Cytosquelette Flashcards
Qu’est-ce que procure le cytosquelette aux cellules?
Le cytosquelette procure aux cellules leur robustesse, leur forme, leur habileté à se déplacer et leur élasticité.
Ils permet aux cellules de se déformer lorsqu’elles se déplacent.
La forme des cellules est définie par quoi? La forme des cellules détermine quoi?
La forme des cellules est définie par leurs interactions avec l’environnement; les réorganisations du cytosquelette permet à la cellule de s’adapter à son environnement et sont donc contrôler par la signalisation cellulaire.
La forme des cellules détermine leur fonction; la dérégulation de la forme cellulaire est au coeur de plusieurs désordres pathologiques
Des modifications dans la forme des cellules sont associées à quoi?
Des modifications dans la forme des cellules dans l’organisation du cytosquelette sont associées avec, et régulent des processus cellulaires cruciaux tels que la motilité, la division et la différenciation cellulaire.
Les fonctions du cytosquelette dépendent de trois types de filaments. Quels sont-ils? Quelles sont leurs fonctions?
- Les microfilaments d’actine (MF ou F-actine): forme de la surface cellulaire, locomotion, contractilité et
polarité; - Les microtubules (MT): position des organites, forme,
transport intracellulaire; - Les filaments intermédiaires (IF): fournissent la résistance mécanique et élastique (noyau).
Comment comparer les trois types de filaments?
Ils possèdent des propriétés mécaniques et dynamiques et des rôles biologiques distincts.
Comment caractériser la dynamique du cytosquelette?
Les filaments du cytosquelette sont dynamiques et adaptables. Ils sont solubles, donc
Réorganisation très rapide
Dans un état de flux perpétuel
Les MT et les MF sont construits à partir de quoi? De quoi sont-ils capables?
Les MT et les MF sont construits à partir de sous-unités qui peuvent diffuser rapidement dans le cytoplasme
Capable d’une réorganisation rapide.
Quels sont les détails des MT et des MF? Comment caractériser leur strucutre? Quel type de filaments forment-ils? Ils utilisent l’énergie sous quelle forme?
Ils sont formés de sous unités compactes et globulaires
Les MT sont formés de tubuline et les MF d’actine (très conservées au fil de l’évolution)
Structure asymétrique: se lient les uns aux autres tête à queue
Ils forment des filaments polaires avec des extrémités avec des propriétés différentes qui pointent tous dans une direction (polarité)
Ils hydrolysent ATP et GTP. La tubulaire hydrolyse du GTP tandis que l’actine hydrolyse l’ATP.
Quels sont les détails par rapport aux IF? Ils sont formés de quel type de sous-unités? Ils utilisent quel type d’énergie?
Les IF sont formés de sous-unités allongées et fibreuses
Ils n’hydrolysent pas d’ATP ou de GTP.
Ils ne sont pas polaires.
Comment les sous-unités du cytosquelette (MT-MF et IF) sont maintenues ensembles? Qu’est-ce que cela permet?
Par des interactions faibles non-covalentes ce qui permet l’assemblage et le désassemblage rapide.
Qu’est-ce que les protéines accessoires contrôlent? Qu’est-ce qu’elles incluent?
Contrôlent l’assemblage et le désassemblage (remodelage) à des endroits spécifiques (distribution
spatiale), et le comportement dynamique (stabilité, longueur, cinétique, nombre, attachement).
Elles mettent le cytosquelette sous le contrôle des signaux intra- et extracellulaires
Elles incluent les protéines motrices qui transforment l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP en force mécanique ce qui permet le déplacement d’organites ou des filaments eux-mêmes
Comment caractériser la sous-unité d’actine? Est-elle conservée au fil de l’évolution? Comment expliquer son abondance? Elle possèdent un site de liaison pour quoi?
La sous-unité d’actine et composée d’une seule
chaîne globulaire polypeptidique (G-actine: actine globulaire)
Très conservée
Protéine très abondante: ~10% des protéines totales
dans les cellules musculaires
Site de liaison pour ATP/ADP
Comment expliquer l’assemblage des microfilaments? Quelle est la différence entre ses deux extrémités?
Les sous-unités
s’assemblent tête-à queue (liée à ATP). Cela forme un filament polarisé (F-actine)
et flexible
Extrémité (+) à croissance rapide
Extrémité (-) à croissance lente
De quoi est composé le filament?
Le filament est composé de 2 protofilaments parallèles
s’enroulant l’un autour de l’autre en une hélice. Il y a la pointed end (-) et la barbed end (+) ce qui évoque la polarité structurale.
Quelle est l’étape limitante de la polymérisation d’un filament d’actine? Quelles sont les caractéristiques?
C’est l’étape de la nucléation. Cette étape est très peu efficace.
Les courts oligomères de quelques sous-unités sont instables et se désassemblent facilement.
Besoin d’un agrégat initial ou noyau: stabilisé par de nombreux contacts.
Le processus initial d’assemblage du noyau s’appelle la nucléation.
L’instabilité des petits agrégats crée une barrière cinétique, donc une phase de latence
Elle est suivie par une phase d’élongation rapide.
Expliquez la phase de la nucléation dans un tube à essai.
Durant cette phase, il est possible de voir que c’est latent. Il n’y a pas grand chose qui se passe lors de la formation du noyau de l’actine. Dépendamment des concentrations critiques, la vitesse de polymérisation va augmenter. Il y aura l’atteinte d’une phase de plateau lorsque les concentrations critiques vont se stabiliser pour atteindre l’équilibre.
Expliquez comment l’ATP est utilisé par les filaments.
Les monomères d’actine dans le cytosol portent un ATP
Cet ATP est hydrolysé en ADP une fois dans le
filament
L’ADP demeure dans le filament jusqu’à la dissociation du monomère
La forme liée à l’ATP est plus stable, donc l’hydrolyse de
l’ATP réduit l’affinité du monomère, ce qui augmente la probabilité de dissociation et favorise la dépolymérisation.
Quelles sont les caractéristiques des deux types de structures filamenteuses des filaments d’actine?
2 types de structures filamenteuses co-existent: la forme T (liée à l’ATP) et la forme D (liée à l’ADP)
L’énergie libre libérée par hydrolyse de l’ATP en ADP est mise en réserve dans le polymère. Une fois l’ATP hydrolysée, il y a un changement de conformation ce qui rend la forme D moins attachée au polymère et qui favorise sa dissociation.
Quelles sont les différences entre la constante de dissociation (KD) de la forme D et de la forme T?
KD (koff/kon) de la forme D est plus importante que la KD de la forme T
Les concentrations en sous-unités libres: la forme D (l’extrémité -) se raccourcit et la Forme T (l’extrémité +) s’allonge
De quoi dépend la forme D et la forme T?
L’existence d’une forme T ou D aux extrémités d’un
filament dépend de la vitesse d’hydrolyse et d’addition
La vitesse d’addition d’une sous-unité (s.u.) équivaut à la
concentration en actine libre ((C) x kon)
Si C > Cc(D) et Cc(T), il y a l’addition de sous-unités aux 2 extrémités avant hydrolyse donc le filament restera sous la forme T
Si C < Cc(D) et Cc(T) l’hydrolyse se produira avant
l’addition d’une autre sous-unité donc les 2 extrémités seront sous forme D et le filament raccourcira
À une conc. intermédiaire de sous-unités, Cc(T) < C < Cc(D) : la forme D raccourcit et la forme T s’allonge.
Qu’est-ce que la concentration critique (Cc)? Qu’est-ce que la concentration de sous-unités (C)?
Concentration critique (Cc) est différente aux deux extrémités.
La concentration critique (Cc) est la concentration en monomères libres à
laquelle il y aura un taux d’addition de monomères d’actine équivalent (égal)
au taux de dissociation de monomères; In vitro: Cc+ > 0,2 µM
La concentration de sous-unités (C) équivaut à la quantité de sous-unités libres.
Pourquoi in vivo la concentration d’actine libre à l’équilibre est plus haute?
La concentration d’actine libre à l’équilibre (Cc) est plus haute car il existe
des mécanismes qui empêchent l’actine monomérique de polymériser (protéines accessoires).
Que se passe-t-il à une concentration intermédiaire de sous-unités?
À une concentration intermédiaire, il y a une
addition plus rapide que l’hydrolyse à l’extrémité + et plus faible à l’extrémité -
L’extrémité + est de Forme T
L’extrémité - est de Forme D
Ainsi le filament ajoute des s.u. à l’extrémité + et
en perd simultanément à son extrémité -
Ceci conduit au «Treadmilling» ou « vissage par vis sans fin »
Vrai ou faux? Lors du treadmilling, la longueur totale du filament augmente.
Faux. À une certaine concentration de sous-unités, la croissance du MF à l’extrémité « plus » est
exactement équilibrée par la décroissance à
l’extrémité « moins ».
Les sous-unités effectuent alors un cycle rapide
entre l’état libre et filamenteux, et la longueur
totale du filament ne change pas.
Vrai ou faux? Les filaments d’actine sont enrichis au niveau de la périphérie.
Vrai.
Vrai ou faux? Les filaments intermédiaires n’ont aucun lien avec les MT et les MF?
Vrai.
Vrai ou faux? L’actine est une des protéines les plus abondantes même dans les cellules non-musculaires.
Vrai.
Comment expliquer la différence de dynamisme entre la tête plus et la tête moins de l’actine?
La tête plus est 10 fois plus dynamique que la tête moins.
Comment caractériser les différentes formes de l’actine?
50% forme libre et 50% forme de filaments
Pourquoi dit-on que le treadmilling est un état dynamique à l’équilibre? Qu’est-ce que cet état permet?
Le polymère garde une longueur constante mais il y a un flux net de sous-unités à travers le polymère.
Cet état de flux constant permet qu’un réarrangement rapide des structures d’actine ne nécessite pas beaucoup d’énergie supplémentaire
Comment la cellule utilise t-elle la propriété dynamique des filaments d’actine pour « propulser » le lamellipode?
Grâce au remodelage de l’actine au front de migration.
En effet, les nouvelles structures sont assemblées vers le front et dépolymérisées vers le centre de la cellule. Cela permet de donner une force de propulsion à la cellule. Les filaments poussent la membrane vers l’avant grâce à l’ancrage qu’ils ont en arrière.
Quelles substances peuvent altérer la polymérisation des filaments? En quoi ces substances sont utiles?
Des substances chimiques.
Elles sont produites par les plantes et les champignons comme défense et Se lient au polymère sous forme de filament ou de sous-unités libres.
Ces substances sont très utiles pour étudier le rôle de la “dynamique” de l’actine dans les différentes fonctions cellulaires
Quelles sont les trois substances chimiques qui ont des effets sur les filaments? Donnez les caractéristiques de leurs effets.
Phalloidin : se lie à la forme filamenteuse de l’actine et stabilise la forme liée à l’ADP ce qui permet de favoriser la forme polymérisée et qui limite un peu la dépolymérisation
Cytochalasin B : se lie à l’extrémité + des microfilaments. Lorsqu’elle est présente en trop grande quantité, elle va bloquer la polymérisation de cette extrémité. Cela a donc un effet de dépolymérisation.
Latrunculin : se lie à l’actine globulaire et la séquestre. Cela la rend indisponible pour la polymérisation et à long terme cela entraîne la dépolymérisation.
Quelles sont les protéines accessoires de l’actine? Quelles sont leurs fonctions?
Les nucléateurs :
- La formine qui permet l’assemblage du noyau et reste associé avec l’extrémité + croissante.
- Arp2/3 qui permet l’assemblage du noyau pour former une genre de toile et reste associé avec l’extrémité -.
Contrôlateurs de monomères :
- Thymyosine qui lie les monomères libres et empêche leur assemblage.
- Profiline qui lie les monomères libres et augmente la vitesse de l’élongation.
Contrôlants de la dynamique des MFs : capping protein qui empêche l’assemblage et le désassemblage à l’extrémité +
Contrôlants de l’organisation des MFs : fimbrine, a-actinine et ERM.
Vrai ou faux? Les fonctions de la thymosine et de la profiline sont les mêmes.
Faux, elles sont exactement opposées.
Expliquez en détail les rôles du complexe ARP2/3.
Ce complexe joue le rôle du nucléateur.
C’est un complexe de 2 protéines (ARP 2 et ARP 3) qui permettent la nucléation de l’actine à l’extrémité -. Cela fait en sorte que la croissance se fait à partir de l’extrémité +.
Un signal d’activation entraîne un changement de conformation du complexe et permet de rendre le complexe ARP2/3 actif et en mesure de se lier à l’extrémité - et la polymérisation va pouvoir se faire dans le bon sens. Ce complexe reste lié à l’extrémité -.
Le complexe ARP peut aussi se fixer sur le côté d’un autre MF, tout en restant lié à l’extrémité(-) du MF en croissance. Cela permet l’édification d’un
réseau ramifié.
Où dans la cellule se produit la nucléation?
La nucléation des MF se produit principalement au niveau de la membrane plasmique dans le cortex cellulaire
MF au cortex déterminent forme et mouvement en réponse à l’environnement
Expliquez en détail les rôles des formines.
Les formines sont capables d’initier la croissance de MF droits, non ramifiés qui peuvent, avec d’autres protéines accessoires de l’actine, former des faisceaux parallèles.
Elles possèdent un site de liaison pour l’actine monomérique; elles stimulent la polymérisation en « capturant » 2 monomères d’actine.
Le dimère de formine induit la polymérisation en fixant 2 monomères sur l’extrémité (+)
Tant que le MF grandit, la formine reste associée à l’extrémité (+) du MF.
Vrai ou faux? Les protéines accessoires fonctionnent beaucoup en monomères.
Faux. Elles fonctionnent beaucoup en dimères.
L’action des formines est augmentée par quoi?
L’action des formines est fortement augmentée par l’association des monomères d’actine à la profiline
Expliquez les fonctions de la thymosine.
La thymosine lie les monomères et les empêche de polymériser
Expliquez les fonctions de la profiline.
Elle accélère l’élongation. En effet, elle favorise la liaison des monomères à l’extrémité + en masquant le site du monomère liant l’extrémité -.
Que permet un contrôle local de l’activité de la profiline? Comment peut-on contrôler son activité?
Cela permet le contrôle de la croissance des MF.
Le contrôle local s’effectue par phosphorylation et par son recrutement sur un phosphaditylinositol à la membrane plasmique.
La profiline est en compétition avec la thymosine.
Comment expliquer le fait qu’il y a une plus grande concentration de monomères que la concentration critiques in vitro, mais cet actine ne peut toujours pas polymériser?
C’est à cause de la thymosine.
Donnez les caractéristiques de l’activité des protéines accessoires qui contrôlent le comportement des MFs en se liant à leur extrémité.
C’est la protéine CapZ
Un MF qui ne croît pas et qui n’est pas stabilisé dépolymérisera rapidement in vivo. La liaison d’une protéine de coiffe (CapZ) à l’extrémité + stabilise le filament en réduisant la croissance et la dépolymérisation.
En effet, sans cette protéine, il y a polymérisation rapide des filaments d’actine des deux extrémités.
Quand CapZ vient se lier à l’extrémité +, il empêche la croissance et la décroissance sur cette extrémité. La seule croissance possible est celle faite à l’extrémité -, c’est pourquoi le taux de croissance va diminuer.
Quelles sont les deux principales structures des microfilaments? Comment sont-elles formées?
En faisceaux
En réseaux de type gel ou dendritique.
Ces structures sont initiées par l’action de protéines de nucléation distinctes:
- Les longs MF droits produits par la formine s’organisent en faisceaux.
- Les complexes ARP forment des réseaux aidés en cela par les protéines de liaison croisée formant des gels.
Donnez des exemples des protéines de fasciculation et des protéines formant des gels.
- Protéines de fasciculation : fimbrine et a-actinine relient les MF en faisceaux parallèles.
- Protéines formant des gels - Filamine maintient les MF en un réseau de type gel ce qui est important pour la formation des lamellipodes (projections membranaires)
- Les protéines ERM (ezrine, radixine et moésine) : liaison à la membrane plasmique et permet les déformation du cortex et les changements de forme cellulaire
ARP2/3 (un complexe de 2 protéines): Pourquoi ne peuvent-elles pas former des filaments ?
Parce qu’elle a une homologie seulement pour une extrémité.
Vrai ou faux? La fimbrine peut organiser un réseau parallèle de filaments d’actine en faisceaux contractiles.
Faux.
Pourquoi CapZ peut transformer l’architecture d’un réseau d’actine lorsque présente à de faibles concentrations? Quel est son impact sur la Cc requise pour la polymérisation du filament?
CapZ stabilise le filament en réduisant la croissance et la dépolymérisation.
De plus, puisque CapZ se lie à l’extrémité +, la croissance se fait à partir de l’extrémité - donc la concentration critique devient celle de l’extrémité - = augmente.
L’importance de la force générée par la polymérisation de l’actine est illustrée par quoi?
L’importance de la force générée par la polymérisation de l’actine est illustrée par le fait que des pathogènes (bactéries et virus) exploitent cette machinerie cellulaire à leurs propres fins.
La listeria active le complexe Arp2/3 pour se propulser dans la cellule!
