Cytosquelette Flashcards
1
Q
Qu’est-ce que procure le cytosquelette aux cellules?
A
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.
2
Q
La forme des cellules est définie par quoi? La forme des cellules détermine quoi?
A
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
3
Q
Des modifications dans la forme des cellules sont associées à quoi?
A
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.
4
Q
Les fonctions du cytosquelette dépendent de trois types de filaments. Quels sont-ils? Quelles sont leurs fonctions?
A
- 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).
5
Q
Comment comparer les trois types de filaments?
A
Ils possèdent des propriétés mécaniques et dynamiques et des rôles biologiques distincts.
6
Q
Comment caractériser la dynamique du cytosquelette?
A
Les filaments du cytosquelette sont dynamiques et adaptables. Ils sont solubles, donc
Réorganisation très rapide
Dans un état de flux perpétuel
7
Q
Les MT et les MF sont construits à partir de quoi? De quoi sont-ils capables?
A
Les MT et les MF sont construits à partir de sous-unités qui peuvent diffuser rapidement dans le cytoplasme
Capable d’une réorganisation rapide.
8
Q
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?
A
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.
9
Q
Quels sont les détails par rapport aux IF? Ils sont formés de quel type de sous-unités? Ils utilisent quel type d’énergie?
A
Les IF sont formés de sous-unités allongées et fibreuses
Ils n’hydrolysent pas d’ATP ou de GTP.
Ils ne sont pas polaires.
10
Q
Comment les sous-unités du cytosquelette (MT-MF et IF) sont maintenues ensembles? Qu’est-ce que cela permet?
A
Par des interactions faibles non-covalentes ce qui permet l’assemblage et le désassemblage rapide.
11
Q
Qu’est-ce que les protéines accessoires contrôlent? Qu’est-ce qu’elles incluent?
A
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
12
Q
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?
A
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
13
Q
Comment expliquer l’assemblage des microfilaments? Quelle est la différence entre ses deux extrémités?
A
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
14
Q
De quoi est composé le filament?
A
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.
15
Q
Quelle est l’étape limitante de la polymérisation d’un filament d’actine? Quelles sont les caractéristiques?
A
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.
16
Q
Expliquez la phase de la nucléation dans un tube à essai.
A
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.
17
Q
Expliquez comment l’ATP est utilisé par les filaments.
A
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.
18
Q
Quelles sont les caractéristiques des deux types de structures filamenteuses des filaments d’actine?
A
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.
19
Q
Quelles sont les différences entre la constante de dissociation (KD) de la forme D et de la forme T?
A
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
20
Q
De quoi dépend la forme D et la forme T?
A
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.
21
Q
Qu’est-ce que la concentration critique (Cc)? Qu’est-ce que la concentration de sous-unités (C)?
A
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.
22
Q
Pourquoi in vivo la concentration d’actine libre à l’équilibre est plus haute?
A
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).
23
Q
Que se passe-t-il à une concentration intermédiaire de sous-unités?
A
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 »
24
Q
Vrai ou faux? Lors du treadmilling, la longueur totale du filament augmente.
A
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.
25
Vrai ou faux? Les filaments d’actine sont enrichis au niveau de la périphérie.
Vrai.
26
Vrai ou faux? Les filaments intermédiaires n’ont aucun lien avec les MT et les MF?
Vrai.
27
Vrai ou faux? L’actine est une des protéines les plus abondantes même dans les cellules non-musculaires.
Vrai.
28
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.
29
Comment caractériser les différentes formes de l’actine?
50% forme libre et 50% forme de filaments
30
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
31
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.
32
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
33
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.
34
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.
35
Vrai ou faux? Les fonctions de la thymosine et de la profiline sont les mêmes.
Faux, elles sont exactement opposées.
36
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.
37
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
38
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.
39
Vrai ou faux? Les protéines accessoires fonctionnent beaucoup en monomères.
Faux. Elles fonctionnent beaucoup en dimères.
40
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
41
Expliquez les fonctions de la thymosine.
La thymosine lie les monomères et les empêche de polymériser
42
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 -.
43
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.
44
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.
45
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.
46
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:
1. Les longs MF droits produits par la formine s'organisent en faisceaux.
2. Les complexes ARP forment des réseaux aidés en cela par les protéines de liaison croisée formant des gels.
47
Donnez des exemples des protéines de fasciculation et des protéines formant des gels.
1. Protéines de fasciculation : fimbrine et a-actinine relient les MF en faisceaux parallèles.
2. 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
48
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.
49
Vrai ou faux? La fimbrine peut organiser un réseau parallèle de filaments d’actine en faisceaux contractiles.
Faux.
50
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.
51
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!
52
Comment les protéines font-elles pour se déplacer le long d'un filament?
Les protéines motrices s’associent à un filament polaire (soit la F-actine ou un microtubule) et utilise l’énergie dérivée de cycles répétés d’hydrolyse de l’ATP pour se déplacer le long du filament.
53
Vrai ou faux? Il y a des protéines motrices associées aux filaments intermédiaires.
Faux, ces filaments ne sont pas polaires, donc les protéines motrices ne peuvent pas s'y associer.
54
Quels sont les deux rôles principaux des protéines motrices?
1 : Transport d’organelles membranaires : mitochondries, membranes du Golgi, endosomes et vésicules de sécrétion (transport courte distances sur les MF, tandis que transport longue distance sur les MT)
2 : Promeut le glissement de filaments l’un sur l’autre pour exercer une « tension » générant ainsi la force qui dirige plusieurs processus telles que la contraction musculaire, le battement des cils/microvilli ou la division cellulaire;
55
Quelle est une des propriétés fondamentales des MF dans les cellules musculaires et non musculaires?
Une propriété fondamentale des MF est la formation de structures contractiles qui relient les MF entre eux et les fait glisser les uns sur les autres par l’intermédiaire de la myosine
L’actine et les myosines (une superfamille) remplissent des rôles importants dans les cellules musculaires, mais aussi dans les cellules non musculaires
56
Quelle est une forme d'actine et de myosine dans des celllules non musculaires? Quelles sont leurs caractéristiques? Quelle enzyme est impliquée?
Les fibres de stress. Elles permettent de donner une certaine tension au cortex.
Ces fibres vont s'ancrer dans les plaques d'adhérence dans la cellule (adhésion focale)
FAK: tyrosine kinase cytoplasmique associée aux intégrines permettent la liaison à la matrice extracellulaire. Cela déclenche l’assemblage de jonctions cellule-matrice = plaques d’adhésion
57
Dans quoi l'actine et la myosine II sont importantes par rapport aux cellules non musculaires?
Les fibres de stress
Les jonctions adhérentes
L'anneau contractile à la cytocinèse (réplication)
Motilité cellulaire
58
Comment caractériser l'organisation de l'actine et la myosine II dans les cellules musculaires lisses et non musculaires?
Ces cellules contiennent des faisceaux contractiles d’actine-myosine. L'organisation plus simple dans les cellules non musculaires que dans les cellules musculaires.
59
Comment la myosine II est activée dans les cellules non musculaires?
1. Par la signalisation et les Rho GTPases
2. Par un influx calcique dans la cellule qui active des kinases (MLCK ou ROCK) qui viennent phosphoryler les chaînes légères.
60
Comment caractériser la structure de la myosine II?
Deux fois deux chaînes légères et deux chaînes lourdes.
C’est une protéine allongée, 2 chaînes lourdes + 2 x 2 chaînes légères. En N-term des chaînes lourdes : tête globulaire génératrice de force.
61
Quelles sont les 2 conséquences induites par la phosphorylation des deux chaînes légères de la myosine II?
La phosphorylation entraîne un changement de conformation.
1. Cela va permettre de démasquer le site de liaision à l'actine (dans la tête)
2. Cela va dérouler la queue de la myosine pour promouvoir l'oligomérisation des dimères de myosine en un filament épais.
62
Qu'est-ce qui contrôle la formation de la myosine II?
La phosphorylation
63
De quoi dépend la contractilité cellulaire?
Du glissement actionné par l'ATP de filaments d'actine et de myosine II
64
Comment caractériser la marche de la mysoine?
Le mouvement est généré par les interactions des têtes de myosine II avec les filaments d’actine (vers le +)
La marche des molécules de myosine II sur le filament d’actine est la conséquence des changements de conformation répétitifs et des cycles d’attachement et de détachement.
Lorsqu'il y a hydrolyse de l'ATP, il y a déplacement de la tête. L'ADP et le Pi permettent la liaison de la myosine à l'actine. La libération subséquente du Pi renforce la liaison et déclenche un coup de force via le bras de levier qui fait glisser le filament d'actine.
Il y a libération de l'ADP et l'échange pour un ATP ce qui inhibe la liaison de la myosine à l'actine. L'hydrolyse de l'ATP sur la tête détachée ramène la tête à sa position initiale par rapport au bras du levier.
65
La processivité du mouvement de la myosine II est faible. Pourquoi cela est-il important?
Parce que les deux têtes sont indépendantes c’est pour éviter l’interférence.
66
Des têtes de myosine II purifiées sont attachées sur une lamelle de verre, puis on ajoute des filaments d’actine fluorescents et de l’ATP. Puisque la myosine II se déplace vers l’extrémité + des filaments, mais ici, elle est attachée au verre, donc le filament d’actine va glisser vers quelle extrémité, en presence d’ATP?
Vers l'extrémité -.
67
Que permettent les fibres de stress? À quel type de stress permettent-elles de répondre? Comment caractériser leur organisation?
Elles permettent à la cellule de maintenir une certaine tension et répondent à différents stimuli permettant à la cellule de s’adapter à différents stress mécaniques.
Ce sont des structures contractiles hautement organisées.
68
Comment caractériser la structure des microtubules? La structure est-elle conservée au fil du temps? Comment caractériser la dynamique?
Ils sont en forme de cylindres creus. Ces cylindres sont constitués de 13 protofilaments.
La structure est très conservée durant l'évolution.
C'est une structure très dynamique.
Les sous-unités globulaires sont composées de dimères de alpha et beta-tubuline
Liaisons non covalentes de tubuline a+b: forment une unité structurale hétérodimérique appelée tubuline
69
Comment expliquer la fixation du GTP par les microtubules?
Chaque monomère alpha et beta possède un site de liaison pour un GTP. Sur alpha, le GTP est piégé à l'interface du dimère et n'est jamais hydrolysé ni échangé (c'est une composante structurale). Sur beta, il existe sous forme de GTP ou de GDP et est échangeable. Cela constitue donc une partie dynamique importante du MT.
70
La structure des microtubules est-elle polarisée?
Oui, parce qu'il y a aussi une extrémité plus et une extrémité moins.
71
Comment caractériser l'arrangement des microtubules? Et l'arrangement entre eux?
C'est une structure cylindrique creuse constituée de 13 protofilaments parallèles.
C'est composé d'un arrangement hélicoïdal d'a- et de b-tubuline: une molécule d'a-tubuline est adjacente dans le plan longitudinal à une molécule de b-tubuline
L'arrangement est perpendiculaire entre les MT : il se forme des contacts latéraux entre protofilaments voisins, i.e. types a- a et b-b.
72
Qu'est-ce qui fait en sorte que les MT sont les éléments structuraux les plus droits et rigides des cellules animales?
C'est grâce aux nombreux contacts que les MT ont entre-eux qui font en sorte qu'ils deviennent très difficile à courber.
73
Comment expliquer la polarité des MT?
Les sous-unités a et b du protofilament sont toutes orientées dans la même direction ce qui lui confère une polarité.
Cette direction est la même pour tous les protofilaments ce qui confère une polarité aux MT.
L'extrémit tubuline B est l'extrémité plus (s'allonge et se dépolymérise plus vite)
L'extrémité tubuline a est l'extrémité moins.
74
Pourquoi l'extrémité tubuline a est peu dynamique dans les cellules en interphase?
Car ces extrémités sont en général stabilisées par une forte association au centrosome.
75
Comment caractériser l'instabilité dynamique des MT? Comment est-il possible d'expliquer ce phénomène?
Une fois la nucléation faite (au niveau du centrosome), l’extrémité + du MT s’allonge vers la périphérie de la cellules
Soudainement, le MT passe par une phase de transition et se met à raccourcir rapidement vers l’intérieur, puis reprend sa croissance ou disparaît complètement.
C'est l'instabilité dynamique.
Cette dynamique s’explique du fait que les molécules de tubuline ont la capacité intrinsèque d’hydrolyser le GTP
Chaque dimère de tubuline contient un GTP qui est hydrolysé en GDP tôt après son addition au protofilament
Les molécules de GTP-tubuline se lient plus fortement les unes aux autres que les GDP-tubulines. L’hydrolyse du GTP réduit l’affinité de la sous-unité pour les sous-unités voisines et augmente la probabilité de la dissociation à partir de l’extrémité du filament.
76
Comment caractériser l'ajout et l'hydrolyse du GTP dans les MT?
Chaque molécule de tubuline transporte un GTP qui est converti en GDP une fois incorporé dans le polymère – (à l’extrémité +); l’extrémité – est ancrée au centrosome (voir nucléation MT).
77
Qu'est-ce que la coiffe GTP?
Si l’addition GTP est plus rapide que l’hydrolyse des GTP fixées, cela forme une coiffe de sous-unités contenant du GTP. Cela permet au filament de croître rapidement
Il est probable qu’une nouvelle sous-unité s’ajoute avant l’hydrolyse du GTP et il se formera alors une coiffe
78
Expliquez les formes T et D dans les MT.
Il existe une forme T et une forme D seulement à l'extrémité + à cause de l'hydrolyse du GTP
79
Une coiffe GTP favorise quoi? Qu'est-ce qui arrive si elle est perdue?
Une coiffe GTP favorise la croissance mais si elle est perdue, la dépolymérisation se produit.
80
Les MT peuvent alterner entre quels états?
Les MT peuvent donc alterner entre une période de croissance et une autre de décroissance, un phénomène
appelé l'instabilité dynamique
81
Comment expliquer d’où proviennent les phénomènes de sauvetage et de catastrophe?
Interconversion entre le sauvetage et la catastrophe
à une Cc de GTP-Tub libre intermédiaire: > que celle pour la forme T, mais < que celle pour la forme D
82
Pourquoi une fois la dépolymérisation ammorcée d'un MT celle-ci tend à continuer à une vitesse très rapide? Comment caractériser cette transformation?
Parce que le reste du MT est sous la forme D une fois que la dépolymérisation a commencé, elle tend à continuer, à une vitesse catastrophique, le MT commence a raccourcir, éventuellement par disparaître.
Cette transformation est soudaine et aléatoire. Plus tard, le filament pourrait se retrouver sous forme T et recommencer à croître.
83
Qu'est-ce que la catastrophe et le sauvetage?
Catastrophe : la modification vers la décroissance rapide
Sauvetage : la modification vers la croissance
84
Quelle est la différence de structure entre la forme T et la forme D des MT?
La forme T est liée au GTP tandis que la forme D est liée au GDP
85
Quel phénomène prédomine dans les MT et dans les MF?
L’instabilité dynamique prédominerait dans les MT et le treadmilling dans les MF.
86
Vrai ou faux? Les MF subissent aussi des variations de longueur, mais à plus petite échelle.
Vrai.
87
Quel est l’avantage pour une cellule d’avoir un phénomène d’instabilité dynamique?
Ce comportement semble un gaspillage d’énergie.
Par contre, il y a un avantage pour la cellule. Ça lui permet une souplesse spatiale et temporelle inhérente à ce système structural constamment renouvelé (plus rigide que les MFs!)
Les filaments étant hautement dynamiques, s’ils ne sont pas stabilisés, ils n’ont qu’une existence éphémère
Cette instabilité est importante pour les processus qui nécessite des changements de forme et polarité cellulaire
88
Comment une cellule fait pour contrôler l'organisation de son cytosquelette?
En contrôlant le temps et l’endroit où les filaments sont nucléés et stabilisés, la cellule peut contrôler, en réponse à différents stimuli, l’organisation de son cytosquelette et donc sa structure.
89
La nucléation des MT requiert l'intervention de quelle protéine? Où se déroule-t-elle? De quoi dépend-elle?
La nucléation des MT requiert l’intervention de la tubuline g (moins abondante que les autres formes)
La nucléation se déroule niveau du centre organisateur des MT (MTOC)
Elle dépend du complexe en anneau de tubuline g ou
g -TuRC, composé de g-tubuline et d’autres protéines: forment un anneau servant de gabarit pour créer un MT
90
Où débute la nucléation des MT chez les animaux?
La nucléation des MT débute au centre organisateur des MT (MTOC) qui contrôle le nombre de MT, leur localisation et leur orientation.
91
Qu'est-ce que le MTOC majeur?
Les cellules animales possèdent un MTOC majeur : le centrosome situé près du noyau.
92
Vrai ou faux? Le centrosome est toujours requis.
Faux, il n'est pas toujours requis. Leur destruction n'empêche pas la nucléation ailleurs dans la cellule. Ce sont toutefois des mécanismes peu connus.
93
Comment caractériser la structure du MTOC et du centrosome?
Il est formé de g-TuRC (g-tubuline ring component), à partir duquel les MT émanent dans une conformation en forme d'étoile ou astrale.
Chaque anneau de tubuline-g sert de site du nucléation pour un MT.
La tubuline a et B est ajoutée à l'anneau de g-TuRC selon une orientation précise. En effet, l'extrémité moins est contenue dans le centrosome et la croissance se fait sur l'extrémité plus vers la périphérie de la cellule
94
Quelles sont les protéines accessoires des MT? Quelles sont leurs caractéristiques? Ce sont les cibles de quoi?
La cellule contrôle le nombre, la longueur et la stabilité des MT en grande partie par des protéines accessoires qui se lient aux MT ou aux sous- unités libres.
Ces protéines sont collectivement appelées MAP (MT-associated proteins). Il en existe plus de 100.
Ce sont les cibles de protéine kinases, la phosphorylation en contrôle les activités et les localisations
95
Quels sont les rôles des MAP?
Elles modulent l'instabilité dynamique. Plusieurs MAPs contrôlent les MTs de façon extrémité- dépendante (soit + ou soit -).
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Quel est le rôle de la stathmine? Comment fonctionne-t-elle? Qu'est-ce que ce mécanisme permet?
La séquestration des sous-unités libres.
Elle se lie aux sous-unités ab-tubuline et empêche leur polymérisation.
Ce mécanisme permet de maintenir une réserve de sous-unités actives : une concentration de sous-unités solubles proche de la concentration critique (instabilité dynamique à l’équilibre).
En réponse à des changements qui sont transmis par la signalisation intracellulaire (par ex. phosphorylation des MAP),
cela permet un remodelage rapide des structures d’actine et de tubuline via la modulation de l’instabilité dynamique (polymérisation-dissociation).
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Comment un MT en croissance peut éviter la dépolymérisation? À quoi cela peut-il contribuer?
Un MT en croissance peut éviter la dépolymérisation si son extrémité + est stabilisée en liant une molécule ou une structure cellulaire.
Cela peut contribuer à la polarisation d'une cellule (comme les protéines + Tips)
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Quelles sont les deux protéines qui ont le même rôle de séquestration dans les MF et dans les MT?
La thymosine séquestre les monomères d'actine dans les MF tandis que la stathmine séquestre les sous-unités libres de ab-tubuline.
99
Les MT et les MF sont impliqués dans quoi?
Dans les mouvements dans le cytoplasme.
100
Qu'est-ce que permettent les protéines motrices?
Elles génèrent du mouvement en se déplaçant sur les MT (longues distances) et sur les MF (courtes distances).
101
Qu'est-ce que les protéines motrices lient?
Des composantes cellulaires qu'elles transportent le long des filaments.
102
Les protéines motrices qui se déplacent sur les MT sont réparties en deux familles. Quelles sont-elles? Quelles sont les particularités de ces familles?
1. Les kinésines: se déplacent vers l’extrémité (+)
(en général...)
2. Les dynéines: se déplacent vers l’extrémité (-),
donc vers le centrosome
103
Quelles sont les points en commun des kinésines et des dynéines?
Les kinésines et les dynéines sont sous forme de dimères constitués de 2 têtes globulaires liant l’ATP et d’une queue unique. Les têtes possèdent aussi une activité ATPase. Cela permet de procurer l'énergie qui induit des changements cycliques de conformation et le mouvement par des cycles de liaison et de détachement répétés.
Les têtes interagissent avec le MT de manière stéréospécifique
La queue lie vésicules et organites déterminant ainsi la cargaison qui sera déplacée
104
Comment caractériser le mouvement de la myosine II et celui de la kinésine?
Contrairement à la myosine II, la kinésine « marche » sur les MT de façon processive sur de longues distances en continue.
105
Quel est le rôle de la dynéine?
De positionner le centrosome au centre de la cellule.
106
Quelles sont les deux différences majeures du mouvements de la kinésine avec celui de la myosine II?
La processivité et la dépendance des têtes entre elles.
107
Quel est le processus de déplacement de la kinésine?
1. Il y a l'hydrolyse de l'ATP dur la tête retardée et l'échange de l'ADP pour l'ATP sur la tête conductrice.
2. Il y a une force de propulsion vers l'avant vers l'avant.
3. La tête retardée devient la tête conductrice.
4. Le cycle recommence
108
Comment caractériser l'abondance des filaments intermédiaires dans les cellules? Ils se retrouvent dans quel type de cellules?
Particulièrement abondant dans les cellules soumises à un stress mécanique.
Contrairement aux MF et aux MT : les IF ne se trouvent pas dans tous les types cellulaires.
109
Les sous-unités des IF forment des structures de quel type?
Les sous-unités forment des structures de type cordage: tolèrent étirement et courbure
110
Comment décrire la polarité et l'activité catalytique des IF?
Ils sont non-polaires et n'ont pas d'activité catalytique.
111
Quels sont les fonctions des lamines nucléaires?
Elles forment un réseau tapissant la membrane interne de l'enveloppe nucléaire.
Elles fournissent des sites d'ancrage pour les chromosomes et les pores nucléaires.
112
Quels sont les deux types de lamines et leurs caractéristiques?
Lamines de type A : confère les propriétés mécaniques et agit avec d’autres protéines de l’enveloppe nucléaire comme protéines d’échafaudage pour des protéines. Elles sont importantes pour la transcription, la signalisation et l'organisation de la chromatine
Lamines de type B : essentielles
113
La majorité des laminopathies font intervenir quel type de lamine? Quelles sont les consquences de ces pathologies?
Ce sont les lamines de type A.
Les pathologies ont comme conséquence des dommages à l'enveloppe nucléaire et des altérations à l'expression génique, etc...
114
Qu'est-ce que le complexe LINC?
Linker of nucleoskeleton and cytoskeleton.
Les protéines « Linkers » (protéines SUN et KASH) connectent ensembles les éléments du cytosquelette et forment un pont entre l’enveloppe nucléaire et l’extérieur de la cellule
Ces connections “physiques” servent à “relier” le noyau et le cytosquelette en formant un pont moléculaire; elles permettent donc au génome d’être en liaison avec l’environnement (mécanotransduction).
Ce couplage est essentiel pour coordonner les fonctions cellulaires lors de processus vitaux; ex: mouvements des chromosomes à l’intérieur du noyau lors de la méïose, le positionnement du noyau et du centrosome lors de la migration cellulaire, réorganisation globale du cytosquelette et les déformations du noyau essentielles lors de la migration 3D.
La forme des cellules doit suivre la fonction.
115
Durant la migration cellulaire, quels sont les rôles de LINC?
Durant la migration cellulaire, il est important que l’avant de la cellule (front de migration) demeure structurellement et fonctionellement distinct de l’arrière de la cellule.
Il est primordial que le noyau: la plus grosse organelle cellulaire, occupe une position bien precise et dynamique; LE LINC joue un role important pour coordonner les mouvements du noyau!
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La protéine de coiffe CAPZ: pourquoi induit-elle une diminution de la vitesse de polymérisation et de la vitesse de dépolymérisation?
Il faut garder à l’esprit qu’il y a une
dynamique d’association et de dissociation de monomères d’actine aux deux extrémités, même si les cinétiques sont différentes (beaucoup plus rapides à l’extrémité +). Ainsi, lorsque CapZ se lie à l’extrémité +, elle empêchera les deux: polymérisation et dépolymérisation à cette extrémité.
Donc, c’est parce que la dépolymérisation, tout comme la polymérisation, peut se produire à une seule extrémité du filament et la concentration critique pour l’équilibre du filament devient celle de l’extrémité (-).
117
Pourquoi CapZ peut transformer l’architecture d’un réseau d’actine lorsque présente à de faibles concentrations?
Un MF qui ne croît pas et qui n’est pas stabilisé dépolymérisera rapidement;
* La liaison d’une protéine de coiffe (CapZ) à l’extrémité (+) stabilise le filament, réduisant la croissance et la dépolymérisation
◦ CapZ se lie à l’extrémité + d’un filament, et par conséquent, 1 seule molécule peut affecter la dynamique d’un filament.
118
Comment la cellule utilise t-elle la propriété dynamique des filaments d’actine pour propulser le lamellipode?
Considérez l’orientation de l’extrémité plus vers la membrane plasmique et le flux dynamique des monomères d’actine généré par le treadmilling; comment les protéines accessoires pourront-elles réguler ce processus?
Éléments de réponse:
◦ Le mouvement unidirectionnel du lamellipode est maintenue grâce au processus de « treadmilling » de l’actine, modulée par les protéines accessoires qui contrôlent la dépolymérisation des filaments à l’arrière du lammellipode et accélère la polymérisation à l’avant.
◦ L’extrémité (+) du filament est orientée vers le front de migration (membrane plasmique) et la polymérisation d’actine génère une force qui permet de déformer le cortex associé à la membrane plasmique par les protéines ERM. L’extrémité (-) des filaments d’actine est donc orientée vers l’arrière du lammellipode.
119
ARP2/3 (un complexe de 2 protéines): Pourquoi ne peuvent-elles pas former des filaments ?
Bien que le complexe Arp2/3 soit très semblable à l’extrémité plus de l’actine, des différences entre autres sur l’extrémité moins empêche ces protéines de former des filaments ou de se coassembler en filaments avec l’actine. Notez qu'une fois activé, le complexe Arp2/3 ressemble à l’extrémité plus d’un filament et les sous-unités d’actine peuvent s’assembler sur le complexe par leurs extrémités moins ce qui permet une élongation du microfilament par l’extrémité plus.
120
Pourquoi les drogues qui stabilisent les MF ou les MT sont tout aussi toxiques pour la cellules que les drogues qui inhibent la polymérisation des MF ou des MT?
Phalloidine (se lie le long des filaments)
◦ Cytochalasin B (toxine qui se lie à l’extrémité + des MFs); Latrunculine (se lie aux
monomères d’actine)
Réponse : La fonction des filaments d’actine dépend d’un équilibre dynamique entre les filaments et les monomères d’actine (polymérisation-dépolymérisation).
121
La fimbrine peut organiser un réseau parallèle de filaments d’actine en faisceaux contractiles (Vrai ou Faux?)
Faux
La contractilité nécessite la liaison de filaments de myosine II et sa marche sur l’actine. Les faisceaux organisés par la fimbrine sont trop denses pour permettre d’inclure la myosin II. Ces faisceaux denses se retrouvent dans des structures non contractiles telles que les fillipodes.
Le type de protéine de fasciculation détermine la nature des autres protéines qui peuvent ou non s’associer au réseau d’actine.
122
Treadmilling: pourquoi la constante de vitesse de dissociation des monomères d’actine est-elle différente aux deux extrémités d’un filament d’actine et qu’est-ce que cela implique au niveau de la concentration critique (Cc)?
Éléments de réponse:
◦ Polarité structurelle globale: asymétrie des monomères d’actine, leur assemblage “tête-à-queue” dans le
filament et l’hydrolyse de l’ATP en ADP dans le filament
◦ La forme D d’un filament d’actine est retrouvée à l’extrémité (-) et est moins stable que la forme T. L’hydrolyse de l’ATP suivant son incorporation dans le filament induit un changement de conformation qui favorise la dissociation du monomère d’actine. La Cc-à l’équilibre, à laquelle la longueur du filament ne change plus à cette extrémité (addition=dissociation) sera donc plus élevée à l’extrémité (-) qu’à l’extrémité (+), ou la forme actine-ATP est plus stable dans le filament.
123
Instabilité dynamique des MTs: Qu’est-ce qui est distinct?
Éléments de réponse:
◦ Dynamique à l’extrémité (+) dans les cellules en interphase; catastrophe-sauvetage, modulée par la concentration en sous-unités libres de tubuline (coiffe de tubuline) et l’hydrolyse du GTP qui change la conformation de la tubuline.
124
L’instabilité dynamique: Quel est son effet sur le pool de tubuline libre?
Le système est auto-équilibré, ce qui permet un remodelage rapide et local. Plus les microtubules raccourcissent (ce qui entraîne une élévation de la concentration de tubuline libre), plus fréquemment des microtubules commenceront à croître (coiffe de GTP). Quand les microtubules croissent, la concentration de tubuline libre chute et la vitesse d’addition de GTP-tubuline diminue. Arrive alors un moment où l’hydrolyse du GTP rattrape la vitesse d’addition de sous-unité tubuline. C’est alors que le microtubule perd sa coiffe de GTP et se met à raccoucir rapidement: c’est la transition vers la catastrophe.
◦ Il faut se rappeler que dans la cellules en interphase, la majorité des extrémités des microtubules sont liés au centrosome et l’instabilité dynamique se produit à l’extrémité (+).
◦ L’instabilité dynamique des MTs est régulée par quel(s) mécanismes?
L’hydrolyse du GTP; la concentration en tubuline libre et les protéines accessoires (stathmine, XMAP215 et Kin13)
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À quoi sert les mécanismes de séquestrations des sous-unités libres d’actine et de tubuline?
Éléments de réponse:
◦ À empêcher une polymérisation spontanée; dans le cas de l’actine, la concentration en sous-
unités libres est de très loin supérieure in vivo à la concentration critique in vitro.
◦ En réponse à la signalisation intracellulaire, la cellule peut contrôler localement la dynamique
des MFs et des MTs en contrôlant la concentration locale en sous-unités libres.
◦ Actine: Thymosine ◦ MT: Stathmine
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À propos des filaments intermédiaires: à quoi servent les lamines nucléaires?
Éléments de réponse:
Les lamines nucléaires fournissent des sites d'ancrage pour les chromosomes et les pores nucléaires ; elles protègent le bagage génétique et déterminent la rigidité de l’enveloppe nucléaire.
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Quelle est la différence fondamentale structurelle entre les filaments intermédiaires et les deux autres types de filaments (MF et MT)?
Éléments de réponse:
◦ Les filaments intermédiaires n’ont pas de polarité structurelle globale: les deux extrémités sont identiques. La régulation de leur dynamique/remodelage fait donc appel à des mécanismes distincts.
◦ Les filaments intermédiaires n’ont pas d’activité enzymatique (hydrolyse de nucléotide).
128
La myosine II (un moteur de l’actine) versus la kinésine 1 (un moteur des MT):
Quelles sont les différences fondamentales qui distinguent les mécanismes de mouvement de ces deux protéines motrices?
La processivité et l’impact de l’ATP sur la liaison au substrat
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Comment caractériser la polymérisation de l’actine dans le lamellipode versus celui dans les fibres de stress?
Il faut également se rappeler que la polymérisation de l’actine dans le lamellipode est nucléée par le complexe Arp2/3, alors que la polymérisation de l’actine dans les fibres de stress est nucléée par la formine.
