide kinase, la
phosphatidyl inositol 3 kinase. La PI3Kinase catalyse la
production dans la membrane plasmique de phosphatidyl
inositol-3,4,5-phosphate. Le phosphatidyl inositol
triphosphate va se lier sur la membrane avec la protéine
kinase B qui devient phosphorylée sur 2 résidus.

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image28

PK B est une Sérine-Thréonine kinase. Elle phosphoryle et
active ou inactive des composants de la cascade des
caspases :

Inactivation de caspase 9 initiatrice : elle devient
plus difficile à activer par la voie classique
d’apoptose.
Inactivation de Bad qui est un inhibiteur de Bcl2. Bad
phosphorylé ne pleut plus se fixer à Bcl2, ce qui rend
Bcl2 libre de réaliser son action inhibitrice de
l’apoptose.
Phosphorylation du facteur de transcription FKHRL1 qui
est ainsi séquestré dans le cytoplasme. Comme
c’est un facteur d’activation de la
transcription de Fas-ligand, sa phosphorylation est
anti-apoptotique.

Ces exemples particulièrement éloquents montrent à quel
points les cellules doivent se protéger contre le suicide.
Lorsqu’elles ne sont pas ancrées à un support, il
n’existe pas de signal en provenance des sites
d’adhésion focaux, FKHRL1 est immédiatement transloqué
dans le noyau où il active la transcription du Fas-ligand.
Fas-ligand est sécrété et se lie à son récepteur Fas
exprimé à la surface de la cellule. La trimérisation de ce
récepteur conduit à l’activation de la caspase 8 ce qui
induit la mort cellulaire. Expérimentalement, l’inhibition
de FAK conduit à un suicide cellulaire ce qui montre son
importance dans la prévention de l’apoptose.

Les complexes d’adhésion focaux, l’activation de
FAK et les tumeurs :

Le rôle de prévention de l’apoptose joué par les
complexes d’adhésion focaux est considéré comme étant le
mécanisme par lequel un organisme empêche la dysplasie des
cellules, c’est à dire la croissance des cellules où elles
ne devraient pas être. Il est possible que lorsqu’une
cellule est physiquement abîmée, elle se détache du tissu et
est transportée par le flux sanguin. Et à un moment donné,
elle se réattache à un autre tissu et continue à se
multiplier. On pense que les cellules qui se détachent meurent
lors de leur passage dans le sang. Même si elles survivaient,
elles pourraient ne pas trouver assez de facteurs de survie dans
leur nouvel environnement pour continuer à vivre. Les cellules
tumorales qui se disséminent dans d’autres tissus, la
métastase, ont perdu leur sensibilité aux signaux tueurs. Elles
ont mis en place des signaux de survie qui sont indépendants de
la régulation par l’attachement à un support. Il existe
par exemple des tumeurs qui croissent à la suite d’une
mutation dans une phosphatase particulière, celle qui ramène
FAK dans son état déphosphorylé inactif. Il s’agit de
PTEN. Fig. 3.11

Sujet: Re: Processus fondamentaux de l’ontogenèse Sam 5 Jan 2013 - 18:17

Chapitre IV

Les cadhérines et les
interactions cellule-cellule

Le rôle des cadhérines E dans la compaction de
l’embryon :

Fig. 1.4

Chez l’embryon de souris, le premier signe de
différenciation structurale se situe au stade 8 cellules, quand
l’embryon subit la compaction. Au stade de 4 cellules les
blastomères établissent des surfaces planes entre eux, ce qui
augmentent les aires de contact. Les microvillosités qui
étaient jusque là distribuées uniformément sur les cellules
sont maintenant localisées à une surface spécifique, la
surface apicale. Les cellules se polarisent. L’embryon passe
du stade uva au stade morula. C’est la compaction. Les
changement dans les contacts intercellulaires sont dus à des
changements dans les associations entre les cadhérines E
(interactions homotypiques), aussi connues sous le nom de
uvamorulines. Au stade de 4 cellules, la cadhérine E est
distribuée de façon uniforme sur toute la surface cellulaire et
le contact entre les cellules est réduit. A partir su stade 8
cellules, les cadhérine E sont activées et forment des
dimères. Par conséquent, c’est un pool E-cadhérines qui
se regroupe en agrégat ponctuel et immobile. Les câbles
d’actine de la circonférence de chaque cellule prennent
naissance au niveau de ces contacts. Cette réorganisation
résulte en la formation d’un câble d’actine à la
circonférence et qui englobe les cellules. Fig. 4.2. ces
changement se répètent chaque fois qu’une cellule vient
s’agréger au groupe déjà formé. Enfin, les câbles
d’actine se rétrécissent comme on le voit en tirant sur
les cordons d’une bourse. Cela aboutit à la compaction de
l’embryon.

Le rôle des cadhérines dans le maintien de
l’intégrité des tissus épithéliaux :

Fig. 4.3 et 4.4

Les jonctions adhérentes et les desmosomes :

Une fois que l’embryon s’est développé, la même
structure du cytosquelette réapparaît sous une forme élaborée
appelée ceinture d’adhérence épithéliale. La structure
tissulaire épithéliale est activement maintenue et stabilisée
par les molécules de cadhérines qui forment la base pour
l’affinité cellule-cellule. Dans les tissus épithéliaux
et endothéliaux, les cellules sont étroitement associées en
feuillets. La matrice extracellulaire est peu abondante et
consiste en une couche fine, la lame basale. Les cellules
elles-mêmes plutôt que l’ECM, subissent la grande partie
des tensions. Ces tensions sont supportées par la ceinture
d’actine. Les jonctions cellulaires spécialisées, les
jonctions d’adhérentes, et les desmosomes et leur
interactions avec le cytosquelette forment des barrages entre les
compartiments corporels.

Le ceinture d’adhérence :

Les jonctions adhérentes sont des sites de liaison pour les
filaments d’actine, les desmosomes sont des sites de liaison
des filaments intermédiaires (de type kératine pour les
cellules épithéliales).

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image29

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image29

Les deux types de jonctions sont composées de molécules
d’adhérences transmembranaires., les cadhérines. Le
calcium est indispensable pour l’activation des cadhérines.
Dans le cas des jonctions d’adhérences, la cadhérine est
liée à la caténine qui sert d’intermédiaire entre la
cadhérine et l’actine. Les jonctions adhérentes
connectées avec le cytosquelette forment la ceinture adhérente
dans le feuillet épithélial. Les desmosomes contiennent des
cadhérines connectées aux filaments intermédiaires de
kératine par la desmoplakine.

Le rôle de la cadhérine dans la polarité
cellulaire ; un suppresseur de tumeur :

Fig. 4.5

La jonction étanche ou zona occludens est une zone qui coupe
la perméabilité entre les cellules. Les protéines
d’adhérence impliquées sont l’occludine, Zo1 et Zo2.

La perte des jonctions adhérentes induit un processus de
dédifférenciation. La déstabilisation des jonctions
adhérentes provoque la perte de la polarité de la cellule
épithéliale. Certaines protéines qui n’étaient
présentes que sur la membrane apicale sont maintenant trouvées
tout autour de la cellule. Par exemple les protéines de liaison
de l’insuline normalement situées au niveau de la membrane
basale n’y sont plus localisées spécifiquement. De même
les protéines de transport du glucose ne sont plus
spécifiquement au niveau de la membrane apicale.

Les cellules perdent les desmosomes, les jonctions adhérentes
et les jonctions étanches et elles perdent aussi la connexion
cadhérine-caténine et la connexion occludine-Zo1/Zo2.

Les cellules commencent aussi à se diviser et acquièrent la
capacité de migrer loin de leur site d’origine, résultant
en la formation de multicouches irrégulières de cellules
épithéliales. De façon générale, un programme de
dédifférenciation se met en place quand les interactions
cadhérines-caténines sont déstabilisées, c’est à dire
le phénomène inverse de compaction de l’embryon. A cause
de ces effets, la cadhérine est considérée comme un
suppresseur de tumeur. Sa présence dans les complexes de
jonction est responsable de l’inhibition de contact et
permet de maintenir les cellules à leur place dans le tissu.

Un rôle central de la b
-caténine dans la régulation du processus de
dédifférenciation cellulaire :

Fig. 4.6

Quand la cadhérine ne fait pas partie d’un complexe de
jonction, elle perd son affinité pour la b
-caténine. Le détachement de la b
-caténine joue un rôle important dans l’initiation de la
dédifférenciation. Une fois libérée, la b
-caténine cytosolique s’associe avec le facteur de
transcription Tcf (T-cell factor) et ensemble ils sont
transloqués au noyau. Dans le noyau, le complexe b -caténine – Tcf induit la
transcription de gène impliquée dans la prolifération
cellulaire. Il induit l’expression de la cycline D1, C-MYC
et de la fibronectine. De plus, il réprime l’apoptose par
un mécanisme encore inconnu. La cellule devient
mésenchymateuse. Dans un modèle expérimental, les effets de la
b -caténine peuvent être mimés en
surexprimant cette protéine de façon ectopique (soit en
injectant directement la protéine soit un transfectant la
cellule par un vecteur d’expression), ce qui provoque la
dédifférenciation des cellules épithéliales de la même
façon que quand les cellules épithéliales déstabilisent leurs
complexes jonctionnels. Les cellules ont élaboré un système de
protection contre la prolifération aberrante induite par la b -caténine. La cellule exprime une
protéase cytosolique, la protéase APC, qui clive spontanément
la b -caténine libre. (il faut
saturer cette APC lors d’une expression ectopique pour
observer la dédifférenciation).

Les mutations des caténines, cadhérines et protéase APC
provoquent l’apparition de cancers.

Fig. 4.7

Les mutations perte de fonction des gènes de la protéase APC
et des cadhérines et les mutations gain de fonction des gènes
des caténines ont été montré être impliqués dans la
génération de cancers. Le séquençage du gène de la
E-cadhérine chez les patients atteints de cancer du côlon a
révélé une mutation Gà T
conduisant à la synthèse d’une cadhérine tronquée. Le
produit tronqué ne participe pas aux complexes jonctionnels et
les cellules perdent graduellement leurs contacts avec les autres
cellules. La caténine est ainsi libérée et entraîne la
dédifférenciation cellulaire donc une tumeur.
L’introduction d’une cadhérine normale par expression
ectopique réduit le phénotype invasif des tumeurs
épithéliales et les cellules se différencient et reforment une
monocouche de cellules polarisées.

Quand un allèle du gène de la caténine est muté
(‘code CTNNA1’) dans le cancer du côlon, il apparaît
spontanément des variantes invasives. Il a été montré que le
mutant CTNNA1 était insensible à la protéase APC et que par
conséquent la concentration en b
-caténine libre augmentait ce qui entraînait la formation des
complexes avec Tcf et la dédifférenciation cellulaire. Enfin,
la polypose adenomateuse colique (APC, quelle surprise !),
une tumeur du côlon, est due à la protéase PAC tronquée par
suite d’une mutation sur le gène, et donc incapable de
cliver la b -caténine.

Sujet: Re: Processus fondamentaux de l’ontogenèse Sam 5 Jan 2013 - 18:18

Chapitre V

Migration cellulaire,
rôle des GTPases de la famille Rho et dynamique du cytosquelette
d’actine.

La gastrulation fait intervenir des migrations cellulaires.

Fig. 5.1

La gastrulation commence par une transition
épithélio-mésenchymateuse. Les cellules situées au pôle
végétatif deviennent mobiles, et prennent un aspect
mésenchymateux pour former le mésenchyme primaire. Les cellules
de ce mésenchyme primaire se détachent les unes des autres et
migrent indépendamment dans le blastocœle. La face interne
du blastocœle se met à battre et on peut voir une
invagination avant que la migration ne commence vraiment.
L’entrée des cellules dans le blastocœle sous-entend
qu’il y aurait eu disparition de l’adhérence avec
perte des caténines a et b et endocytose des cadhérines.
L’entrée du mésenchyme primaire dans le blastocœle
est suivie par l’invagination et l’extension de
l’endoderme pour former l’intestin embryonnaire
(l’archentéron). L’endoderme s’invagine en un
feuillet continu de cellules et la formation du tube digestif se
fait en deux phases. Au cours de la première, l’endoderme
s’invagine pour former un cylindre écrasé qui
s’étend jusqu’à la moitié du blastocœle. Il y a
ensuite une courte pause. Dans la seconde phase, les cellules
mésenchymateuses au fond du tube émettent de longs filopodes
qui atteignent la paroi du blastocœle. Grâce à cette
extension de filopodes et aussi à des contractions, le tube
digestif est tiré au travers du blastocœle, jusqu’à
ce qu’il arrive en contact avec la région de la bouche qui
forme alors une petite invagination sur la face ventrale de
l’embryon, puis il fusionne avec elle.

La migration et le modèle de protrusion-rétraction :

Fig. 5.3

Les cellules avancent en étirant leur cytoplasme, c’est
la formation de protrusion. Elle est suivie par l’adhérence
de la protrusion, ce qui rend possible le détachement de
l’arrière de la cellule c’est à dire la rétraction,
qui permet à la cellule de récupérer sa forme originelle.

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image30

Processus fondamentaux de l’ontogenèse Image30

La vitesse de migration est dépendante de la taille de la
protrusion et de la rétraction qui en découle mais aussi
dépendante de la fréquence de ces évènements. Deux grosses
protrusions dans un intervalle de 20 min assurent une vitesse de
100m m par heure. Quand les cellules
migrent, elles changent leur morphologie.

Fig. 5.2

La cellule devient polarisée : la distribution de masse
est modifiée avec une distinction nette entre ‘avant’
et ‘arrière’, le noyau étant très souvent en partie
postérieure de la cellule. La vitesse de migration varie
beaucoup mais est souvent comprise entre 20 et 100 m m/h. Certains facteurs comme le TGFb pour les cellule épithéliales induisent
la motilité cellulaire. Ce sont les facteurs chimiocinétiques.

Fig5.4.

Quand les facteurs induisent à la fois la motilité et une
certaine direction, ils sont dits facteurs chimiotactiques. Par
exemple certaines bactéries relarguent ces facteurs ce qui
permet leur localisation par les lymphocytes.

Fig. 5.5 : différences entre filopodes et lamellipodes.
Les lamellipodes permettent une rétraction plus rapide,
contrairement aux filopodes.

La migration et le cytosquelette :

Pour se défendre contre des agressions mécaniques, adopter
diverses formes, effectuer des mouvements coordonnées et
dirigés, les cellules eucaryotes utilisent un réseau complexe
de filaments protéiques qui s’étendent dans tout le
cytoplasme. Ce réseau est appelé cytosquelette et contrairement
à un squelette d’os rigides, il est une structure très
dynamique. Il se réorganise continuellement quand la cellule
change de forme, se divise et répond à son environnement. Les
filaments protéiques sont tous formés de longues structures
grâce à la polymérisation de structures monomériques. Trois
grands types de filaments protéiques forment le
cytosquelette :

Filaments d’actine : 5 à 9 nm de diamètre.
Ils sont constitués à partir de monomères
d’actine et sont essentiels pour les mouvements. Ils
forment la ceinture d’adhérence.
Filaments intermédiaires, de diamètre de 10 nm. Ils
sont constitués à partir de monomères de lamine
(noyau), vimentine ou kératine (cellule épithéliale).
Ils procurent à la cellule une résistance mécanique.
Microtubules : 25 nm de diamètre. Ils sont
constitués à partir de monomères de tubuline. Ils sont
importants pour le transport des vésicules
d’exocytose et d’endocytose et pour la
ségrégation des chromosomes pendant la mitose. Ils sont
aussi des organisateurs du cytosquelette en général.

Le rôle de l’actine dans la migration
cellulaire :

L’actine est la protéine la plus abondante pour de
nombreuses cellules (en moyenne elle représente 5% des
protéines totales). Les filaments d’actine peuvent former
des structures stables ou labiles. Les structures stables forment
les microvillosités et sont un composant fondamental des
cellules musculaires. Il y a au moins 6 types d’actine,
réparties en 3 classes : a
-actinine (muscle) qui est stable, b
-actinine et g -actinine dans les
cellules musculaires. Chaque molécule monomérique d’actine
lie une molécule d’ATP. la tubuline se lie avec le GTP. Les
filaments intermédiaires ne se lient avec ni l’un ni
l’autre et sont ainsi plus stables.

Fig. 5.6 : Polymérisation de l’actine.

L’actine s’organise en une hélice serrée qui forme
une structure flexible et polaire de 5 à 9 nm de diamètre.
Plusieurs hélices d’actine forment les filaments
d’actine. une extrémité est capable de croissance rapide
(extrémité + ou pointue) alors que l’autre extrémité a
tendance à perdre des sous-unités si elle n’est pas
stabilisée (extrémité – ou barbelée). Les molécules
monomériques d’actine liées à l’ATP sont ajoutées
à l’extrémité + à l’aide d’un complexe
protéique ARP2/ARP3 (actine-related protein). L’activité
de ces complexes est dirigée par la protéine N-WASP
(Wiskott-Aldrich syndrome). Lors de la réaction de
polymérisation, l’ATP est hydrolysé, laissant l’ADP
piégé dans le polymère. Les molécules d’actine liées à
l’ADP sont enlevées à l’extrémité -. Ce processus
est catalysé par la cofiline qui se lie à l’actine-ADP et
la détache du filament. Les monomères d’actine doivent
être rechargés en ATP avant de rejoindre l’extrémité +
du filament. La profiline accélère l’échange d’ADP
pour ATP.

Dans un état de repos, les molécules d’actine sont
ajoutées continuellement à l’extrémité + et sont perdues
continuellement à l’extrémité -. C’est un mouvement
de tapis roulant. Dan un état de croissance du filament, les
molécules d’actine sont ajoutées plus vite qu’elles
ne sont perdues, soit par l’inhibition de la cofiline soit
par activation de ARP2/3.

Plusieurs types d’assemblage de l’actine :

Fig. 5.7 : il a y trois types d’arrangements :

Les faisceaux parallèles serrés : orientés avec
la même polarité, les filaments sont espacés
étroitement grâce à une liaison avec la fimbrine. La
myosine I peut aussi se lier à ces filaments.
Les réseaux semblables à une maille : les
filaments sont organisés en un arrangement lâche, avec
beaucoup d’interconnexions orthogonales formées par
la filamine.
Les faisceaux contractiles où les filaments sont
arrangés avec des polarités opposées et un espacement
plus lâche grâce à la liaison avec l’actinine. la
protéine motrice, la myosine II, se trouve entre les
filaments et génère la contraction. Le mécanisme de
contraction de ces faisceaux repose sur le glissement des
filaments d’actine et de myosine imbriqués,
entraînés par l’hydrolyse de l’ATP. les
muscles ont une autre actine et myosine plus stable.

Le rôle des petites GTPases de la famille Rho dans la
formation des filopodes et lamellipodes et fibres de
stress :

Fig. 5.8 : la partie (a) correspond à une colocalisation
des contacts focaux et des fibres de stress. En (b), on peut voir
le noyau et peu de fibres de stress et peu de contacts focaux. En
(c), on voit des cellules de type mésenchymateuses qui forment
les filopodes.

Les faisceaux contractiles d’actine sont un type
particulier de fibres de tension.

En ce qui concerne son cytosquelette, une cellule
épithéliale en migration est caractérisée par une perte des
fibres de stress, par une augmentation du réseau d’actine
cortical (réseau semblable à une maille) et par des sites
d’adhésion focaux moins marqués. Le réarrangement
d’actine est une conséquence de l’action des petites
GTPases de la famille Rho. Trois rôles ont été attribués à
trois membres de la famille Rho :

le Cdc42 est responsable de la nucléation de filaments
d’actine et de la formation de faisceaux
parallèles, les filopodes. La séquence des évènements
est la suivante : Cdc42 active N-WASP qui à son
tour active le complexe ARP2-3, ceci provoquant une
augmentation de la nucléation des filaments
d’actine. fig. 5.8c et 5.9a.
RAC1 est responsable de la formation d’un réseau
semblable à une maille, les lamellipodes. La séquence
des évènements est la suivante : RAC1 active la
kinase LIM qui à son tour phosphoryle la cofiline, qui
facilite la dépolymérisation. Du fait de son
inactivation, les filaments d’actine peuvent
s’allonger. fig. 5.8b et 5.9b.
RhoA est responsable de la formation des contacts focaux
suivie par la formation de faisceaux contractiles, les
fibres de stress. La séquence des évènements est la
suivante : RhoA active la kinase ROCK qui à son
tour phosphoryle et inactive la phosphatase de la
myosine. Cette cascade de réaction a pour conséquence
une augmentation de la phosphorylation et de
l’activation de la myosine II. La myosine II
activée interagit avec l’actine et forme les fibres
de stress. Fig. 5.8a et 5.9c.

L’idée générale est que les facteurs qui induisent la
migration ont un effet activateur sur le Cdc42 et Rac et un effet
inhibiteur sur RhoA, produisant ainsi l’ancrage des
cellules, éliminant les fibres de stress et favorisant la
formation des filopodes et lamellipodes.