Cytosquelette: microfilaments

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Cytosquelette: microfilaments - cours
BC4223 Mécanismes moléculaires
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2.3 Microfilaments
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REFERENCES
Lodish: 620-4, 991-1012,.; Voet et Voet: pp. 1250-1260; G&G: -.
<
STRUCTURE
.
Actine (g-Actine, actine globulaire)
.
protéine globulaire (bi-globulaire) 6.7 x 4 x 4 nm
.
42-43 kDa
-
forme biglobulaire avec sillon (fente) entre les deux lobes où se lie un nucléotide adénylé et Mg2+
.
présence ATP: modifie forme actine en rapprochant les 2 lobes (+ stable)
.
.
sans ATP/ADP l'actine se dénature rapidement
1 nucléotide adénylé (ATP, ADP)/actine
.
structure actine avec Ca2+ et ATP
----
actine pdb
protéine très abondante dans la cellule (1 à 5%):
hépatocyte: 5 x 108 molécules/cell
plaquettes: 500 µM
file:///Fichiers/site%20internet/dg/bc4223/csq/csq3Cmfi.html (1 of 27)11 03 2005 12h14h50
.>
<
Microfilaments (F-actine)
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-.
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(autre illustration)
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-.
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F-actine peut être liée
--ATP (complexe actine•ATP) => surout au pole +
.
ADP (complexe actine•ADP) => surout au pole - , majorité des F-actine
.
ADP et Pi (complexe actine•ADP•Pi) => entre les zones d'actine•ATP et d'actine•ADP
.
.
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>
<
hélice
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composante de base: G-actine
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diamètre: 6-7 nm: les G-actines sont disposées preesque dans le sens de leur longueur (6.7 nm) et non
celui de leur largeur ou "profondeur" (4 nm ch)
.
visionner filament
.
tour complet: 36 nm (13.5 mononères/tour)
.
.
monomères sont presque perpendiculaires à l'axe du filament (fente en direction du pole
.
-.
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liens entre les G-actine:
liens électrostatiques
liens hydrophobes
entrée de G-actine dans F-actine => changement conformationnel
-> plus globulaire et compacte
.
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très flcxible (- mT)
.
-
interactions actine-actine dans un filament (avec ATP)
--->
)
<
.
microhétérogénéité: plusieurs formes d'actine
.
α: muscle
.
β: cytoplasme des cellules non contractiles
-
γ: cytoplasme des cellules non contractiles
.
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certaines plantes ont > 60 isoformes différentes
levures seulement 1 isoforme
.
-.
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--.
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--->
ASSEMBLAGE
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Processus de base
.
.
filament polarisé
.
2 bouts: + (A) et - (D)
.
.
les CC dépendent des conditions physicochimiques et de l'état du nucléotide adénylé ( ATP ou ADP•Pi
ou ADP)
.
-CCA ; 0.01-0.05 µM
.
CCD: 1-8 µM
.
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CCmficrolament = 0.1 à 1 mM
.
--.
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--->
<
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les monomères (G-actine) s'assemblent pour former le microfilament (pas d'hétérodimères comme pour
les microtubules)
.
chaine sans fin
.
chaine sans fin de l'actine
.
mF sont souvent stables
.
dans certaines cellules stables pour des heures
.
.
possibilité d'élongation/raccourcissement rapide
-.
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--.
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--->
Conditions physico-chimiques
<
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ATP et ADP
.
présence ATP (non pas ADP) nécessaire sur G-actine pour assemblage
.
entrée dans le mF induit pas hydrolye
-
hydrolyse en ADP: lente si actine est dans le filament
.
hydrolyse n'induit pas en soi la dissociation de l'actine du filament
.
majorité des actine dans le filament sont actine•ADP
.
.
ions : favorisent assemblage (si [ ] trop faibles => désassemblage)
Na ou K: concentrations modérées (physiologiques) (100 mM) si peu K ou Na =>
désassemblage)
-.
Mg2+ (2 mM) (si peu Mg => désassemblage)
.
.
pH 7.5
.
--température: 37°C (si 4°C =>désassemblage)
.
.
[ ] G-actine;
.
[G-actine]T = 0.5-1.5 mM
.
[G-actine]L = 0.1 - 1.0 µM
---.
[G-actine]F = 0.25 - 0.5 mM
.
>
<
Mécanisme d'assemblage
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Description génréale
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(De La Cruz et Pollard (2001) Science 616-8)
<
Association -actine•ATP au bout + (si [Actine•ATP] 0.1 µM)
.
Dans le filament l'hydrolyse de l'ATP: actine•ATP -> actine•ADP•Pi (en moyenne après environ 1/3 de
scc) (irréversible)
.
.
Dans le filament: libération (réversible) de Pi : actine•ADP•Pi ->
fois par 5 millième de sec
-
Dissociation de actine•ADP du reste du filament
.
dans l''actine libre: échange ADP pour ATP: actine•ADP + ATP -> actine•ATP + ADP
.
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-.
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--.
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actine•ADP + Pi en moyenne 1
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Cycle d'assssemblage
dans mF on retrouve surtout de actine•ADP
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-.
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mFilament•actine•ATP
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●
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●
●
tendance à assemblage rapide
CC+ : faible
coiffe d'actine•ATP si [actine•ATP] libre sont élevées
hydrolyse de l'ATP n'a pas le temps de se produire
.
-
mFilament•actine•ADP•Pi
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●
.
●
stable:
libération de Pi n'a pas le temps de se produire
.
.
--
mFilament•actine•ADP
●
●
●
instable: tendance à la désagrégation
CC+ : forte
coiffe d'actine•ADP
.
.
agents (protéines associées) peuvent régulariser ou modifier processus
.
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--.
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Régulation de l'assemblage/désassemblage
<
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.
situation typique d'une cellule:
.
[G-actine]L = 0.5 mM = 500 uM
-
[G-actine]T = 1.25 mM = 1250 uM
.
CCmicrofilament = 0.0001 mM = 0.1 uM dans les conditions chimiques normales de la cell.
.
.
=> 40% actine est non assemblée alors qu'en principe elle devrait l'être à seulement 0.1%!!!!!
controle de l'assemblage maintient de hautes concentrations de G-actine (libre)
.
-.
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séquestration de la G-actine principalement par thymosine β4
coiffage
fragmentation
nucléation
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--.
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--->
thymosine β4:
<
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petit PM = 5000 Da
.
lie actine (G-actine) dans un rapport 1:1 au niveau site de liaison de l'ATP
.
complexe G-actine:thymosine β4 incapable de s'assembler dans mF
-
exemple: dans les plaquettes sanguines
.
[thymosine β4] = 0.55 mM et [G-actine]L = 0.22 mM => 70% actine complexée à
thymosine
.
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-.
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--.
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--->
<
Protéines de coiffage (blocage, "capping")
.
se lient à une extrémité
.
empêchent croissance ou décroissance de cette extrémité
.
ex.: gelsoline, viline, séverine, profiline (?)
.
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-.
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--.
Souvent les protéins de coiffage on une activité de scision
.
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---.>
<
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ORGANISATION CELLULAIRE DES MICROFILAMENTS
Microfilaments jouent un role très importants dans la structure, la morpologie, la stabilié et la motilité de
la cellule. Pour remplir ce role ils doivent accomplir une foule de tâches et adopter de nombreuses
sructtures différentes. Cela est possible grâce à leur association à de nombreuses protéines qui modulent
leur action et leur structuture.
Il existe de nombreuses protéines servant à former et à controler les superstructures à base d'actine
.
.
.
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-.
.
.
.
Protéines de réticulation ou pontage (espacement)
---
stabilise des réseaux parrallèles peu entassés
.
maintiennent une distance minimale entre les mF
.
ex.: fodrine, villine ([Ca2+] > .0.2 µM)
.
.
---.
>
<
.
donne souvent au cytoplasme une structure de gel ± localisé
.
Protéines de gélation (liaison):
.
●
●
-
favorise une aggrégation ± relachée et entrecroisée des mF
maintien d'une struture "gel" dans le cytosol
ex.: actinine, filamine
.
>
<
Interaction entre microfilaments et des protéines
.
.
.
principalement par le domaine CH
CH = "calponine homolgogy" (calponine = protéine musculaire ayant une forte affinité
pour les µF mais pas pour la G-actine)
.
.
plupart des potéines liant les µF ont un ou plusieurs domaines CH
.
un CH => peut lier un seul µF à la fois
.
ex ß-spectrine, actinine,
-dystrophine : ancage latéral de µF aux membranes
.
rem. un dimère peut donc lier deux filaments
.
deux CH => lier 2 µF à la fois
.
fimbrine: réseaux de µF des fibres de stress, microvillosités
.
filamine: protéine de gelation
--viline: ancrage latéral des µF aux membranes des microvillosités
.
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--->
<
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Toxiques perturbateurs des microfilaments
.
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-
cytochalasine:
.
.
blocage du bout +
.
.
raccoursissement du filament
--
inhibition de l'assemblage
.
destruction ou déstabilisation du filament
.
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--.
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---.
>
ROLES CELLULAIRES
<
.
structure cellulaire
.
fibres de stress
.
endosquelette membranaire
-
microvillosités
.
.
fonctions dynamiques
motilité cellualaire: reptation
.
.
Fibres de stress (de tension) (à base de microfilaments)
-.
.
.
.
--.
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micrographies à fluorescence des fibres de stress
.
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Microvillosités
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-.
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--.
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>
<
.
Structure du csq endomembranaire des globules rouges
.
.
globules rouges: formes biconcave = idéale pour maximiser les échanges gazeux
-
soumis à des conditions extrèmes de déformation, pression, etc.
.
résistance et élasticité pour maintenir leur intégrité membranaire et fonctionnelle
.
.
filaments de spectrine dont les bouts se fixent sur un complexe de jonction et rattachés à la membrane via
la protéine bande 3 (vers le milieu du filament de spectrine)
.
-filament de spectrine
.
.
tétramère de spectrine (deux dimères α−β) plus ou moins parrallèles à la mb, chaque
dimère α−β peut se joindre au bout d'un autre dimère
.
très élastique: 60 nm au repos, 180 nm à son extension maximale
.
peut lier ankirine et complexe de jonction
--.
.
.
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---.
>
<
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.
protéine de bande 3 (échangeur d'anion):
.
protéine (homodimère) membranaire liant l'ankyrine lie
-
1/4 des protéines bande 3
.
3/4 ne sont pas impliqués et transportent les anions (Cl- et HCO2-)
.
.
complexe de jonction
.
courts microfilaments (35 nm, environ 16-17 actines) perpendiculaires à mb dont le bout + est dirigé vers
la membrane
-filaments de tropomyosine stabilisant les microfilaments
.
adducine et protéine bande 4.1 stabilisant interaction spectrine-actine
.
tropomyosine insérée dans le sillon du microfilament pour le stabiliser
.
5 à 7 filaments de spectrine se lient à un complexe de jonction
.
--.
déformation pathologique du csq endomembranaire:
.
.
souvent causée par diminution spectrine ou par spectrine défectueuse => la sphérocytose, ellipsocytose
(malformation des globules rouges) qui causent des problèmes d'anémie et respiratoires
.
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<
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Cytosquelette: microfilaments

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