Cours 7 - Cytosquelette

Question 1

Quels sont les 3 filaments majeurs présents dans le cytosquelette?

Answer 1

• Les filaments d’actine (microfilaments)
• Les microtubules
• Les filaments intermédiaires

Question 2

Quelles sont les 2 formes de l’actine? Et sous quelle forme se retrouvent les sous-unités de l’actine?

Answer 2

Actine G (globulaire ou actine F (filamenteuse). Les sous-unités de l’actine sont des monomères.

Question 3

Il y a 3 sortes de filaments d’actine. Que sont-ils et quelles structures forment-ils?

Answer 3

• α-actine : structures contractiles
• β-actine : cortex cellulaire
• γ-actine : fibres de stress

Question 4

À quel endroit dans la cellule se produit la nucléation des filaments d’actine? Et comment sont appelées les 3 phases de polymérisation de l’actine?

Answer 4

Surtout au niveau de la membrane plasmique.

1. Nucléation
2. Élongation
3. Équilibre.

Question 5

Décrire comment se passe la polymérisation de l’actine.

Answer 5

Nucléation : forme une ‘‘amorce’’ pour la polymérisation. Étape la plus difficile ; la polymérisation sinon se fait assez rapidement.

Équilibre quand les monomères sont tous utilisés ; il y a autant d’ajout que de retrait de monomères d’actine.

Question 6

Expliquer le phénomène de tapis roulant ou de treadmilling vu chez les filaments d’actine.

Answer 6

À une certaine concentration, la polymérisation à l’extrémité (+) égale la dissociation à l’extrémité (-).

Question 7

Nommer des protéines (5) qui peuvent influencer la dynamique de formation de microfilaments.

Answer 7

• Des protéines qui influencent le taux d’incorporation et/ou l’accessibilité du G actine
• Des protéines qui promeuvent la nucléation
• Protéines qui stabilisent les filaments
• Protéines qui déstabilisent les filaments
• Les protéines de coiffage

Question 8

La quantité d’actine présente dans une cellule est nettement supérieure à la quantité nécessaire pour la polymérisation in vitro. Il faut donc une régulation. Quels sont les 3 acteurs impliqués dans cette régulation et leur rôle?

Answer 8

1. Profiline. Favorise l’incorporation d’actine dans les filaments en permettant un recyclage d’actine-ADP en actine-ATP. Sous la forme ATP, il y aura plus d’actine incorporé dans les filaments.
2. Cofiline. Se fixe aux filaments d’actine et fait un enroulement plus serré, ce qui fragilise le fragment et le rend plus facile à couper en plus de favoriser la dissociation aux sous-unités à l’extrémité (-). La cofiline préfère l’extrémité sous-forme D (ADP, signifie que le fragment est plus vieux).
3. Thymosine. Fixation aux monomères d’actine (séquestration) et nuit à sa capacité d’être incorporée dans les filaments.

Question 9

Les extrémités des filaments d’actine peuvent interagir avec des protéines de coiffage. En nommer quelques unes et expliquer l’impact de leur liaison. Quel signal régule le coiffage?

Answer 9

CapZ se lie à l’extrémité (+) et d’autres comme la tropomoduline lie l’extrémité (+).

L’ajout d’une coiffe inhibe la polymérisation en stabilisant le filament. Ces protéines de coiffage sont contrôlées par des voies de signalisation qui produisent du PIP2, ce qui provoque le décoiffage des extrémités (+) en inhibant CapZ), ce qui permet plus de polymérisation à la surface de la cellule.

Question 10

La nucléation est une étape cruciale pour débuter la polymérisation de l’actine. Quelle protéine est impliquée dans la catalysation de ce phénomène? Comment?

Answer 10

Les protéines Formines catalysent la nucléation des filaments d’actine. Elles interagissent avec l’extrémité (+) de l’actine et catalyse l’ajout de plus d’actine et empêche en même temps la liaison avec des protéines de coiffage.

Question 11

Expliquer le lien entre les GTPases Rho, la formine et la profiline.

Answer 11

Rho interagit avec la formine. Ouverture de la protéine via interaction avec Rho : polymérisation possible et recrutement de profiline qui stimule la polymérisation.

Question 12

Expliquer les rôles du complexe ARP2/3 dans la polymérisation de l’actine. Quelle protéine doit activer ce complexe?

Answer 12

ARP2/3 (actin related protein) est un complexe important dans la nucléation. Interagissent avec l’extrémité (-) de l’actine. Le complexe est activé par un NPF (nucleation promotion factor).

En plus de catalyser la nucléation de l’actine, ARP2/3 peut interagir avec les côtés d’un autre filament d’actine et former des réseaux ramifiés.

Question 13

Nommer des rôles du NPF WASp. (2) Comment ce complexe est-il activé?

Answer 13

• Formation de filopodes qui sont importants pour la mobilité de certaines cellules immunitaires.
• Aide à la formation de la synapse immunitaire
• Endocytose

NPF WASp est activé par la GTPase Cdc42 et le PIP2.

Question 14

Expliquer qu’est-ce qui se passe au niveau de l’actine et d’autres facteurs lors de l’endocytose.

Answer 14

L’induction de l’endocytose induit le recrutement d’une protéine NPF (WASp), le changement du PIP en PIP2 et la polymérisation d’actine provoque l’élongation du ‘‘cou’’. En effet, la polymérisation d’actine va pousser les vésicules vers l’intérieur en formant des filaments derrière la vésicule.

À la fin de l’endocytose, le PIP2 sera transformé, donc les Rho-GTPases ne seront plus activées et les microfilaments se dépolymérisent.

Question 15

Nommer des façons dont les bactéries peuvent utiliser le cytosquelette pour se propager dans les cellules. (2)

Answer 15

• Formation de comètes d’actine pour la mobilité dans la cellule.
• Activation des GTPases rho pour induire la phagocytose.

Question 16

Les gelsolines sont des protéines qui déstabilisent les filaments. Expliquer comment et indiquer le rôle de cette déstabilisation ainsi que les facteurs qui contrôlent la gelsoline.

Answer 16

Ce sont des protéines de coiffage qui, lorsqu’activées, peuvent s’introduire dans un microfilament, le briser et coiffer l’extrémité (+). Ce bris permet un remodelage des structures d’actine, ce qui permet entre autres le mouvement de la cellule.

Elle est activée par des ions calcium et inhibée par le PIP2 produit près de la membrane plasmique.

Question 17

Les protéines motrices peuvent transformer l’énergie chimique (ATP) en énergie mécanique. Quelles sont les 3 classes de protéines motrices et dans quelle direction vont-elles?

Answer 17

• Kinésine : se déplace sur les microtubules dans la direction de l’extrémité (+)
• Dynéine : se déplace sur les microtubules dans la direction de l’extrémité (-)
• Myosine : se déplace sur les microfilaments d’actine dans la direction de l’extrémité (+)

Question 18

Expliquer comment les cellules peuvent se déplacer en utilisant les filaments d’actine et inclure les structures impliquées.

Answer 18

Les filaments ont toujours l’extrémité (+) vers la membrane plasmique. En polymérisant, ça pousse la membrane plasmique vers l’avant. Puisque l’actine n’est pas en quantité illimitée, il faut défaire les microfilaments et les refaire grâce à ARP (nucléation), les gelsolines (remodelage des structures) et à la cofiline (dégradation des vieilles parties) entre autres.

Question 19

Quelles sont les 2 fonctions de la myosine II durant la migration d’une cellule?

Answer 19

1. Tire de façon perpendiculaire sur les filaments d’actine. Si elle tirait juste en avant, on aurait une grosse crêpe. Permet le focus dans une seule direction en tirant sur les côtés.
2. Au centre : association avec myosine sur des focaux d’adhésion (sur une surface). Permet de tirer par en avant en contractant la cellule au complet dans le sens de la migration.

Question 20

La myosine est régulée différemment dans les cellules de muscle squelettique et dans les cellules non-musculaires. Expliquer la différence.

Answer 20

Muscles squelettique : régulation par la tropomyosine.

Cellules non-musculaires : régulation par la kinase MLCK (myosin light chain kinase), qui est contrôlée par des Rho GTPases.

Question 21

Quelle GTPase permet la formation de filopodes? Comment?

Answer 21

L’activation du Cdc42 mène à la formation de filopodes. Quand il y a des facteurs de croissance, Cdc42 est lié au GTP et va activer la Par6 qui donne une polarité et WASP. WASP active Arp2/3 qui permet la polymérisation de l’actine qui mène à la formation de filopodes.

Question 22

Quelle GTPase permet la formation de lamellipodes? Comment?

Answer 22

Lorsque Rac est activé par un facteur de croissance, il est activé en se liant à un GTP. Cette activation va activer la filamine en plus d’activer WAVE qui va activer Arp2/33. Ceci va mener à la polymérisation de l’actine qui va former des lamellipodes.

Question 23

Quelle GTPase permet la formation de fibres de stress et la contraction? Comment?

Answer 23

La liaison d’acide lysophophatidique (ALP) active Rho. Rho va activer la formine qui va faire polymériser de l’actine.

Parallèlement, il va y avoir activation de la Rho kinase. À l’aide de la MLCK (myosin light chain kinase), il va y avoir activation de la myosine qui va permettre la formation des fibres de stress.

Question 24

Expliquer comment un macrophage peut détecter et suivre une bactérie pour le phagocytoser.

Answer 24

Le neutrophile ‘‘voit’’ la bactérie via ses PAMPs détectés par les GPCRs - induisent des voies de signalisation qui activent des GEFs. Le recrutement d’un GEF va activer Rho GTPase qui active les voies de signalisation. On veut suivre la bactérie : il faut donc pousser la cellule vers l’avant. Surtout la formation de lamellipodes juste en proximité de la bactérie pour la suivre. Rac GTPase va être activée pour suivre la bactérie.

Les GPCR font des seconds messagers qui activent Rac. Ce second messager n’est pas durable : il va se retrouver seulement près de la bactérie! En même temps, la même GPCR produit un second messager plus durable qui active Rho : permet de faire des fibres de stress qui tire vers l’avant.

Question 25

Qu’est-ce qui forme les microtubules? Quel est le rôle des sous-unité? Et quelles sont les 2 formes des sous-unités?

Answer 25

Les microtubules sont formés de sous-unités de tubuline sous forme de dimère (α et β). C’est une enzyme qui catalyse l’hydrolyse de GTP en GDP et cette activité est accélérée quand les sous-unités sont incorporées dans des filaments.

Les sous-unités de tubuline ont 2 formes : forme T (GTP) et forme D (GDP). La forme T favorise la polymérisation et la forme D favorise la dissociation.

Question 26

Les microtubules peuvent être munies de coiffes. Quel est le rôle de ces coiffes?

Answer 26

Coiffe T : stable.

Coiffe D : moins stable - dépolymérisation.

Question 27

Expliquer le principe de l’instabilité dynamique et son rôle.

Answer 27

Si un filament perd sa coiffe de GTP (ou ATP dans le cas de l’actine), la dissociation sera favorisée : une catastrophe.

En même temps, le filament peut être « sauvé » par le gain stochastique d’une coiffe.

Comme le tapis roulant des microfilaments, l’instabilité dynamique permet le recyclage rapide des microtubules, ce qui leur permet une réponse rapide aux stimuli qui nécessitent un changement dans ces structures.

Question 28

Quels sont les 4 différents types de protéines qui peuvent réguler les microtubules?

Answer 28

• Des protéines qui influencent le taux d’incorporation et/ou
  l’accessibilité de la tubuline
• Des protéines qui promeuvent la nucléation
• Protéines qui stabilisent les filaments
• Protéines qui déstabilisent les filaments

Question 29

Dans les cellules animales, où commencent les microtubules?

Answer 29

Au MTOC, soit le centrosome.

Question 30

Qu’est-ce qui initie la polymérisation des microtubules? Ça interagit avec quelle partie des microtubules? Et où se retrouve ces complexes?

Answer 30

Les complexes en anneau de tubuline γ. Ils interagissent avec l’extrémité (-) des sous-unités de tubuline. Ils se localisent dans la matrice fibreuse du centrosome.

Question 31

Vrai ou faux : l’extrémité (+) des microtubules se retrouve près du centrosome de la cellule.

Answer 31

Faux : l’extrémité (-) est près du centrosome.

Question 32

Expliquer pourquoi le golgi se retrouve tout près des centrosomes.

Answer 32

Le golgi reçoit beaucoup de vésicules de COPII provenant du RE. Ces vésicules sont dirigées par les protéines motrices vers l’extrémité (-) des microtubules par les dynéines, c’est-à-dire vers le centrosome. C’est à cet endroit où les vésicules vont fusionner ensemble et former le golgi.

Question 33

Pourquoi est-ce qu’une inhibition de la polymérisation des microtubules pourrait avoir un impact sur la localisation du golgi?

Answer 33

Sans microtubules, les vésicules avec les protéines du golgi sont ‘‘perdues’’ et ne fusionnent pas ensemble pour former le golgi.

Question 34

Dans les cellules neuronales, des structures spécialisées sont nécessaires pour former un réseau de microtubules. Quelles 2 molécules sont impliquées dans l’espacement des microtubules et qu’est-ce qui les différencie?

Answer 34

MAP2 (microtubule-associated proteins) et Tau : MAP2 est plus longue que Tau, donc permet plus d’espacement. Dans l’axone, on veut des faisceaux plus serrés, donc on utilise Tau.

Question 35

Expliquer le rôle de la katanine dans l’axone et le corps du neurone et son lien avec Tau.

Answer 35

Structure dans les neurones grâce à la Katanine qui coupe les microtubules en 2 comme un katana. Ne va pas dépolymériser, juste les couper en morceau.

Début de la production du microtubule dans le MTOC. Pour les envoyer dans l’axone, on les produit et on les coupe. Dans l’axone, interaction avec Tau qui va inhiber la katanine.

Question 36

La stathmine est une protéine qui limite la polymérisation des microtubules. Comment? En quoi son action contribue à l’instabilité dynamique?

Answer 36

La stathmine se fixe à 2 dimères de tubuline et nuit à leur capacité à être incorporé dans les filaments en hydrolysant le GTP en GDP. Elle contribue à l’instabilité dynamique parce qu’elle augmente la chance d’une catastrophe.

Question 37

Dans les cellules cancéreuses, les stathmines sont surexprimées. Pourquoi?

Answer 37

Elles contribuent au renouvellement dynamique des cellules.

Question 38

Que sont les + TIPS? Donner 2 exemples et donner leur rôle.

Answer 38

Ce sont des protéines qui lient les extrémités (+) des microtubules pour affecter (positivement ou négativement) leur stabilité.

• XMAP : stabilisent les microtubules en présentant des dimères de tubuline aux microtubule.
• Kinésine-13 : déstabilise en ‘‘marchant’’ sur le microtubule et en arrachant sur son passage des bouts de microtubule.

Question 39

Quels sont les 2 grands groupes de kinésines selon leur cargaison?

Answer 39

• Kinésines cytosoliques : transportent des vésicules et organites. Formé de la kinésine I (lysosomes), KIF1 (mitochondries) et KIF1A (vésicules synaptiques).
• Kinésines mitotiques : participent à l’assemblage du fuseau mitotique et à la répartition des chromosomes.

Question 40

Comment se fait le déplacement des kinésines sur les microtubules? Vers quelle extrémité vont-elles?

Answer 40

Les têtes lient l’ATP et les microtubules et fonctionnent de façon coordonnée pour marcher. Elles vont vers l’extrémité (+) des microtubules.

Question 41

Quels sont les 2 groupes de dynéines? Et elles se déplacent dans quelle direction?

Answer 41

• Dynéines cytosoliques : déplacement des vésicules et chromosomes, associées à la dynactine pour lier la cargaison.
• Dynéines axonémales : permettent le battement de cils et de flagelles.

Le transport est axonal rétrograde et se fait du golgi vers les centrosomes.

Question 42

Certains organites comme les mitochondries se retrouvent partout dans la cellule. Comment la cellule s’assure-t-elle qu’il y en a partout?

Answer 42

Interaction avec kinésines et/ou dynésines de façon aléatoire. Ces protéines motrices vont dans des directions opposées, donc on a des mitochondries un peu partout.

Question 43

Expliquer comment se fait le changement de couleur soudain de certains poissons.

Answer 43

Changement de couleur chez le poisson grâce au mouvement des mélanosomes. On y retrouve la mélanine et on les place dans une certaine conformation dans la cellule. Pour changer de couleur : déplacement de ces mélanosomes.

Normalement : kinésine + dynéine. Changement de couleur (moins foncé) : concentration au milieu de la cellule en inactivant la kinésine.

Question 44

Comment est-ce que Salmonella peut profiter de l’activation des kinésines?

Answer 44

Endocytose des bactéries : activation des kinésines permet d’éviter le lysosome pour les envoyer vers la périphérie de la cellule - inhibition de la maturation des phagosomes. Pas d’acidification = pas de fusion avec les lysosomes.

Question 45

Les ARNm qui doivent être traduits à des endroits spécifiques dans la cellule peuvent interagir avec quelles protéines cellulaires?

Answer 45

Avec des protéines motrices ou directement avec le cytosquelette.

Question 46

Vrai ou faux : le transport à longue distance d’un ARNm se fait via les microfilaments et, une fois près de la membrane plasmique, se lie avec les microtubules.

Answer 46

Faux : l’inverse.

Question 47

Expliquer le processus par lequel un ARNm est envoyé dans une cellule fille lors de la division cellulaire.

Answer 47

Certains ARNm peuvent interagir avec des protéines qui peuvent interagir avec une myosine qui marche sur l’actine, ce qui va pousser l’actine vers la cellule fille. Donc, la molécule d’ARN sera envoyée dans la cellule fille.

Question 48

En quoi est-ce que le transport d’organite entre les cellules est important? Comment se passe-t-il?

Answer 48

Dans le cas des mélanosomes, ils sont uniquement produits dans les mélanocytes. Ils doivent donc être envoyés dans les cellules avoisinantes via l’exocytose.

Envoi de l’organite juste à côté de la membrane plasmique, poussée à l’extérieur et endocytose à la cellule adjacente grâce à l’interaction avec la myosine.

Question 49

Quels sont les rôles (2) des filaments intermédiaires?

Answer 49

• Donner de la force et résistance à la traction

- Rôles structuraux

Question 50

En quoi les filaments intermédiaires diffèrent des filaments d’actine et de tubuline? (3)

Answer 50

• Ne fixent pas un nucléotide
• N’ont pas de polarité (les sous-unités tétramériques sont formées de dimères à super enroulement qui se dimèrisent têtes à queues.
• Pas de fonction de mobilité.