Biomécanique Cellulaire appliquée au Système Respiratoire. Flashcards
Quels sont les 3 principaux réseaux de filaments dans la cellule ?
Leurs tailles ?
- Microfilaments d’actine : fibres de stress, elles sont interconnectées entre elles
- Microtubules : rôle dans la division cellulaire
- Filaments intermédiaires : lien entre les microfilaments d’actine et les microtubules
- Microfilament 7nm (diamètre) et sont constitués d’actines globulaires qui vont s’associer du côté + pour faire la polymérisation et se dissocier du coté – pour faire la dépolymérisation.
- Filaments intermédiaire 10nm
- Microtubules 25nm
Le cytosquelette est-il une structure dynamique ?
Le cytosquelette (CSQ) est une structure dynamique avec un remaniement continuel via une polymérisation/dépolymérisation des microfilaments et des microtubules, ce qui permet aux structures d’actines de créer des réseaux et de changer l’axe du cytosquelette
Le cytosquelette permet donc une connexion entre les structures intracellulaire mais aussi une connexion intercellulaire avec la possibilité d’interagir avec d’autres organites au niveau de la membrane.
Par quelles structures la cellule est-elle attachée à son environnement ?
Les filaments d’actine relient la cellule a son substrat et créent un système mécanique. Ils se rejoignent au niveau des ponts d’adhésion focaux : cela permet à la cellule d’adhérer aux autres cellules et à un support. La cellule n’est pas en suspend dans un milieu liquide mais attachée par des points d’adhésion focaux à son environnement.
La strucutre des filaments diffère selon si la cellule est quiescente ou en mouvement :
- Cellule quiescente : filaments intermédiaires (vert) restent autours du noyau, microtubules partent du centrosome (bleu). Filaments d’actine en rouge.
- En mouvement il y a une forme très différente : les filaments intermédiaires restent autours du noyau mais les filaments d’actine s’organisent de manière différente pour former le lamellipode via un système de polarisation. C’est ce lamellipode qui va donner le sens de direction de mouvement de la cellule. Dans l’exemple si dessous, la cellule se dirige vers la droite.
Le cytosquelette permet une tension interne: (2 expériences)
Grâce aux mouvements du cytosquelette la cellule est en tension interne ce qui signifie que tous les éléments à l’intérieur de la cellule vont travailler en permanence pour ramener les cellules vers l’intérieur.
- Fibroblastes cultivés sur un support souple : on voit un mouvement de plissement du substrat (comme un tissu qu’on rapproche)
- Cellules épithéliales alvéolaire cultivées sur support rigide : on voit les fibres de stress reliées entre elles et qui relient les cellules et une courbure d’organisation des cellules. Une cellule va ramener les autres cellules vers elle. C’est comme si tout le matériel cellulaire allait vers l’intérieur et permettait une attraction vers le centre. Cela met en évidence qu’il y a des forces biomécaniques qui agissent dans l’environnement à l’intérieur de la cellule mais également à l’extérieur de la cellule et qui vont relier les cellules entre elles grâce à ces filaments
Comment fonctionne la tenségrité de la cellule :
Définition tenségrité ?
Définition du système qui la permet ? (3 mots clés)
- La tenségrité est l’intégrité de la tension c’est-à-dire que la structure tient en autosuffisance de sa tension interne.
- Les mots clés du système de tenségrité et donc de la tension interne : c’est un système réticulé (avec pleins de câbles dans toutes les directions), spatial (qui va être développé dans les 3 plans de l’espace) et autocontraint.
La cellues est-elle indépendante de son environnement ?
La cellule est en auto-équilibre et avec son environnement auquel elle est reliée par des points spécifiques. Autrement dit, la cellule n’est pas seule et elle est en permanence en interaction avec le micro-environnement
En appliquant une force extérieure on peut modifier structure de cellule. Réciproquement, la cellule par modification interne va avoir une influence sur le microenvironnement par modification de la structure globale
La polymérisation nécessite-t-elle une tension ?
C’est-à-dire que si cette polymérisation se fait c’est parce qu’il y a une tension qui est exercée sur la cellule. Si brutalement on arrête cette tension il va y avoir un désassemblage.
La cellule a donc une tension interne propre, mais a besoin également d’une intéraction avec l’extérieure et qu’une tension soit appliquée sur la cellule pour qu’elle puisse être active.
Si on relâche toute la structure, la cellule devient quiescente et ne bouge plus. Lorsque la cellule change de forme elle change également de fonction.
La biomécanique a un rôle sur la fonction de la cellule
Rôles/nombre des protéines de jonction ?
Les protéines de jonction permettent d’associer les réseaux entre eux et d’associer la membrane aux filaments d’actine ce qui permet la contraction des filaments d’actine et cette structure dynamique. (cette notion peut également tomber à l’examen)
Exemple de variétés d’assemblage grâce aux protéines de liaisons :
- Protéines de faisceau avec la fimbrine (en vert) qui est une protéine de liaison qui va permettre de créer un réseau parallèle entre les filaments d’actine. C’est ce réseau parallèle qui va être à l’origine de la formation du filopode et permettre par expansion la migration des cellules cancéreuses par exemple
- Protéines de gel avec un dimère de fimbrine (en vert) : permet une angulation qui participe au contrôle cellulaire
L’organisation de ce faisceau va créer soit des fibres parallèles de tension qui vont permettre la contraction de la cellule soit une organisation en gel qui va participer au contrôle cellulaire.
Donc une organisation en réseaux différents va aboutir à des fonctions différentes de la même cellule
La régulation de l’adhésion de la cellule est sous le contrôle de quelles protéines ?
La cellule se détache sous l’influence de RHO GTPase et crée des nouveaux points d’adhésion focaux sous l’influence de RAC.
2 exemples de systèmes actifs capable de générer des forces ?
- Actomyosine :moteur moléculaire de tension interne de la cellule capable de créer des forces. Il est couplé à l’actine
- dynéine et kinésine : actif dans les cils, couplés aux microtubule).
Ces systèmes actifs nécessitent de l’énergie pour fonctionner : l’ATP (adénosine triphosphate)
Sites d’adhésion focaux:
De quelles structures sont composés les points focaux ?
- Intégrines (protéines transmembranaires qui constituent un lien physique continu entre la matrice extracellulaire et la structure intracellulaire).
- Protéines de liaison se fixent par centaines à l’intégrine et participent à l’adhésion de la cellule à son environnement.
2 éléments cruciaux pour la formation de points focaux ?
Régulation :
- Mécanique = forces mécaniques
- Chimique : par l’influence de petite protéines chapeaux qui figent la polymérisation et la cellule.
La construction des points d’adhésion focaux se fait progressivement et ils évoluent d’une structure simple à une structure très organisée, complexe, qui va coupler les intégrines entre elles et les filaments d’actine entre eux. La maturation des sites d’adhésion se fait sous l’influence de forces. Initialement, ils ne résistent qu’à des forces aux alentours du piconewton puis progressivement ils deviennent capable de résister à des forces allant de 10 à 100 nanonewton.
Exemple de la formation de l’endothélium :
Il ne faut pas que la cellule se fasse arrachée par le flux sanguin. Il faut donc qu’elle ait une force importante pour adhérer à l’endothélium. C’est grâce à cette force et à la création de points focaux d’adhésion que l’endothélium est créé et peut résister au flux sanguin. Il faut donc un équilibre afin qu’il y ait assez de force pour que le point focal puisse s’organiser mais pas trop sinon il va lâcher avant la fin de sa maturation. Il faut laisser le temps aux fibres d’adhésion de s’organiser pour résister à l’arrachement.
Adaptabilité de la cellule au substrat:
Des cellules, en fonction de l’environnement où elles se trouvent, sont sensibles à la rigidité du substrat et donc à l’environnement biomécanique où elles se trouvent.
La modification du substrat va modifier la forme du cytosquelette ce qui va entrainer une modification de la fonction de la cellule rien qu’en modifiant la matrice
Une cellule isolée est beaucoup plus sensible à la modification du substrat qu’un tissu organisé où il y a une rigidification avec une structure figée car les cellules sont tellement connectées entre elle qu’elles vont former une structure de tenségrité et être moins sensible aux modifications de substrat.
Mécano-transducion :
Le microenvironnement peut donc transmettre un message au noyau via ce réseau d’actine d’intégrine. Il y a une signalisation très rapide vers le noyau qui est permise par la mécanique et pas seulement par des molécules chimiques. La vitesse de transmission d’une information par cette voie est de 30m/s c’est-à-dire qu’il faut 1ms pour transmettre une information par cette voie ce qui est beaucoup plus rapide que la translocation ou la diffusion. La voie biomécanique de communication de la cellule avec son environnement est très robuste et permet un dialogue très rapide.
