Le cytosquelette de la cellule eucaryote

Le cytosquelette d’une cellule eucaryote est composé de trois éléments : les microfilaments, les microtubules, et les filaments intermédiaires. (Voir Table 1. Le cytosquelette des cellules eucaryotes)

Ces éléments forment une structure dynamique qui remplit le cytoplasme de la cellule. Le cytosquelette permet l’arrangement des organites et confère à la cellule la capacité de réagir à son environnement ainsi que d’accomplir des mouvements coordonnés. [1] Le cytosquelette est également impliqué dans la migration cellulaire sur une surface, la division cellulaire (ségrégation des chromosomes), la contraction musculaire et les changements morphologiques des cellules durant le développement embryonnaire. [1] La protéine Nestin fait partie des protéines de filaments intermédiaires et est impliquée dans les mécanismes de prolifération cellulaire. [357-359]

Type Structure Sous-unité Fonction Filament

d’actine

Actine  Maintenir la forme cellulaire, _{ Mobilité par contraction ou ramper,}  Cytokinèse,

 Mouvement des organites,

Microtubules

Dimère de α et β tubuline

 Maintenir la forme cellulaire,

 Mouvement des chromosomes durant la mitose/méiose,

 Dirige le transport intracellulaire,

Filaments intermédiaires

Exemple kératine  Maintenir la forme cellulaire,  Encrage du noyau et des organites,

Table 1. Le cytosquelette des cellules eucaryotes. Les trois types de filaments sont distincts par leur taille, leur structure et les protéines qui les composent. Les microfilaments sont formés suite à la polymérisation de monomères d’actine. Les microtubules sont formés suite à l’association de dimères de tubuline α et β de façon à créer une structure polarisée. Les filaments intermédiaires peuvent être formés d’une variété de protéines fibreuses qui s’assemblent selon des combinaisons précises. (Modifié de [360])

1.4.1.1 Les filaments intermédiaires

Les filaments intermédiaires sont composés d’une variété de protéines fibreuses qui sont exprimées dans différents types cellulaires. Jusqu’à présent, une cinquantaine de protéines de filaments intermédiaires ont été identifiées et classées en 6 catégories. [357, 361] (Voir Table 2. Les catégories de filaments intermédiaires) Les filaments intermédiaires remplissent principalement un rôle de structure cellulaire en tant que support mécanique de la membrane plasmique. D’un diamètre d'environ 10 nm, ils offrent à la cellule une résistance à la traction leur permettant de supporter les agressions mécaniques. Les filaments intermédiaires forment des structures très stables et n’ont pas de polarisation particulière. Contrairement aux microfilaments et aux microtubules, leur polymérisation ne requiert pas d’énergie (ATP). L’assemblage ainsi que le désassemblage de ces protéines sont plutôt régulés par leur état de phosphorylation. Par exemple, la phosphorylation de la protéine Nestin conduit à son désassemblage durant la mitose. [362]

Catégorie Protéines moléculaire Poids kDa

Type de cellules

Type I Kératine acide 40-60 _{(peau, cheveux ongles)} Épithélium

Type II Kératine basique 50-70 _{(peau, cheveux ongles)} Épithélium

Type III

Vimentine Desmine

protéine acide fibrillaire gliale Perephérine

57 53 50 57

Mésenchyme, fibroblastes, Leucocytes Cellules musculaires

Cellules gliales et astrocytes Neurone périphérique et central

Type IV Neurofilament L (Light) Neurofilament M (Medium) Neurofilament H (High) Internexine 67 150 200 66 Neurones matures Neurones matures Neurones matures Système nerveux central en

développement Type V Lamine A Lamine B Lamine C 70 67 67

Noyau de toutes les cellules Noyau de toutes les cellules Noyau de toutes les cellules

Type VI Nestin 240 Cellules souches neuronales _Myocytes

Table 2. Les catégories de filaments intermédiaires Une cinquantaine de protéines réparties en 6 catégories permettent d’avoir une diversité de filaments intermédiaires. [357, 361] (Modifié de [363, 364])

1.4.1.1.1 Assemblage des protéines des filaments intermédiaires

Les protéines composant les filaments intermédiaires sont des protéines fibreuses allongées composées d’une tête N-terminale et d’une queue C-terminale globulaire ainsi que d’un domaine central allongé en forme de bâtonnet. (Voir figure 13. Structure de protéines des filaments intermédiaires) Comme les extrémités N et C-terminales des différentes protéines de filaments intermédiaires varient, l’hypothèse initiale suggérait que ces domaines n’étaient pas impliqués dans la dimérisation de ces protéines. Des expériences de délétion par mutagenèse ont permis de déterminer que les protéines de filaments intermédiaires ayant une extrémité N-

terminale tronquée ne pouvaient plus s’assembler avec d’autres protéines. (révisé dans [365]) Exception, cependant, pour la kératine qui forme des dimères même en absence de ses domaines N et C-terminaux. [366] Actuellement, le domaine N-terminal est considéré comme un élément important dans l’assemblage de la plupart des filaments intermédiaires. Le domaine C-terminal est également nécessaire à leur assemblage et joue un rôle dans la stabilité des filaments. Ces domaines contrôlent les interactions entre les différentes protéines des filaments intermédiaires aussi bien que celles ayant lieu entre les protéines des filaments intermédiaires et les autres composants de la cellule. [363] Toutefois, il n’y a pas d’évidence que la protéine Nestin puisse interagir avec les autres composants du cytosquelette. [367]

Région de l’hélice α dans un monomère

Dimère enroulé

Tétramère de 2 dimères enroulés

2 Tétramères assemblés

Figure 13. Structure et assemblage des protéines de filaments intermédiaires. (A) Les protéines fibreuses composant les filaments intermédiaires possèdent une tête et une queue globulaire ainsi qu’un domaine central allongé en forme de bâtonnet. (B) Les protéines forment des dimères en s’enroulant les unes aux autres. (C) Les dimères s’associent pour former des tétramères. (D) Ceux-ci s’associent ensuite par des liaisons non covalentes pour former une structure spiralée en forme de corde qui assure les fonctions de support cellulaire. (Modifié de [109])

L’assemblage des filaments intermédiaires peut se faire entre des types spécifiques de protéines de filaments intermédiaires. Par exemple, les filaments de kératine, dans l’épithélium, sont toujours des hétérodimères de protéines de type I et II. (Voir Table 2. Les catégories de filaments intermédiaires) Cependant, d’autres protéines peuvent former des hétérodimères comme la Vimentine et les Neurofilaments. [368]

La région centrale des protéines est composée d’une hélice alpha étendue, qui permet à des paires de filaments intermédiaires de former des dimères en s’enroulant l’un autour de l’autre. Ces dimères peuvent alors former des liaisons non covalentes avec d’autres dimères et former des tétramères. Ces tétramères s’associent ensuite par des liaisons non covalentes pour former une super structure spiralée en forme de corde. Les tétramères ainsi formés sont symétriques et ont des orientations antiparallèles. Certains filaments intermédiaires s’orientent parallèlement à la surface cellulaire alors que d’autres traversent le cytosol de la cellule. Les filaments intermédiaires forment une charpente qui intègre les autres composantes du cytosquelette, organise la structure cellulaire interne et aide à supporter la forme et l’élasticité de la cellule. [364]

1.4.1.1.2 Les filaments intermédiaires de la paroi vasculaire

Dans les CML les protéines de filaments intermédiaires sont principalement la Vimentine et la Desmine. [369] La protéine Nestin est également retrouvée dans les tissus myogéniques en développement. [370] [371] Dans les vaisseaux, la protéine Vimentine est retrouvée en plus grande proportion que la protéine Desmine. Elle est retrouvée dans les cellules d’une variété de parois vasculaires allant des artères élastiques aux petites artérioles alors que la protéine Desmine est peu ou pas détectée dans les vaisseaux de gros calibres comme l’aorte. La protéine Desmine est retrouvée principalement dans les petites artères. [372]