4.2.1. Le collagène
Le collagène n’a pas sa place dans les cellules elles-mêmes; c’est pourquoi sa synthèse (figure 32) s’effectue à partir d’un précurseur présent dans les cellules, le procollagène.
Celui-ci est constitué de brins beaucoup plus longs, rallongés par des structures polypeptidiques supplémentaires, de 15 kDa du côté amino-terminal et de 30 kDa du côté carboxy-terminal. Ces structures sont banales et portent le nom de propeptides. A l’extrémité carboxy-terminale existent des ponts disulfures intercaténaires à rôle stabilisateur. Les ponts sont intracaténaires à l’extrémité aminoterminale.
Figure 32: Différentes étapes de synthèse du collagène
4.2.2. Le procollagène
Le procollagène est un assemblage de 3 protéines de collagène-alpha en une hélice droite. Les fibres de procollagène s'assemblent en une structure appelée fibrille de collagène.
L'assemblage de plusieurs fibrilles de collagène forme la fibre de collagène. Les fibrilles présentent une alternance de phases sombre et claire due à l'espacement et au décalage des fibres de procollagène.
- Dans le réticulum endoplasmique
Les trois chaînes de procollagène sont synthétisées transférées dans le lumen du réticulum endoplasmique (on parle de translocation). La région contenant la triple hélice est flanquée d’un peptide signal et deux propeptides aminoterminal et carboxyterminal. Ceux-ci aident à la maturation de la protéine.
- Modification post-traductionnelles
Une fois dans le réticulum endoplasmique, le peptide signal est clivé. Ensuite intervient l’hydroxylation de plusieurs prolines et lysines. Le propeptide carboxyterminal est modifié par N-glycosylation, tandis que certaines hydroxylysines sont glycosylées. Les différentes modifications post-traductionnelles et la formation de ponts disulfures entre les propeptides carboxyterminaux de trois chaînes permettent ensuite leur alignement. La triple hélice s’enroule alors comme une fermeture éclair, en direction de l’extrémité aminoterminale.
- Dans l’appareil de Golgi
Enfin, dans l’appareil de Golgi, la triple hélice est flanquée de régions non hélicales. Le propeptide est alors libéré dans le milieu extracellulaire par exocytose. Un enzyme, la procollagène peptidase, clive alors les deux propeptides, permettant la formation de tropocollagène mature. En tout dernier lieu, les faisceaux de tropocollagène s’assemblent à proximité de la surface cellulaire, s’interconnectent et forment des fibres de collagène matures.
- Formation des fibres de collagène
Pour former des fibres de collagène matures, les faisceaux de tropocollagène doivent s’assembler. Divers processus biochimiques y conduisent. Par exemple, un enzyme, la lysyl oxydase, permet la substitution d’un groupement carbonyle au groupement amine d’un résidu lysine, ce qui est à l’origine de pontages spontanés en plusieurs faisceaux de tropocollagène.
On procède ainsi à une réticulation des molécules par condensation aldolique.
Figure 33 : Formation du tropocollagène-1ère voie
Figure 34 : Formation du tropocollagène-2ème voie
Un autre mécanisme consiste à relier trois régions polypeptidiques par une liaison croisée hydroxypyridinium (ou hydroxypyridinoline). Il se forme alors une structure en échelle qui présente une périodicité de 680 Å, visible en microscopie électronique. Les zones inoccupées entre les différentes molécules de tropocollagène sont remplies à l’aide d’un hydroxyphosphate de calcium, l’hydroxyapatite, de formule Ca10 (PO4)6 (OH)2. La succession régulière de tropocollagène et d’hydroxyapatite est à l’origine de la striation visible en microscopie électronique.
4.2.3. Dégradation du collagène
- Les collagénases
La dégradation du collagène est difficile et nécessite des enzymes particulières, les collagénases (de la famille des métalloprotéinases matricielles). Par exemple, les collagénases d’origine bactérienne (par exemple Clostridium histoliticum, dont le nom d’espèce signifie
"destructeur de tissus") sont capables de cliver chaque chaîne de collagène en plus de deux cents points (parmi lesquels X – Gly – Pro – Y). D’autres organismes tels que les amphibiens possèdent des collagénases très spécifiques, capables d’effectuer une seule coupure à un site défini.
Maladies liées au collagène : Outre le scorbut, dont nous avons déjà parlé, de nombreuses maladies sont liées à des défauts de synthèse du collagène, parmi lesquelles la maladie des os de verre.
- Myosine
La myosine est une protéine qui joue un rôle fondamental dans les mécanismes de la contraction musculaire. Cette protéine intracytoplasmique se rencontre donc dans les cellules à activité contractile des vertébrés, telles les cellules musculaires.
Elle est composée de deux chaînes lourdes (dimère) de 2,000 acides aminés dont les extrémités C-terminales en hélice-α sont surenroulées, ce qui confère à la myosine la forme rigide d'un bâtonnet de 180µm, et dont les têtes N-terminales de 190 acides aminés constituent les domaines moteurs. Sont associées à ces deux chaînes lourdes deux paires de chaînes légères : une paires de chaînes légères dites essentielles (ELC), et une paire de chaînes légères dites régulatrices (RLC) qui stabilisent la longue hélice près du domaine N-terminal (tête), dans la région du cou qui forme le ‘bras de levier’.
Les chaînes lourdes de myosine peuvent être coupées par la trypsine en deux parties, la queue appelée aussi méromyosine légère (LMM) et la tête, constituée en partie de la portion globulaire de la molécule. Cette dernière est appelée méromyosine lourde (HMM). La méromyosine lourde peut, à son tour être subdivisée en deux parties, le subfragment 1 (S1) et le subfragment 2 (S2). S1 est une association de trois sous unités de 25, 50 et 20 kDa formant la partie globulaire de la molécule. Elle contient les domaines moteurs qui sont des sous unités de 50 et 20 kDa. Ces domaines moteurs possèdent l’activité ATPase et le site de fixation avec l’actine. La sous-unité de 20 kDa fixe les chaînes légères.
Il existe différentes isoformes de chaînes lourdes dans le muscle strié squelettique, certaines associées à une vitesse de contraction rapide (MHC-2a, MHC-2d/2x, MHC-2b), d’autres à une vitesse de contraction lente (MHC-1, nommé aussi MHC-1β). Cependant il existe d’autres isoformes de myosine spécifiques de certains muscles (MHC extra-oculaire, MHC mandibulaire) mais aussi une isoforme spécifique du cœur (MHC Iα). Pendant le développement, deux autres isoformes sont aussi exprimées (MHC embryonnaire et MHC néonatal).
L’expression de ces isoformes de chaîne lourde de myosine, dépend du type de fibre (rapide, lente) mais aussi de l’espèce. Ainsi chez l’homme l’isoforme la plus rapide, hormis dans le muscle extra-oculaire (où l’isoforme MHC extra-oculaire est exprimée), est l’isoforme MHC 2x alors que chez les rongeurs, c’est l’isoforme MHC-2b. Il existe aussi différentes isoformes de chaînes légères de myosine. En ce qui concerne les chaînes légères essentielles, 5 isoformes majeures ont été identifiées chez les mammifères. MLC 1 rapide (MLC – 1 f) et MLC – 3 rapide (MLC – 3 f) sont exprimées dans les muscles rapides. MLC – 1 lente α (MLC – 1 S α) et MLC 1 lente β (MLC – 1 S β) aussi appelée MLC 1 lente ventriculaire (MLC-1 S/V) sont exprimées dans les muscles lents mais aussi respectivement dans les muscles lisses et les ventricules du muscle strié cardiaque. MLC – 1 S α est l’isoforme majoritaire dans les muscles striés squelettiques humains et de lapin, faiblement exprimée chez le rat et est inexistante chez la souris adulte. Au cours du développement, une autre isoforme est exprimée la MLC embryonnaire (MLC 1 emb). Cette isoforme est aussi exprimée dans l’oreillette du muscle strié cardiaque.
La myosine s'associe à une autre protéine, l’actine, au niveau des têtes de chaînes légères. La contraction des fibres musculaires résulte du glissement des myofilaments d’actine sur les myofilaments de myosine. L'énergie étant fournie par l’hydrolyse de l’ATP sous l'action enzymatique de la myosine elle-même.
Il existe plusieurs types de myosine, qui diffèrent par le nombre de "tête" (une ou deux), par la longueur des différentes parties. La myosine de type II est celle qui constitue l'appareil contractile du muscle strié squelettique.
Le modèle actuellement admis pour le fonctionnement des myosines est celui avancé par le Pr Toshio Yanagida d'un modèle de mouvement brownien biaisé. La myosine au repos est fortement liée au filament d'actine. L'ATP, en se fixant sur la myosine provoque un changement conformationnel, qui détache en partie la myosine du filament. La myosine pourrait alors glisser en suivant la chaîne des monomères d'actine, dans un sens comme dans l'autre, avec un déplacement global orienté (le filament d'actine est polarisé). Le moteur essentiel du déplacement est donc l'agitation thermique.