Matrice extracellulaire

Matrice extracellulaire
MEC, composant du tissu conjonctif
PLAN
Définition : tissu conjonctif et MEC
Exemple de différents types de MEC
Analyse des constituants
protéines
protéoglycanes
Relation cytosquelette -MEC
Lame basale: un type particulier de MEC
apparence, composition, rôle
Exemple de rôle dans la cicatrisation
MEC chez les plantes
Tissu conjonctif (TC): tissu de soutien mais également fonctions spécialisées
MEC : composant du TC
Tissu conjonctif : tissu dans lequel cellules sont séparées par de la MEC
Peu de cellules comparé volume de MEC
cellules indigènes
fibres (protéines fibreuses)
Substance fondamentale
Développement:
MEC
Cellules d’origine mésodermique
Mésenchyme qui se différentie et se spécialise
Différents types de TC suivant leur composition………donc ……des tissus conjonctifs
Différents types de TC suivant composition
- En cellules indigènes
fibroblastes
mastocytes
adipocytes
chondroblastes
adipocytes
ostéoblastes
communes à beaucoup TC
cartilage
tissu graisseux
os
+ cellules immigrantes provenant des vaisseaux sanguins
- En fibres cad protéines insolubles
Collagène (27 types)
Elastine
Fibrilline (2 types)
Fibuline, SPARC……
Fibres sont synthétisées par les cellules indigènes
- En substance fondamentale
Protéines solubles (glycoprotéines)
Protéoglycane (noyau protéique +GAG)
Acides aminés, oses, sels minéraux, eau
MEC
Gel hydraté
Selon le rapport cellules/MEC + composition de la MEC:
l. Tissu conjonctif lâche
Derme: TC lâche de type équilibré
2. Tissu conjonctif dense fibreux
Tendon, ligament, cartilage: TC fibreux, déformable
3. Tissu conjonctif dense calcifié
Os : TC dur
4. TC fluide non structuré
Sang: TC liquide
Derme: TC lâche de type équilibré
Figure 23-3 Molecular Biology of the Cell
Vascularisation et innervation
Michel Hirn
Derme: TC lâche de type équilibré
- Rôle de soutien: remplissage ou « emballage » des tissus et
organes
- Assure le passage de substances entre le sang et des épithéliums
de revêtement (donc leur nutrition)
- Rôle dans les réactions inflammatoires et dans les phénomènes
immunitaires
- Rôle dans les processus de cicatrisation;
- dans le chorion du tube digestif, des voies
respiratoires; des voies génitales et urinaires;
- dans la sous-muqueuse du tube digestif;
- dans les séreuses;
- etc
Cartilage : TC dur et compressible
Division des chondrocytes
Michel Hirn
Os :TC dense calcifié
Tissu mature, adulte
Michel Hirn
Vascularisation et innervation
1 ostéocyte
2 GAP
3 bordure ostéoïde non calcifiée
4 os minéralisé
5 cellules ostéo-progénitrices
6 ostéoblaste
7 ostéoïde
Sang: TC fluide non structuré
TC fluide, liquide (plasma)
Pas de fibres (ni collagène, élastine…)
mais de nombreuses protéines solubles (albumines,
transférrine, thrombine, fibrinogène, glycoprotéines
(fibronectines), facteur de coagulation…….
Les cellules sanguines peuvent extravaser pour aller
Dans les tissus
Figure 23-37e Molecular Biology of the Cell
Différents types de TC suivant composition
- En cellules indigènes
fibroblastes
mastocytes
adipocytes
chondroblastes
adipocytes
ostéoblastes
communes à beaucoup TC
cartilage
tissu graisseux
os
+ cellules immigrantes provenant des vaisseaux sanguins
- En fibres cad protéines insolubles
Collagène (27 types)
Elastine
Fibrilline (2 types)
Fibuline, SPARC……
Fibres sont synthétisées par les cellules indigènes
- En substance fondamentale
Protéines solubles (glycoprotéines)
Protéoglycane (noyau protéique +GAG)
Acides aminés, oses, sels minéraux, eau
MEC
Gel hydraté
Protéoglycanes = partie protéique associée à des Glycose Amino Glycanes (GAG)
Aggregane 3 106 daltons
100 chaines de GAG
Hyaluronane 8 106 daltons
Fixation non covalente d’aggregane sur hyaluronane
Association en plus avec collagène ou
autres protéines fibreuses pour former
structure très complexe
Figure 19-60b Molecular Biology of the Cell
(© Garland Science 2008)
Figure 19-55 Molecular Biology of
the Cell
N-acetylgalactosamine
Iduronic acid
4 types de GAG suivant sucres, liaisons, nombre de SO3-
Hyaluronane,
chondroïtine sulfate et dermatan,
heparane sulfate,
kératane sulfate
Masse des GAG < 10% de la masse des protéines fibreuses mais volume est très supérieur car
hydratation très importante (charges <0 abondantes donc ions Na+ principalement…………… donc eau)
création d’une turgescente qui permet de résister à la pression (ex cartilage très résistant à la pression)
Sous effet pression, eau est chassée; pression est relâchée l’eau revient
Hyaluronan ou acide hyaluronic présent dans la synovie et
cartilage hyalin
Jamais lié à un cœur protéique (le seul GAG comme cela), pas de
groupement sulfate
Sécrété directement dans l’espace extracellulaire et non par
exocytose
Figure 19-56 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Table 19-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Synthèse des composants de la MEC: par fibroblastes (cellules de la famille des fibroblastes) ou autres cellules indigènes
Synthèse protéines glycosylées ou non
Synthèse du collagène, élastine….. mais aussi orientation
Figure 19-54 Molecular Biology of the Cell (© Garland
Science 2008)
synthèse/polymérisation des protéoglycanes
Hyaluronane synthétisé directement dans l’espace extracellulaire
par des glycosyltransférases membranaires
Protéoglycanes modification post traductionnelle qui a lieu
dans Golgi
Enzymes impliquées dans polymérisation
Glycosylation dans le RER
Lipide
spécifique au RE
pro
Figure 12-51 Molecular Biology of the Cell
Figure 12-50 Molecular Biology of the Cell
Figure 13-31
Molecular Biology of the Cell
Substrat glycosyl transférase
Figure 13-30 Molecular Biology of the Cell
Figure 13-28 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 19-58 Molecular Biology of the Cell
(© Garland Science 2008)
Site ???
Ancrage pour HS, CS, DS
Autre ancrage pour KS
glycosyl transférase : sucre par sucre
Sulfatation
Epimérisation
Très grandes diversité
du nombre, du type de sucre (GAG),
des modifications , pour une même
chaine peptidique d’une cellules à l’autre
Mol Biosyst. 2012 June; 8(6): 1613–1625.
Proteoglycan sequenceLingyun Li,a Mellisa
Ly,a and Robert J. Linhardt
Mol Biosyst. 2012 June; 8(6): 1613–1625.
Proteoglycan sequenceLingyun Li,a Mellisa
Ly,a and Robert J. Linhardt
Synthèse du collagène, élastine, fibrilline (kératinocytes)
mais aussi orientation
Figure 19-62
Collagène 25% masse des protéines humaines
Forme des grosses fibres (500 nm de diamètre et 1 à 10µm de long) assez rigides, grâce composition
en aa particulière, très résistantes à l’étirement
(Gly-Pro-X)-(Gly-Pro-X)-(Gly-Hyp-X)-(Gly-Pro-Hyp)-…..(Gly-X-Y)-(Gly-Pro-X)-(Gly-Pro-X)-(Gly-Hyp-X)….
Gly petit aa
Pro ou Hyp, permet de faire des angles (coudes) qui vont stabiliser la triple hélice
0,29nm
Liaison H
Gènes : 30 différents (beaucoup d’exons (42)) mais 27 types de collagènes différents chez humains
exons des domaine hélicoïdaux = multiple d’1 séquence de 18 aa (6 tours d’hélice)
Duplication d’un exon primaire (54 pb, 18 aa)
exons des domaine non hélicoïdaux = séquences différentes, aa de domaines globulaires
Figure 19-63 Molecular Biology of the Cell
Figure 19-66 Molecular Biology of the
Cell (© Garland Science 2008)
RER
Golgi
glycosylation
1050 aa
300 nm
Tropocollagène
insoluble
S-S: guident mais aussi empêchent l’enroulement intracellulaire
Rôle de ces liaisons pour la résistance tendons)
Lysyl oxydase: substitution d’un NH2 par CHO puis réaction d’aldolisation.
Autre possibilité par liaison entre 3 Hyp
Renouvellement du collagène
Collagénase (métallo protéines)
Durée de vie assez longue, quelques mois (scorbut) voir années dans l’os
Maladie : scorbut, os de verre
Formes principales: coll I (90% du coll),
XII, VI, XIV
VIII, X
XIII
Table 19-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Biologie cellulaire Pollard et Earnshaw
Figure 31. 2
AF fribrile d’ancrage
MB membrane basale
Orientation des molécules de collagène
Au moment de la sécrétion par interaction avec le cytosquelette (protéines transmembranaires) mais aussi grâce à l’interaction de collagènes de petites
tailles qui se fixent aux fibrilles et orientent la formation des fibres (ex col XII qui se fixe sur col I et col IX qui se fixe sur col II)
Suivant le tissu l’orientation des molécules sera différente:
Peau sorte de tissage en osier qui permet une résistance dans toutes les directions
Tendon, ligaments: fibres orientées en parallèle permettant une résistance entre 2 points
Os: fibres organisées en plaques superposées presque perpendiculairement
Fibres élastiques Peuvent se déformer (150% de la taille initiale)
Elastine, fibrilline et fibuline
TC qui ont besoin d ’élasticité (ex: derme, vaisseaux, poumons…) les fibres de collagène sont mélangées avec des fibres
élastiques. L’ensemble confère une élasticité et évite la rupture
Tropo élastine: 750 aa, beaucoup aa hydrophobes (90%), riche en pro et gly (peu de lys).
Pas de glycosylation, quelques hyp et pas de Hyl
Synthèse et sécrétion de tropo élastine soluble qui ensuite s’interconnecte par aldolisation des lys (LOX-L) pour
donner l’élastine
Renouvellement: inexistant à partir de la puberté car la LOX-L n’est plus produite
Dégradation: élastase sécrétée par fibro, macrophage et PNN
Micro fibrilles formées entre autre de fibrilline (glycoprotéine soluble). Ponts S-S
entre fibrilline et élastine
Ces micro fibrilles constitue une sorte d’échafaudage pour la formation des fibres
d’élastine
Figure 19-71 Molecular Biology of the Cell
Glycoprotéines de la MEC: servent à organiser la MEC et servent de support à la migration des cellules.
Caractéristiques communes : protéines à domaines = sites de fixation spécifiques pour différentes macromolécules
Fibronectine
FN III
Région ancrage
aux intégrines
RGD commun à autres protéines
Figure 19-72 Molecular Biology of the Cell
FN I, FN II, FN III
motifs répétitifs agencés différemment
dans les différents domaines
Permet interaction des cellules avec la MEC. Très importante au cours
du développement et chez adulte dans régénération des tissus
Homodimères de 2500aa environ assemblées par ponts S-S en c-term
Fibronectines dans la salive
1 gène (humain) 50 exons et 20 épissages alternatifs possible
Figure 19-73 Molecular Biology of the
Cell (© Garland Science 2008)
Figure 19-74 Molecular Biology of the
Cell (© Garland Science 2008)
Définition : tissu conjonctif et MEC
Exemple de différents types de MEC
Analyse des constituants
protéines
protéoglycanes
Relation cytosquelette -MEC
Lame basale: un type particulier de MEC
apparence
composition
rôle
exemple de rôle dans la cicatrisation
MEC chez les plantes
Cellules adipeuses, de Schwann
Figure 19-39 Molecular Biology of the Cell)
Figure 19-40 Molecular Biology of the Cell
HS
Collagène type VII, III, XVIII (PG)
Figure 19-41 Molecular Biology of the Cell
Composants: protéines fibreuses et PGs. Variation dans la composition des LB mais également des
composant communs : Laminines, col IV, nidogène et perlécan
Composants de la lame basale synthétisés par les cellules de la MEC mais aussi les autres cellules (épithéliales,
endothéliales, musculaires….)
Collagène IV
Figure 19-42a Molecular Biology of
the Cell (© Garland Science 2008)
S-S entre les 3 chaînes
Collagène VII
Chez l’homme 5 a, 3 b et 3 g
Soit actuellement 15 trimères de laminines différents
avec spécificités différentes
Chez la drosophile 2 trimères de laminines différents
a1β1γ1,
a1β2γ1
a2β1γ1
a4β2γ1
a3β3γ2 (laminine 5)
épithélium, endothélium
synapse
muscles striés
entre derme et épiderme
entre derme et épiderme
N
Figure 19-43 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Liaison à la MEC grâce à des intégrines. Ces protéines transmembranaires (dans les desmosomes ponctuels et les hémidesmosomes ou
encore dans les desmosomes ceinturants ) peuvent se lier à pratiquement toutes les molécules de la matrice extracellulaire.
Les intégrines étant elles-mêmes reliées au cytosquelette (actine, tonofilaments de kératine ), la MEC interagit avec le cytosquelette (elle
oriente le cytosquelette parallèlement aux molécules de la MEC et inversement).
1400-1600 aa
Figure 19-46 Molecular Biology of the Cell (©
Garland Science 2008)
20-50 aa
a 160 kD
b 120 kD
Figure 19-45 Molecular Biology of the
Cell (© Garland Science 2008)
Richard O. Hynes1 Cell, Vol. 110, 673–687, 2002
Rôle de la lame basale et de la MEC dans la cicatrisation cutanée
Figure 23-3 Molecular Biology of the Cell
Michel Hirn
Caillot = MEC temporaire –plaquette + fibrine +fibronectine + …
aIIIb b3
protection du tissu et support pour la migration des cellules (fibro, cell sanguines,
endothéliales)
Plaquette : libération de cytokines, facteurs de croissance (PD EGF, PDGF; dégranulation)
Synthèse de hyaluronane (acide hyaluronique)
Extravasation par sélectine et modif intégrines
Neutrophiles et macrophages : nettoyage
sécrétion de cytokines, de facteurs de croissances
(FGF, TNF, EGF..)
Réaction inflammatoire
Destruction du caillot et remplacement de celui –ci par MEC : synthèse des produits de la MEC par
macro et fibro (collagène, fibronectines, GAG…..),
Angiogenèse à partir des vaisseaux lésés,
Transformation des fibroblastes (TGFb) en myo fibroblastes = cellules contractiles type cellules
musculaires lisses. Synthèse et sécrétion de collagène, expression de α1β1 et α2β1qui permet
la fixation au collagène et la contraction
Entraînent fermeture de la plaie. Traction sur les constituant de la MEC en migrant dessus grâce aux
pseudopodes et filopodes
Contraction du TC permet le rapprochement des 2 bords de l’épiderme lésé
Migration des cellules souches des kératinocytes , prolifération et reformation des différentes couches
de l’épiderme et de la LB (synthèse Laminine). Migration grâce aux lamellipodes et filopodes
Dans le TC sous jacent les myo fibro entrent en apoptose
Toutes les cellules qui migrent synthétisent et sécrètent des protéinases pour dégrader le caillot et la MEC
(collagénase, gélatinase) qui sont des métallo protéines matricielles (MMP).
Indispensable pour la migration mais aussi pour la libération des facteurs de croissance ou
des cytokines fixés sur les GAG.
Cicatrisation normale
Cicatrisation anormale, les myofibro n’ont pas été détruits
= contraction et bourgeonnement
Matrice extracellulaire des plantes = parois des cellules végétales
Parois rigide qui protège contre déformation et donne une forme à la cellule
P et M Curie
40 ch
Rôle de squelette, de protection de chaque cellule, de transport à travers
des conduits qui relient les cellules
Parois cellulaires dépendent de la différentiation –spécialisation des cellules
Composée de cellulose, hémicellulose, pectines, protéines
(lignine dans les cellules âgées)
Figure 19-78 Molecular Biology of the Cell (©
Garland Science 2008)
P et M Curie
Fibrilles de cellulose
polymères de glucose associés en fibre
Xyloglycane (famille des hémicellulose)
Polymères de glucoses avec ramifications
(xylose, galactose, ramnose)
pectines
Pectine très négatives (ac galacturonique) donc très hydratée
HRGP (Hyp Rich glyco Protéine) deux chaînes liées par liaisons entre Tyr,
donne, en fin de croissance de l’apex, une rigidité à la parois
P et M Curie
Eau, ions (ca++, H+), protéines (peroxydases
endo xyloglucane transférases ,
pectines méthyl estérases , pectinases
5.2. LES FACTEURS DE CROISSANCE REGENERATIVE ET LEUR FONCTION
* Epithelial Growth Factor : Chaîne 53-amino acid polypeptide Libérée durant dégranulation des plaquettes Stimule réépithélialisation, angiogénèse, et
activité collagénase
* Fibroblast Growth Factor
Stimule : angiogenesis, prolifération cellulaire endothéliale, synthèse collagène, contraction plaie, synthèse matrice, épithélialisation, Produit Keratinocyte
growth factor
* Platelet Derived Growth Factor
Produit par les granules alpha des plaquettes, Activent TGF-b
Stimule : neutrophiles et macrophages, chémotaxie, mitogénèse des fibroblastes et cellules muscle lisse, synthèse collagène et activité collagénase,
angiogénèse
* Transforming Growth Factor - Beta
Présent dans les granules alpha des plaquettes. S’oppose à l’inhibition de la cicatrisation de la lésion causée par les glucocorticoïdes
Stimule les monocytes pour sécréter FGF, PDGF, Tumor Necrosis Factor - Alpha (TNF-a), et Interleukin-1
Stimule chémotaxie et prolifération des fibroblastes; Puissant stimulateur de la synthèse du collagène
* Transforming Growth Factor – Alpha. Variant de Epithelial Growth Factor. Produit par plaquettes activées, macrophages, et kératinocytes
Stimule la croissance cellulaire mésenchymale, épithéliale, et endothéliale. Stimule chemotaxie endothéliale
* Interleukin – 1 Stimule prolifération lymphocyte. Influences activité collagénase
Les principaux facteurs de croissance
* transforming growth factor beta (TGF-b)
* platelet-derived growth factor (PDGF), PDEGF patelet-derived epidermal….
* insulin-like growth factor (IGF)
* vascular endothelial growth factors (VEGF)
* epidermal growth factor (EGF)
* fibroblast growth factor-2 (FGF-2)
Intervalle de durée
10mn à 4 jours
4è au 6è jour
6è au 10è jour
10è au 20è jour
Etape
Exsudation Détersion
Bourgeonnement
Epidermisation ou
épithélialisation
Remodelage
Caractéristique
Erythème, œdème
Rouge et granuleuse
Rosée
Rosée et peu élastique
Inflammation, Exsudat
plasmatique, Hémostase
Production de
substance
fondamentale,
bourgeons
endothéliaux, néo
vascularisation
Migration, multiplication
et différenciation des
kératinocytes. Création
d'un épiderme
fonctionnel à partir des
bords de la plaie
Contraction de la peau,
réorganisation des
vaisseaux sanguins,
réapparition des
annexes.
Afflux de leucocytes et
macrophages,
nettoyage du tissu mort
et des bactéries
Les fibroblastes
(producteurs de
collagène) deviennent
mobiles et contractiles
(myofibroblastes).
Cellules endothéliales
(bourgeons
épidermiques)
Kératinocytes
Fibroblastes et cellules
différenciées.
Processus
Cellules en jeu et
fonction