Le cytosquelette

Les filaments intermédiaires

*Expression de GFAP et de la vimentine, deux filaments intermédiaires dans un astrocyte en culture. Immunofluorescence avec un anticorps reconnaissant GFAP (rouge) qui est exprimé surtout dans les astrocytes (et aussi quelques autres types cellulaires) et un anticorps reconnaissant la vimentine (vert) qui est exprimé plus largement dans de nombreux types cellulaires. La superposition d’une fluorescence rouge et verte donne du jaune. Des mutations dans la séquence codante de GFAP peuvent causer des troubles du système nerveux (maladie d’Alexander). Source : https://en.wikipedia.org/wiki/Glial_fibrillary_acidic_protein#/media/File:Astrocyte5.jpg

Contrairement aux microfilaments et aux microtubules, les filaments intermédiaires ne sont pas polarisés. Ils font 10 nm de diamètre, donc ils sont d’une taille intermédiaire par rapport aux microfilaments d’actine (qui sont plus petits) et aux microtubules (qui sont plus gros). Le rôle de ces filaments est essentiellement structural : maintien de la forme des cellules et contrôle de leur résistance aux contraintes mécaniques. Chez les plantes, ces rôles sont tenus par la paroi et il n’y a pas de filaments intermédiaires connus.

Chez les animaux, des rôles supplémentaires pour les filaments intermédiaires émergent comme par exemple pour la vimentine qui a un rôle dans la migration et la prolifération cellulaire. C’est un marqueur classique d’état mésenchymateux dans des études sur les transitions épithélio-mésenchymateuses.

*Augmentation de l’expression de la vimentine lors du déclenchement d’une transition épithélio-mésenchymateuse par TGF-β2. Images en contraste de phase illustrant la morphologie de cellules ARPE-19 (épithélium pigmenté rétinien) à 48 h après le début du traitement avec TGF-β2 et images d’immunofluorescence du marqueur de mésenchyme vimentine (vert) et marquage DAPI (noyaux, bleu) à 72 h. Les barres d’échelle sont de 50 μm. Source : https://www.mdpi.com/1422-0067/22/9/4701/htm

Des souris déficientes en vimentine présentent des défauts de cicatrisation de blessure dus à un manque de migration et de prolifération (Cheng et al., 2016). Les filaments de vimentine peuvent interagir avec les microtubules et sont nécessaires pour le maintien de la polarité lors de la migration (Gan et al., 2016), notamment dans les cellules tumorales (Xuan et al., 2020). Un rôle moins classique de la vimentine est de stabiliser des ARNm codant des sous-unités du collagène en s’associant à la région 5′ de ces ARNm dans un complexe avec la protéine LARP6 (Challa et Stefanovic, 2011).

De nombreux filaments intermédiaires sont attachés via un complexe aux desmosomes et aussi aux hémidesmosomes qui relient les cellules épithéliales à la lame basale (voir plus loin).

La kératine forme un filament intermédiaire en s’enroulant en hélice autour d’autres kératines. Sa séquence contient beaucoup d’acides aminés soufrés ce qui permet de former beaucoup de ponts disulfures et lui confère sa rigidité. Elle est produite en grande quantité dans les kératinocytes qui sont les cellules constituant l’épiderme de la peau et la cornée. Il existe une très grande variété de sous-types de kératine (codés par 54 gènes chez l’Homme) (Moll et al., 2008).

**Coupe de cornée de souris traitée en immunohistochimie avec un anticorps anti-kératine 12 (coloration brun-rouge). On observe l’expression de la kératine-12 dans les kératinocytes de la cornée (qui est un épiderme particulier). La kératine-12 est spécifique des kératinocytes de la cornée et n’est pas exprimée dans les kératinocytes de la peau. Source : https://www.abcam.com/keratin-12k12-antibody-epr17882-ab185627.html#lb

La kératine 15 est spécifiquement exprimée dans les cellules souches de l’épiderme (Lyle et al., 1998).

Certaines kératines sont attachées aux hémidesmosomes qui sont des structures à la base des cellules épithéliales qui les accrochent fermement à la lame basale.

*Structure des hémidesmosomes. A gauche, image en microscopie électronique à transmission de la région basale de cellules épithéliales de trachées de souris avec les hémidesmosomes (indiqués avec des flèches) qui attachent ces cellules à la lame basale en dessous. A droite, schéma de la structure des hémidesmosomes à la jonction épiderme-derme. Sources : https://en.wikipedia.org/wiki/Hemidesmosome#/media/
File:Ultrastructure_of_tracheal_hemidesmosomes_in_mice.JPEG et http://biologiedelapeau.fr/spip.php?page=forum&id_article=47

Des mutations perte-de-fonction dans certaines kératines comme la kératine-5 ou la kératine-14 peuvent provoquer des épidermolyses bulleuses, c’est-à-dire un détachement de l’épiderme de la lame basale et du derme sous-jacent causé par un dysfonctionnement des hémidesmosomes.

*La kératine-14 est nécessaire à l’attachement de l’épiderme à la lame basale et au derme sous-jacent. Analyse histologique de la peau de souris nouveau-né avec une perte-de-fonction totale du gène codant la kératine-14 (à gauche) et de la peau de souris sauvage du même âge. Blister = cloque typique d’une épidermolyse bulleuse. epi = épiderme. hf = follicule pileux. Source : https://www.jidonline.org/article/S0022-202X(15)35616-5/fulltext

Certains filaments intermédiaires sont nucléaires telles les lamines qui maintiennent la structure du noyau en formant un réseau sous la membrane interne nucléaire. Elles participent aussi à la liaison chromatine/membrane nucléaire.

*Structure du noyau. Le noyau est délimité par une enveloppe nucléaire (EN) composée de la membrane nucléaire interne (IMN) et de la membrane nucléaire externe (ONM), en continuité avec le réticulum endoplasmique (RE). Les complexes de pores nucléaires (rouge) contrôlent les échanges entre le noyau et le cytoplasme. Le réseau de lamines nucléaire (bleu) confère sa rigidité au noyau et interagit avec les protéines liées à la chromatine (orange) et les protéines transmembranaires de la INM (vert). Certaines protéines transmembranaires de la ONM (rose) interagissent avec le cytosquelette externe au noyau (jaune). Source : https://www.frontiersin.org/journals/cell-and-developmental-biology/articles/10.3389/fcell.2022.1012768/full

*Réseau de lamines sous la face interne de la membrane nucléaire vu en microscopie électronique à balayage. Les lamines forment un réseau en maille orthogonale. Source : https://www.nature.com/articles/323560a0

Les lamines sont phosphorylées sur des sérines et des thréonines par le complexe Cycline B/CDK1 (=MPF) lors de la prophase, ce qui aboutit au désassemblement de la membrane nucléaire nécessaire à la suite de la mitose. Les lamines restent accrochées à des fragments de l’ancienne enveloppe nucléaire qui forment des vésicules. Cela facilite la reformation du noyau à la télophase, lorsque le MPF est inactivé.

Le clivage des lamines par la caspase 6 participe à la désorganisation du noyau qui accompagne l’apoptose.

Les lamines A et C sont générées à partir du même gène LMNA par épissage alternatif. Des mutations perte-de-fonction dans ce gène peuvent aboutir à des laminopathies, un ensemble de pathologies contenant notamment la progéria ou syndrome d’Hutchinson-Gilford qui est caractérisé par un vieillissement prématuré et au niveau cellulaire, par des noyaux très déformés. Des défauts d’organisation des lamines nucléaires induisent une mauvaise localisation et un mauvais fonctionnement des protéines de réparation de l’ADN, telles que ATR et 53BP1, conduisant à une instabilité du génome (Gibbs-Seymour et al., 2015; Fan et al., 2023).

VOIR LE GLOSSAIRE DES TERMES SPECIFIQUES AU CYTOSQUELETTE

VOIR LE ROLE DU CYTOSQUELETTE DANS LA CROISSANCE AXONALE

LA CARTE MENTALE :

DES MOTS CROISES POUR REVISER :

QUIZZ SUR LE CYTOSQUELETTE : https://learningapps.org/watch?v=ptrci3iej23

VOIR LA PAGE AVEC LES EXERCICES SUR LE CYTOSQUELETTE, LES MATRICES EXTRACELLULAIRES et L’ADHERENCE CELLULAIRE

D’AUTRES RESSOURCES SUR LE SUJET :

Cours en ligne sur le cytosquelette (Université Bordeaux 1)

QUELQUES EQUIPES FRANCOPHONES QUI TRAVAILLENT SUR LE SUJET :

Dynamique du cytosquelette et motilité – I2BC, Université Paris-Saclay

Régulation de la dynamique des microtubules – Institut Curie

LIEN VERS LE GLOSSAIRE GENERAL