Transport des NFs (Figure 8a et 8b)

Les NFs sont synthétisés dans le corps cellulaire du neurone. L’assemblage et la phosphorylation des bras radiaires ont lieu dans le cône d’émergence, tout au long de l’axone et augmente avec le transport (Nixon, 1987 ; Grant, 1988). Le transport axonal des NFs a fait l’objet de nombreuses controverses, jusqu’à la réalisation de protéines de fusion entre l’extrémité N-terminale de NFM ou NFH et la GFP (Yabe, 1999 ; Roy, 2000 ; Wang, 2000 ; Yabe, 2001). Ces études in vitro, ont montré de façon précise que les NFs étaient animés de mouvements rapides, de l’ordre de 1µm/s, donc de l’ordre du transport rapide, suivis de longues pauses. A un moment donné la plupart des NFs sont en pause (80%), mais cet aspect est surtout mis en évidence lors du mouvement antérograde des NFs. Par vidéomicroscopie, il a été montré que les NFs, ayant une direction rétrograde, se déplacent plus vite et effectuent moins de pauses (Uchida, 2004). Mais au sein d’un même axone, les NFs ont un

Les MAPs (MAP2, TAU...) peuvent entrer en compétition avec Kinésine et Dynéine pour la fixation des FI sur les microtubules (MT). Le transport peut se faire soit sous forme de "particules" (protomères) soit sous forme de filaments courts entortillés ("squiggles"). Les FI s'associent avec les deux principaux types de moteurs moléculaires, le déplacement final dépendant de la résultante des deux forces. Les pauses observées seraient un moment privilégié de changement. Les FI sont aussi liés aux Myosines, moteurs moléculaires associés aux microfilaments (MF). Les neurofilaments (NFs) obéiraient au même schéma. Enfin des molécules plus spécifiques aux FI (IFAPs), telles que la Plectine ou BPAG-1 (cf. Figure 4) entrent également en jeu dans la relation des FI avec les MT et MF (D'après Chang et al, 2004).

Figure 8b: Transport des Neurofilaments (2)

Kinésines ^Dynéine MT MF Particule de FI _{Particule de FI} "Squiggle" NFs IFAP Myosine Va

Compétition avec MAP sur des sites de fixation

comportement différent voire asynchrone (Roy, 2000). Cette caractéristique explique que pendant longtemps les NFs ont été considérés comme appartenant à la composante lente du transport axonal, bien qu’aucun moteur moléculaire connu ne soit associé à ce type de transport aussi lent. Ces expériences ont aussi montré que les NFs étaient capables de bouger dans les deux sens avec une composante antérograde plus abondante. Le caractère bidirectionnel et intermittent avec de longues pauses rend compte de la résultante qui a un aspect de transport lent de l’ordre de 0.25 à 3 mm/jour (Al-Chalabi, 2003). Ces pauses pourraient être secondaires à des interactions transitoires avec les éléments de l’axoplasme (Lariviere, 2004). Ces résultats concordent avec ceux obtenus pour les autres FI, comme la Vimentine (Prahlad, 1998). La vitesse du transport dépend du type de neurones, de l’âge de l’animal, de la position dans l’axone, mais aussi de l’état fonctionnel du neurone (Hoffman, 1983 ; McQuarrie, 1989).

Le degré de phosphorylation des extrémités C-terminales de NFM et de NFH intervient dans le contrôle du transport des NFs. Les études récentes, in vitro, ont montré une relation nette entre un ralentissement du transport des NFs et un état de phosphorylation élevé des bras radiaires de NFH et NFM. Les NFs phosphorylés passent plus de temps en pause qu’en mouvements (Ackerley, 2003). L’hypothèse est que la phosphorylation de NFH serait responsable de sa dissociation d’avec les moteurs moléculaires ou des MT, d’autant que le ralentissement du transport axonal des NFs est parallèle à l’apparition de NFH (Hisanaga, 1989 ; Hisanaga, 1991; Miyasaka, 1993 ; Shea, 2003). D’autre part, l’excès de glutamate intervient dans ce mécanisme par l’activation de kinases, notamment SAPK1b, hyperphosphorylant NFH et NFM. La démonstration in vitro de cette action du glutamate permet de faire un lien entre l’hypothèse excito-toxique mise en avant dans de nombreuses maladies neurodégénérative et les NFs (Ackerley, 2000). Chez les souris dilute, déficientes en Myosine Va, le contenu en NFs est multiplié par deux, soulignant l’intervention de ce moteur moléculaire dans l’établissement d’une répartition et d’un transport normaux des NFs dans l’axone (Rao, 2002b). Ce moteur moléculaire est présent en quantité abondante dans le système nerveux et notamment dans le cône de croissance. Il se lie de façon sélective avec les FI, GFAP, Périphérine et NFL (Rao, 2002b). Les NFs sont alors transportés jusqu’à la terminaison synaptique où ils sont dégradés par des protéases calcium dépendantes, lysosomales (cathépsine) ou non lysosomales (comme les calpaïnes) (Roots, 1983).

Le cône de croissance semble être le lieu privilégié de changement de direction des NFs, et ceux qui ne subissent pas de mouvement rétrograde participent à la formation de la charpente du cône de croissance (Uchida, 2004). Ces NFs ne sont pas phosphorylés et se présentent sous forme de structures courtes. Leur mouvement est dépendant des moteurs moléculaires des MT et MF (Chan, 2003). L’étape de dégradation implique une déphosphorylation initiale par la PP2A. Ces enzymes sont inactives dans l’axone et sont activées à la terminaison synaptique en fonction de la concentration en calcium (Gallant, 1986 ; Nixon, 1986). Il a d’autre part été mis en évidence une sensibilité accrue des NFs aux calpaïnes lorsqu’ils sont déphosphorylés (Pant, 1988). La cathepsine D, la trypsine et l’α

chymotrypsine sont des enzymes protéolytiques ubiquitaires capable de dégrader les NFs, notamment lorsqu’ils s’accumulent dans le corps cellulaire des neurones (Fasani, 2004).

Enfin, cet aspect spécifique, permet de relier le transport axonal des NFs aux moteurs moléculaires classiques, Dynéines et Kinésines. L’aspect bidirectionnel observé peut alors être expliqué par un échange de moteurs moléculaires au sein de l’axone. Il a été montré, en culture de cellules et chez l’animal, que les NFs étaient capables de s’associer aux Dynéines et Kinésines, notamment l’isoforme neuronale KIF5A (Shah, 2000 ; Yabe, 2000 ; Xia, 2003 ; Wagner, 2004). Elles sont colocalisées avec les NFs mobiles dans l’axone géant de calamar. Certains auteurs proposent que les deux types de moteurs moléculaires soient en même temps associés aux NFs, la direction finale dépendant du moteur « le plus fort » (Prahlad, 2000 ; Uchida, 2004). Les MT sont indispensables au transport des NFs comme le montrent les expériences in vitro de dépolymérisation des MT. De façon intéressante, la dépolymérisation des MF ralentit, modestement, leur trafic (Francis, 2005). NUDEL pourrait dans cette hypothèse s’associer à la Dynéine pour permettre le transport des NFs, mais aussi participer au « turn-over » du réseau (Nguyen, 2004). Cette hypothèse est confortée par l’importance, in vivo, de l’assemblage des NFs pour leur transport sous forme d’hétéro-oligomères (Yuan, 2003).

S’il est maintenant admis que les NFs ont une synthèse dans le corps cellulaire et un transport rapide et intermittent, des inconnues persistent sur la forme des NFs lors du transport, à savoir sous forme de FI intacts, mais courts (« squiggles »), ou bien sous forme de protomères voire de particules. Toujours in vivo et avec les modèles de protéines de fusion entre NFM ou NFH et la GFP, les deux hypothèses semblent être pertinentes (Shea, 2001). Les NFs sont capables d’être transportés sous forme de FI intacts mais aussi sous forme de protofilaments, l’aspect assemblé ou non dépend de l’état fonctionnel de la cellule (Yabe, 1999 ; Roy, 2000 ; Yabe, 2001 ; Ackerley, 2003 ; Uchida, 2004). Ainsi, les NFs pourraient être désassemblés en unités plus courtes pour permettre leur dissociation du NF et faciliter leur transport dans l’axone, notamment par un transport rapide (Yan, 2005). Ces résultats sont à rapprocher d’autres FI, Périphérine et Vimentine notamment, où les expériences en culture de cellules ont montré de façon évidente que des « points » (« dots »), correspondant à des protomères, pouvaient être transportés préalablement à un assemblage complet (Prahlad, 1998 ; Helfand, 2003).

Ce mode de transport rapide, dépendant des moteurs moléculaires, permet de délivrer des protéines du cytosquelette dans toutes les régions d’une cellule, et en particulier dans les neurites, afin d’assurer leur renouvellement et le maintien des structures. A la différence des NFs, la Périphérine se déplace plus rapidement, avec moins de pause, probablement parce que son extrémité C-terminale est plus courte et moins sujette à des phénomènes de phosphorylation (Helfand, 2003). Des unités courtes de polymères auraient comme avantage de pouvoir être aisément transportées, sous forme de cargo, comme cela a été mis en évidence pour les MT (Baas, 2004). Comme le montrent les études in vivo et

Comparaison de la position des introns (I) dans les trois sous unités des NFs humains par rapport à celle d'autres gènes de FI. Chaque sous unité des NFs possèdent deux introns (I1 et I2 de NFL et NFM et I2 et I3 de NFH) de localisation identique par rapport à la séquence codante. NFL et NFH possèdent un intron supplémentaire: I1 de NFH occupe une position similaire à d'autres introns des autres FI. NFL a la particularité de posséder un intron (I3) interrompant le domaine E (D'après Lees et al, 1988).

Figure 9: Structure et évolution des gènes des Filaments

Intermédiaires neuronaux

Domaine α-hélicoïdal

Domaine riche en Acide Glutamique ("E-domain") Répétitions KSP Position des Introns

I1 I1 I1 I2 I3 I2 I2 I3 lamines nucléaires Perte NLS

Perte de six heptapeptides

Modification de la structure "exon-intron" NFs, α-Internexine, Nestine Vimentine, Desmine, GFAP, Périphérine Progéniteur(s) cIF invertébrés

Progéniteurs cFI des vertébrés

Kératines I et II FI de type "Vimentine"

FI de type "Neuronaux"

Un (ou plusieurs) ancêtre commun aux FI a donné naissance aux lamines. La perte du signal de localisation nucléaire (NLS) a permis l'apparition des FI cytoplasmiques (cFI) des invertébrés puis des vertébrés par la disparition d'heptapeptides dans le domaine central. De cet ancêtre sont nés les Kératines et les FI de type Vimentine. Certains FI neuronaux ont émergé par modification de la structure Intron-Exon (D'après Klymkowsky, 1995).

structure de l’axone, donc sur le neurone. Les forces qui permettent le mouvement des FI ont donc potentiellement d’autres fonctions. En particulier, elles permettraient d’intégrer le cytosquelette dans une unité fonctionnelle dont la perturbation dans un sens ou dans l’autre, produirait des effets délétères sur les autres éléments du cytosquelette. Ces forces pourraient ainsi bloquer ou au contraire favoriser le déplacement des polymères du cytosquelette axonal, comme cela est observé dans le fuseau mitotique (Bass, 2004).

2.8. Régulation