Caractéristiques du cytosquelette, fonctions, structure et composants

Le cytosquelette c'est une structure cellulaire composée de filaments. Il est dispersé par le cytoplasme et sa fonction principale est le maintien de l'architecture et de la forme cellulaire. Structurellement, il est composé de trois types de fibres, classées selon leur taille.

Ce sont les fibres d'actine, les filaments intermédiaires et les microtubules. Chacun accorde une propriété spécifique au réseau. L'intérieur cellulaire est un environnement où se produisent le déplacement et le transit des matériaux. Le cytosquelette intervient dans ces mouvements intracellulaires.

Par exemple, les organites - tels que les mitochondries ou l'appareil de Golgi - sont statiques dans l'environnement cellulaire; ils se déplacent en utilisant le cytosquelette comme voie.

Bien que le cytosquelette prédomine clairement chez les organismes eucaryotes, une structure analogue a été rapportée chez les procaryotes.

Index

• 1 Caractéristiques générales
• 2 fonctions
  • 2.1 forme
  • 2.2 Mouvement et jonctions cellulaires
• 3 Structure et composants
  • 3.1 Filaments d'actine
  • 3.2 Filaments intermédiaires
  • 3.3 Microtubules
• 4 Autres implications du cytosquelette
  • 4.1 chez les bactéries
  • 4.2 Dans le cancer
• 5 références

Caractéristiques générales

Le cytosquelette est une structure extrêmement dynamique qui représente un "échafaudage moléculaire". Les trois types de filaments qui le constituent sont des unités répétitives pouvant former des structures très différentes selon la manière dont ces unités fondamentales sont combinées.

Si nous voulons créer une analogie avec le squelette humain, le cytosquelette est équivalent au système osseux et, en outre, au système musculaire.

Cependant, ils ne sont pas identiques à un os car les composants peuvent être assemblés et désintégrés, ce qui permet des changements de forme et donne de la plasticité à la cellule. Les composants du cytosquelette ne sont pas solubles dans les détergents.

Fonctions

Forme

Comme son nom l'indique, la fonction "intuitive" du cytosquelette est de fournir une stabilité et une forme à la cellule. Lorsque les filaments sont combinés dans ce réseau complexe, cela donne à la cellule la propriété de résister à la déformation.

Sans cette structure, la cellule ne pourrait pas conserver une forme spécifique. Cependant, c'est une structure dynamique (contrairement au squelette humain) qui donne aux cellules la propriété de changer de forme.

Mouvement et jonctions cellulaires

De nombreux composants cellulaires sont liés à ce réseau de fibres dispersées dans le cytoplasme, contribuant à leur disposition spatiale.

Une cellule ne ressemble pas à un bouillon avec différents éléments flottant à la dérive; ce n'est pas non plus une entité statique. Au contraire, c'est une matrice organisée avec les organites situés dans des zones spécifiques, et ce processus se produit grâce au cytosquelette.

Le cytosquelette est impliqué dans le mouvement. Cela se produit grâce aux protéines motrices. Ces deux éléments se combinent et permettent des déplacements dans la cellule.

Il participe également au processus de phagocytose (processus par lequel une cellule capture une particule de l'environnement externe, qui peut être ou non de la nourriture).

Le cytosquelette permet de connecter la cellule à son environnement externe, physiquement et biochimiquement. Ce rôle de connecteur est ce qui permet la formation des tissus et des jonctions cellulaires.

Structure et composants

Le cytosquelette est composé de trois types de filaments différents: l'actine, les filaments intermédiaires et les microtubules.

Actuellement, un nouveau candidat est proposé comme quatrième brin du cytosquelette: septina. Ensuite, chacune de ces parties est décrite en détail:

Filaments d'actine

Les filaments d'actine ont un diamètre de 7 nm. Ils sont également connus sous le nom de microfilaments. Les monomères qui constituent les filaments sont des particules en forme de ballon.

Bien qu’il s’agisse de structures linéaires, elles n’ont pas de forme de «barre»: elles pivotent sur leur axe et ressemblent à une hélice. Ils sont liés à une série de protéines spécifiques qui régulent leur comportement (organisation, localisation, longueur). Il existe plus de 150 protéines capables d'interagir avec l'actine.

Les extrêmes peuvent être différenciés; l'un s'appelle plus (+) et l'autre moins (-). À ces extrêmes, le filament peut croître ou être raccourci. La polymérisation est nettement plus rapide à l'extrême; pour que la polymérisation se produise, l'ATP est nécessaire.

L'actine peut également être un monomère et être libre dans le cytosol. Ces monomères sont liés à des protéines qui empêchent leur polymérisation.

Fonctions des filaments d'actine

Les filaments d'actine ont un rôle lié au mouvement des cellules. Ils permettent à différents types de cellules, à la fois des organismes unicellulaires et multicellulaires (par exemple, les cellules du système immunitaire), de se déplacer dans leur environnement.

L'actine est bien connue pour son rôle dans la contraction musculaire. Avec myosine, ils sont regroupés dans les sarcomères. Les deux structures rendent ce mouvement dépendant de l'ATP possible.

Filaments intermédiaires

Le diamètre approximatif de ces filaments est de 10 µm; d'où le nom "intermédiaire". Son diamètre est intermédiaire par rapport aux deux autres composants du cytosquelette.

Chaque filament est structuré comme suit: une tête en forme de ballon à l'extrémité N-terminale et une queue ayant une forme similaire au niveau du carbone terminal. Ces extrémités sont reliées entre elles par une structure linéaire formée par des hélices alpha.

Ces "cordes" ont des têtes globulaires qui ont la propriété de s'enrouler avec d'autres filaments intermédiaires, créant des éléments entrelacés plus épais.

Les filaments intermédiaires sont situés dans le cytoplasme cellulaire. Ils s'étendent jusqu'à la membrane et s'y attachent souvent. Ces filaments se retrouvent également dans le noyau, formant une structure appelée "lamina nucléaire".

Ce groupe est classé en sous-groupes de filaments intermédiaires:

- filaments de kératine.

- Filaments de vimentine.

- Neurofilaments.

- Plaques nucléaires.

Fonction des filaments intermédiaires

Ce sont des éléments extrêmement forts et résistants. En fait, si on les compare aux deux autres filaments (actine et microtubules), les filaments intermédiaires gagnent en stabilité.

Grâce à cette propriété, sa fonction principale est mécanique, résistant aux changements cellulaires. Ils sont abondamment trouvés dans les types de cellules qui subissent un stress mécanique constant; par exemple, dans les cellules nerveuses, épithéliales et musculaires.

Contrairement aux deux autres composants du cytosquelette, les filaments intermédiaires ne peuvent pas être assemblés et disposés à leurs extrémités polaires.

Ce sont des structures rigides (pour pouvoir remplir leur fonction: support cellulaire et réponse mécanique au stress) et l'assemblage des filaments est un processus dépendant de la phosphorylation.

Les filaments intermédiaires forment des structures appelées desmosomes. Avec une série de protéines (cadhérines), ces complexes sont créés pour former les liaisons entre les cellules.

Microtubules

Les microtubules sont des éléments creux. Ce sont les plus gros filaments qui constituent le cytosquelette. Le diamètre des microtubules dans sa partie interne est d'environ 25 nm. La longueur est assez variable, comprise entre 200 et 25 µm.

Ces filaments sont indispensables dans toutes les cellules eucaryotes. Ils émergent (ou naissent) de petites structures appelées centrosomes, et de là ils s'étendent jusqu'aux bords de la cellule, contrairement aux filaments intermédiaires, qui s'étendent dans tout l'environnement cellulaire.

Les microtubules sont constitués de protéines appelées tubulines. La tubuline est un dimère formé par deux sous-unités: l'α-tubuline et la β-tubuline. Ces deux monomères sont liés par des liaisons non covalentes.

L'une de ses caractéristiques les plus importantes est la capacité de croissance et de raccourcissement, étant des structures très dynamiques, comme dans les filaments d'actine.

Les deux extrémités des microtubules peuvent être différenciées les unes des autres. On dit donc que dans ces filaments il y a une "polarité". A chaque extrémité appelée plus positive et moins ou négative, le processus d'auto-assemblage se produit.

Ce processus d'assemblage et de dégradation du filament donne lieu à un phénomène "d'instabilité dynamique".

Fonction des microtubules

Les microtubules peuvent former des structures très diverses. Ils participent aux processus de division cellulaire, formant le fuseau mitotique. Ce processus aide chaque cellule fille à avoir un nombre égal de chromosomes.

Ils forment également les appendices en forme de fouet utilisés pour la mobilité cellulaire, tels que les cils et les flagelles.

Les microtubules servent de voies ou de "routes" dans lesquelles se déplacent différentes protéines ayant une fonction de transport. Ces protéines sont classées en deux familles: les kinésines et les dynéines. Ils peuvent parcourir de longues distances dans la cellule. Le transport sur de courtes distances est généralement effectué sur actine.

Ces protéines sont les "piétons" des routes formées par les microtubules. Son mouvement ressemble beaucoup à une promenade sur le microtubule.

Le transport implique le déplacement de différents types d'éléments ou de produits, tels que des vésicules. Dans les cellules nerveuses, ce processus est bien connu, car les neurotransmetteurs sont libérés dans les vésicules.

Les microtubules participent également à la mobilisation des organites. En particulier, l’appareil de Golgi et le réticulum endosplasmique dépendent de ces filaments pour se positionner correctement. En l'absence de microtubules (dans les cellules mutées expérimentalement), ces organelles modifient sensiblement leur position.

Autres implications du cytosquelette

Dans les bactéries

Dans les sections précédentes, le cytosquelette des eucaryotes a été décrit. Les procaryotes ont également une structure similaire et ont des composants analogues aux trois fibres qui composent le cytosquelette traditionnel. A ces filaments s'ajoute celui de la bactérie: le groupe MinD-ParA.

Les fonctions du cytosquelette chez les bactéries sont assez similaires aux fonctions qu'elles remplissent chez les eucaryotes: support, division cellulaire, maintien de la forme cellulaire, entre autres.

Dans le cancer

Cliniquement, les composants du cytosquelette ont été associés au cancer.Comme ils interviennent dans les processus de division, ils sont considérés comme des "cibles" pour pouvoir comprendre et attaquer le développement cellulaire incontrôlé.

Références

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