Examen #2 (18 décembre) Flashcards
Décrire la structure de la mitochondrie :
Mitochondrie = organite contenant 2 membranes et compartiments distincts
a) Membrane externe (isole du reste de la ȼ)
- sépare la mitochondrie du cytosol
- perméable à la majorité des métabolites et solutés grâce aux porines
b) Membrane interne
- contient chaîne de transport des électrons
- contient ATP synthase : crée un gradient de protons (ATP)
- imperméable aux métabolites : fonctionne avec un gradient donc besoin de transporteur spécifique toujours (transport actif)
c) Espace intermembranaire (IMS)
- région entre membrane interne et membrane externe
- espace soluble
d) Matrice
- contient les enzymes du cycle de Krebs
- concentrée en protéines
- contient ADN mitochondrial
- espace soluble
e) Crêtes mitochondriales
- région où phosphorylation oxydative se produit + ATP
- espace soluble
Expliquer l’origine des mitochondries?
Mitochondries = issues d’une bactérie aérobique endocytée par une ȼ eucaryote
- la bactérie prenait l’O2 pour faire de l’ATP
- ȼ eucaryote à endocytée la bactérie pour profiter de sa fonction
a) La bactérie aérobique
- à son propre génome : ADN circulaire
- la majorité de ses gènes ont été transféré au noyau de la ȼ eucaryote
- ne pourrait plus vivre seule aujourd’hui car son ADN est dans le noyau des ȼ eucaryote
b) Compétence acquise par la ȼ eucaryote dû à la bactérie
- possède son propre ADN mitochondrial : circulaire
- division par fission des mitochondries
- présence de porines : tonneaux β
- à gagner le génome de la bactérie avec le temps
c) Protéines mitochondriales codées par :
1. Génome nucléaire = en majorité
- ARNm traduite sur ribosome dans cytosol
- majorité de ADN qui code les protéines son dans le noyau et insérer dans la membrane interne suite à l’évolution
- Génome mitochondrial = 22 ARNt nécessaire pour traduire les 13 protéines
- seules protéines non synthétisée sur ribosome dans cytosol = taux faible de protéines codées dans la matrice mitochondrial suite à l’évolution
- protéine insérée aussi dans la membrane interne de la mitochondrie
- protéines viennent de la chaîne de transport des électrons
- ARNmt sous forme de nucléoides : ADN associé à des protéines, ne se promène pas seul, pas de membrane : ADN compacter avec des protéines, ADN se réplique et est distribuée au réseau
—> Réplication du génome mitochondrial
- D-Loop = site d’initiation de la réplication du génome mitochondrial
- POLG = ADN polymérase mitochondriale, la réplication de ADN circulaire dépend de POLG
- TFAM = transcription Factor A mitochondrial : régule transcription, réplication et organisation du génome mitochondrial (compacte en nucléotides)
—> les 13 protéines :
- 7 sous-unités du Complexe I (NADH déshydrogénase)
- 1 sous-unité du Complexe III
- 3 sous-unités du Complexe IV
- 2 sous-unités de l’ATP synthase
Décrire les caractéristiques générales des maladies mitochondriales et la transmission des maladies selon leur origine?
Mitochondries et signalisation :
- à l’origine = bactéries donc stimule le système immunitaire à réagir aux molécule mitochondriales libérées
- signaux rétrogrades partant des mitochondries vers noyau = régule l’expression de gènes mitochondriaux / métaboliques
Mécanismes anti-infection (évite que la molécule mitochondriale soit libérée) :
- Régule inflammation = Système immunitaire
a) système de reconnaissance à la surface des mitochondries de particules virales (MAVS)
b) STING = associé au RE dans cytosol : protéine qui reconnaît l’ADN mitochondrial
- activent une réponse immunitaire (interféron) - site d’initiation possible de formation des autophagosome
- entourent sélectivement les mitochondries endommagées, les livrant ensuite aux lysosomes pour la dégradation
- font mitophagie pour empêcher infection - Empêche de causer une élongation du virus
Maladies mitochondriales
- dysfonctionnement dans la mitochondrie
- 2 types
Type 1 : ADN nucléaire
- transmission mendélienne, héréditaire des 2 parents
–> Exemple = Syndrome de Leigh (groupe de maladies de mutations mitochondrial ou nucléaire), associé à déficience de cytochrome c oxydase au Saguenay
Type 2 : ADN mitochondrial
- plusieurs copies (hétéroplasmie)
- hérité maternellement (gène de mère seulement)
–> Altérations du génome mitochondrial
- D-Loop = site d’initiation de réplication du génome mitochondrial
- POLG = ADN polymérase mitochondriale
- TFAM = transcription Factor A : régule transcription, réplication et organisation du génome mitochondrial
- TYMP = requis pour métabolisme de la thymine
–> Altération de la fonction mitochondriale
–> pour éviter les mutations : technique de fertilisation in vitro
–> mécanismes distincts liés à l’expression des protéines mitochondriales
–> Exemple = MELAS (groupe de maladies)
–> Exemple = Syndrome de Leigh (groupe de maladies de mutations mitochondrial ou nucléaire), associé à déficience de cytochrome c oxydase au Saguenay
Groupe de maladies extrêmement hétérogènes :
- chaîne de transport des électrons complexe
- ADN nucléaire et mitochondrial
Symptômes clinique des maladies très variable :
a) Myopathies :
- faiblesse musculaire
- fatigabilité excessive à l’exercice
b) Encéphalopathies (cerveau)
- crise d’épilepsie
- surdité, cécité
c) Acidose lactique
d) Début variable, souvent dans enfance
e) symptômes variables pour une même mutation
f) pas de traitements
Autres maladies mitochondriales non causées par altération de la chaîne d’électrons :
- maladies liées à dynamique mitochondriale
- maladies liées au contrôle de la qualité des mitochondries
Décrire les caractéristiques générales des mécanismes d’import des protéines mitochondriales :
Caractéristiques générales :
- majorité protéines mitochondriales encodées dans le noyau : génome mitochondrial
- Translocation = post-traductionnelle : synthétise puis importe après la traduction
- Importation : besoin d’ATP (la synthèse est déjà faite donc ne fournie plus d’Énergie pour l’importation) et potentiel membranaire (chaperonnes aussi)
- Séquence signal mitochondrial = N-terminale, hélice alpha amphipatique (1 côté charges positives (P) vs 1 côté résidus non chargés (NP))
- Séquence signal souvent enlevé après l’import : quand protéine dans matrice on clive la séquence et s’en débarrasse
Quels sont les différents types de protéines mitochondriales associées à la membrane?
- Protéine transloqué dans la membrane externe (TOM)
- Protéine transloqué dans la membrane interne ou la matrice (TIM)
- 13 Protéine codées par la mitochondrie [génome mitochondrial] et mis en interne (Complexe OXA)
- Protéine en tonneaux β (Complexe SAM)
Décrire les rôles de TOM, TIM, OXA et SAM dans l’import de protéines mitochondriales :
- TOM
- reconnaît la séquence signal = porte d’entrée de toutes les protéines importées
- but = importe les protéines de la membrane externe au bon endroit pour qu’elles soient bien repliée
- TOM envoie protéine à TIM pour qu’il replie la protéine dans la membrane interne
- TOM envoie protéine au complexe SAM pour qu’il replie en tonneau β
- TOM peut repliée les protéines et les laisser dans la membrane externe
- si protéine soluble = va dans espace intermembranaire et font apoptose - TIM
- TOM lui transfert les protéines et TIM les replies et importe dans la matrice ou membrane interne - Complexe SAM
- TOM lui transfert les protéines et SAM les replies en tonneaux β dans la membrane externe (si porines ex: VDAC) - Complexe OXA
- indépendant de TOM, n’a pas besoin de TOM au noyau
- importe les 13 protéines codées par la mitochondrie dans la membrane interne ou matrice
Décrire le mécanisme d’importation des protéines mitochondriales à travers la membrane externe :
- Protéine non repliée traverse TOM
- Chaperonnes (HSP70) interagissent avec les protéines à la sortie du ribosome pour les repliées
- si choc thermique on augmente la quantité de chaperonnes (HSP70) - TOM5/20 reconnaît la séquence signal = début de l’importation
- Transfert de la séquence signal et protéine à TOM40 (canal)
- Hydrolyse de ATP nécessaire pour libérer la chaperonne (HSP70) et la protéine
- Fin : TOM détermine si on envoie la protéine à TIM (membrane interne/matrice), à SAM (tonneaux β) ou si TOM l’insert dans la membrane externe
- charge + (P) sont attiré par charge - (NP) : début de la protéine et de son importation dans la matrice
Décrire le mécanisme d’importation des protéines mitochondriales à travers la membrane interne ou matrice :
- Besoin de potentiel membranaire : gradient de protons H+ créé par chaîne de transport des électrons
- Transport de la séquence signal positive à travers la membrane
- Besoin de l’hydrolyse de l’ATP (mtHSP70)
- mtHSP70 agit comme un moteur qui tire la protéine dans la matrice pour l’importer et la repliée correctement
- HSP70 cytosolique empêche que les protéines soit repliée avant leur importation - Séquence signal est clivée dans la matrice par une peptidase : on la coupe et la perd
Quelles sont les 4 méthodes de contrôle de la qualité des protéines mitochondriales?
- Protéases mitochondrial : reconnaît la protéine mal repliée et dégrade la protéine
- Dans la membrane externe : protéine est ubiquitinée et envoyé au protéasome pour être dégradée
Chaînes de transport des électrons : produit des espèces réactives d’O2 qui peuvent causer des problèmes physiologiques donc besoin de lysosomes
3. Vésicule prend le matériel endommagé de la protéine et l’endocyte dans un lysosome/MDV pour être dégradé
- MDV = petites vésicules sécrétées par mitochondries, contenu sélectif (envoie matériel à certains endroits), différents types avec des rôles distincts, charge + pour un marquer ou -
- TOM20 : récepteur du signal
- mtHSP70 : importe protéine dans matrice
4. Mitophagie : prend toute la mitochondrie endommagé pour l’envoyé au lysosome et être dégradée
- forme d’autophagie sélective
- dépend de 2 protéines associées à la maladie de Parkinson : PINK1, Parkin
- activée par dépolarisation de la mitochondrie
Décrire les mécanismes menant à la production d’ATP à partir de la conversion du pyruvate en acétyl-CoA et leur raison d’être :
Citrate : peut sortir du cycle car transporteur, peut être remis au cytosol pour faire AG
Cycles de Krebs : permet la conversion de beaucoup de molécules importantes pour la cellule en d’autres molécules importantes pour la cellule
- utilise NADH et FADH pour convertir
* 1 tour complet =
- 2C (-2 CO2)
+ 1 GTP
+ NADH
+ FAD
Réoxydation de FAD et NADH :
- obtient du FADH et NAD+
- on transfert des électrons à la chaîne de transport
- on crée du H2O
- on crée un gradient de H+ pour généré de l’ATP
Régulation du transfert d’énergie dans la mitochondrie :
- il faut contrôler les électrons qui vont partout, trop d’énergie
–> chaîne de transfert é (oxydation) : on prend les électrons et lui font perdre de l’énergie progressivement = réaction contrôlée
- énergie perdu par protons à la fin permet de faire de l’ATP
- besoin d’O2 pour fonctionner et qu’il ne reste pas seulement FADH
4 complexes travaillent ensemble :
- Complexe 1 : pompe H+ dans l’espace intermembranaire
- Complexe 2 (succinate déshydrogénase) : les électrons du FADH2 sont transféré au complexe 2 et coenzyme Q (molécule lipidique qui accepte des électrons), complexe 2 ne pompe pas de H+, FADH2 est recyclé en FAD
- Complexe 3 : pompe H+ dans l’espace intermembranaire
- Complexe 4 : pompe H+ dans l’espace intermembranaire, forme du H2O
Phosphorylation oxydative :
- retour des ions H+ par l’ATP synthase
- ATP synthase = enzyme turbine pour la production d’ATP à partir d’ADP et de PO4
- ATP synthase fait tourné l’ATP et va contre le gradient des H+
- si pas d’ATP synthase : si le gradient H+ est dissipé on retourne le H+ à l’extérieur si trop à l’intérieur = on hydrolyse l’ATP
Expliquer l’origine, les rôles et méthodes de régulation des espèces réactives d’oxygène (ROS)?
Origine : vient de la chaîne de transport des électrons associée avec la production de ROS
- ROS = font des trous dans la matrice pur faire entrer des choses comme des protons : brûle de l’énergie pour faire de la chaleur
- rôle de ROS : protection et signalisation
Type de ROS :
- anion superoxide : électrons de trop, il ne faut pas les accumuler sinon endommage les cellules
- H2O2
- OH-
Problème : bactérie à utiliser l’O2 pour faire de l’ATP = on doit donc gérer l’O2
Régulation avec :
1. Complexe I (matrice)
2. Complexe III (matrice et IMS)
1. SOD1 (cytosol, IMS)
2. SOD2 (matrice)
- si accumulation de ROS ou Fer libre = mutation, cancer
- il faut maintenir un taux bas de H2O2 et toujours lié le Fer
a) Les électrons qui s’échappent de la chaîne de transport des électrons s’associent avec l’O2 = ion peroxyde O2-
b) SOD prend l’ion peroxyde O2- et le transforme en H2O2 (peroxyde d’oxygène)
c) cet ion H2O2 peut endommager les molécules directement ou endommager en passant par le fer (ion libre donc mauvais) ce qui mène au OH ayant un rôle direct sur lipides, protéines et ADN
d) l’ion H2O2 sera en partie catalysé en H2O
Décrire l’architecture des crêtes et leur régulation :
Pourquoi est-elle importante?
Crêtes :
- région distincte de l’espace intermembranaire
a) Crêtes forme un domaine fonctionnel particulier
- présence de ATP synthase + la chaîne de transport des électrons
- jonctions limitent la diffusion de métabolites
b) Structure crêtes dépend et est régulée par :
1. ATP synthase = permet de courber la membrane pour maintenir la structure des crêtes
2. OPA1 = régule la structure et fusionne les mitochondries (OPA1 fait partie de la famille des dynamine)
3. Complexe MICOS
c) Structure hautement dynamique :
- assemblage de la chaîne de transport d’électrons en supercomplexes = s’associe pour rendre la chaîne plus efficace et ↓ ROS pour la quantité d’ATP
- régulation dynamique de la largeur des crêtes (orthodoxe vs condensé)
d) Crêtes permettent de contrôler :
#1 la production de ROS
#2 la production d’ATP en fonction de la disponibilité des nutriments
e) Optimisation : modifie la structure des crêtes en fonction des besoins de la cellule en ATP
#1 En jeûne (- nutriments) = crêtes minces, ↑ efficacité ↑ ATP
#2 Surplus énergétique (+ nutriments) = crêtes larges, ↓ efficacité ↓ ATP
Structure des crêtes importante parce que :
- ↑ surface de mitochondrie (dépend ATP synthase)
- ↑ ATP produit
- ↑ chaîne de transport des électrons
Quelles sont les méthodes de visualisation des mitochondries vue en classe?
Microscopie électronique (immuno-EM) :
- montre que les protéines de la membrane interne sont envoyées à différents endroits et séparer de la membrane externe
- détermine s’il y a un équilibre entre le nombres de protéines de chaque côté
- permet de voir les crêtes mitochondriales plus large = condensé vs moins large = orthodoxe
STED = Super résolution
Microscopie confocal
Expliquer les rôles de la dynamique des mitochondries :
voir slide #64
Rôles :
a. Séparation des mitochondries lors de la division cellulaire (sépare ADN en 2 cellules filles)
b. Régulation de l’activité des mitochondries (crêtes, élongation, stress)
- allongement des mitochondries en réponse à un stress de faible intensité (surtout manque d’aa.)
- associé à inhibition de mitophagie et optimisation de production d’ATP (crêtes)
c. Réplication et distribution de l’ADN mitochondrial (fission vs fusion)
a) Fission = mort cellulaire et mitophagie (DRP1 fait un anneau et coupe par fission, rôle de Ca2+ du RE sur fission )
- réplication de ADN mitochondrial est associé avec sites de fission mitochondrial
**RE important pour activation de fission, interagit avec mitochondrie*
- inhibition fission = altère réplication et distribution de ADN mitochondrial
b) Fusion = si manque d’éléments nutritifs (MFN fait fusion avec membrane externe et OPA1 fait fusion avec membrane interne)
- inhibition de fusion = perte ADN mitochondrial
d. Contrôle de la qualité des mitochondries [mitophagie] :
–> fission = mitochondrie fonctionnelle se coupe d’un mitochondrie non fonctionnelle
OU
–> mitochondrie non fonctionnelle est dégradé et perd son potentiel membranaire
e. Différentiation cellulaire
- fission des mitochondries ↑ ROS et favorise différentiation
- ROS régule cellules souches : force à devenir des neurones ou ne pas en devenir
- dynamique change au cours de la différentiation des précurseurs neuraux
f. Mort cellulaire (apoptose)
- apoptose = forme de mort cellulaire programmée
- avantage = ne crée pas d’inflammation
- requise au développement, élimine les cellules endommagée avec protéine Caspase (fait apoptose)
- quand stress : activation de voies de signalisation et des protéines BH3,BCL-2
- BH3 : active BAX/BAK –> mène à modification de la taille des crêtes + apoptose
- BCL-2 : si grande quantité de BCL-2 / MCL = empêche la cellule altérée de mourrir, empêche apoptose
Décrire les rôles des mitochondries :
Plusieurs autres rôles que la synthèse d’ATP - s’associe à d’autres organes pour faire ses fonctions
1. Centre métabolique majeur :
- Cycle de Krebs
- production d’acétyl-CoA, pyruvate et AG
- oxydo-réduction
- espèces réactives d’oxygène
- métabolisme du fer
- métabolisme des aa.
2. Régulation du Ca2+ (enlève du cytosol pour faire ATP)
3. Apoptose (mort cellulaire)
4. Rôle de signalisation cellulaire
5. Prolifération :
- Maintenance des cellules souches
- division cellulaire
6. Immunité innée
Décrire le rôle des peroxysomes :
1) oxydation, dégradation d’acide gras à longue chaines
2) détoxification de substances nocives (alcool, formaldéhyde)
3) détoxification des radiaux libres
Comprends :
- diverses oxydases et catalases
- se multiplient par division et par synthèse à partir du RE
- lien avec mitochondrie
- quantité de peroxysome varie en fonction des besoins de la cellule
Expliquer le mécanismes de biogenèse des peroxysomes ?
Augmente la quantité de peroxysomes rapidement si nécessaire
1) génération à partir du RE où il y a formation de petites vésicules
2) protéine PEX aide à la formation
3) protéines nécessaires aux peroxysomes sont synthétisées dans le cytoplasme et importées à l’intérieur des peroxysomes par des protéines spécifiques, telles que PEX3, PEX14
4) protéines importées sont triées et assemblées à l’intérieur des peroxysomes
5) autres protéines PEX contribuent à l’organisation de la membrane peroxysomale
6) peroxysomes matures existants subissent une division (fission) pour se multiplier, impliquant des protéines de la famille dynamine (même machinerie que mitochondries)
Expliquer en quoi les peroxysomes et mitochondries sont fonctionnellement liés?
Mitochondrie : acide gras sont dégradés aux mitochondries sauf ceux à très longue chaîne
- produit du H2O2 lors de la chaîne de transport des électrons
- contribuent à la détoxification en traitant les espèces réactives de l’oxygène (ROS)
Peroxysomes : dégrade acide gras à très longue chaîne
- produit du H2O2 et NADH (peut être recyclé)
- détoxification : contient des catalases qui transforme H2O2 en H2O
- communication complexe entre mitochondries et peroxysomes
*Les produits de l’activité des peroxysomes peuvent être utilisés comme substrats dans les mitochondries, et vice versa, établissant ainsi un lien fonctionnel essentiel entre ces organites.
Décrire les rôles des sites de contacts interorganites :
Quoi : voie vésiculaire lente qui ne permet pas la communication entre tous les organites
- RE vs mitochondrie
- transport lent entre RE et lysosome/membrane plasmique
- défini par microscopie électronique
- distance entre organites <30nm
- présence d’un complexe de protéines régulant la jonction (impliqué pour un site de contact)
Pourquoi on a besoin de moyens de communication rapide entre organites :
a) transfert de lipides entre organites qui ne sont pas liées par un système de transport vésiculaire
b) apport de membranes pour certains processus (phagocytose, autophagie)
c) rapidité et sélectivité du transfert de lipides entre organites du système endomembranaire
Majorité des sites implique le RE
Implique aussi mitochondries indépendamment du RE
Rôles principaux des sites :
1) Transfert de lipides
- RE-mitochondries
- RE-membrane plasmique
- RE-Golgi = transfert de glycolipides
- RE-peroxysomes/goutelettes lipidiques
2) Régulation du calcium ([Ca]↑↑ : RE)
- RE-mitochondries
- RE-membrane plasmique
- RE-lysosomes = libération du calcium des lysosomes, transfert de cholestérol (faible taux aux endosomes tardifs)
3) Division d’organites
- RE-mitochondries
- RE-endosomes = division des endosomes et sélection du cargo, transfert de cholestérol (faible taux aux endosomes tardifs)
- lysosomes-mitochondrie = levure (voie alternative pour transfert lipides vers vacuole, fission mitochondrial)
Rôles des sites de contact entre RE-mitochondrie ou RS-mitochondrie :
1) Régulation du calcium
- sortie du calcium du RS dans les muscles : protéine tubule ↑ surface et ↑ contraction musculaire
- maintien de la concentration de calcium dans toutes les cellules (on veut ramener le Ca au RE)
2) Transfert de lipides/membranes
- transfert de lipides du RE à la membrane plasmique (cholestérol)
- source de membrane pour phagocytose
Expliquer le rôle des sites de contacts interorganites dans la synthèse des lipides :
Synthèse des phospholipides :
a) AG préexistant doivent :
- être transportés à travers le cytosol (protéines de liaison au AG : FABP)
- être conjugué à un CoA
Synthèse des glycolipides :
- débute au RE
- transféré dans Golgi par flippase
–> pour certains phospholipides : une ou des enzymes dans la voie de synthèse sont mitochondriales, mitochondrie doit transféré ses enzymes au RE ou d’autres organites
Synthèse des hormones stéroïdes
a) Étape limitante = production de Pregnenolone à partir de cholestérol
- Pregnenolone = enzyme responsable dans mitochondrie qui reste dans la voie de synthèse du RE
b) Synthèse régulée en contrôlant la protéine nécessaire pour l’import de cholestérol dans mitochondrie = StAR
Expliquer le rôle des sites de contacts interorganites dans la régulation du calcium :
Rôles du calcium :
1. active différentes enzymes cytosolique (au cytosol)
2. stimule production d’ATP (mitochondrie)
Régulation du calcium :
a) retourné au RE
- pompe SERCA
- SOCS-ORAl1 = canal ionique qui s’associe avec STIM1 oligomère pour laisser entrer le Ca au RE
b) envoyé aux mitochondrie (ATP)
- pompe MCU à un faible affinité pour calcium
- nécessite une concentration locale de calcium élevée
- complexes protéiques régulant les MAM (mitochondria-associated membranes) = IP3R/VDAC et MFN2
c) calcium cytosolique pompé hors de la cellule
Expliquer le rôle des sites de contacts interorganites dans la régulation des mitochondries :
Rôles des sites de contact RE-mitochondries (MAM) :
1. Régulation du calcium
- Transfert de lipides
- synthèse des phospholipides
- transfert de lipides du RE vers mitochondries
- synthèse de stéroïdes - Division des mitochondries
- RE entoure les mitochondries et les protéines vont contracter la mitochondries pour faire la division
- sites définissent les sites de division et de réplication de l’ADN mitochondrial
- recrutement de DRP1 et cytosquelette d’actine
- MFN2 (protéine de fusion) régule les MAMs
- lié à la sortie du cytochrome c au cours de l’apoptose - Régulation de la mort cellulaire par apoptose
- modèle potentiel pour la formation des autophagosomes
Expliquer les rôles du cytosquelette :
Rôles du cytosquelette dynamique et moteurs moléculaires :
- permet d’avoir des cellules et organelles dynamique
- motilité cellulaire, division cellulaire, mouvements des organelles et vésicules
- sert à la structure générale et mouvement
- maintien de la structure du Golgi = Dynéine requise pour positionnement du Golgi près du centre de la cellule
Organites et cellules mobiles mais organisées en tissus dans l’organisme :
- structure plus ou moins rigide
- jonctions intercellulaires
- association à la matrice extracellulaire (lame basal)
- différentes zones fonctionnelles dans les cellules épithéliales
Cytosquelette comprends :
- 3 types de filaments requis pour le maintien de la structure des cellules
- cytosquelette connecté aux jonctions cellulaires et à la matrice extracellulaire
- microvillosités
- membrane basale vs apicale
- jonctions cellulaire
- lamellipodes, flopodes
- récepteurs (intégrines) associé à la matrice extracellulaire
Définir la structure et expliquer les rôles de chaque type de cytosquelette :
Comprends 3 types de filaments :
1. Actine
- minces et flexibles
- mouvements cellulaires
- division cellulaire
- contraction musculaire
2. Microtubules
- contient des sous-unités de protéines tubulines
- se forment à partir du centrosome
- rigide et droits
- position et mouvement des organites (transport)
- division cellulaire
- fuseau mitotique
Pour actine + microtubules :
a) Structure
- stables et résistants
- hautement dynamique, rapide
- liés à un nucléotide
- associés à des moteurs moléculaires
- construits à partir de petites sous-unités
- polymérisés en filament
- diffusion rapide des monomères
- microtubules s’assemblent bout à bout
- association entre monomères relativement faible
- assemblage de plusieurs protofilaments = stable (2 filaments ou + = stable)
- extrémités dynamique : + facile d’enlever aux bouts
- milieu (centre) stable
b) Rôles
- mouvements cellulaires
- transport d’organites
- doit pouvoir assembler et désassembler aux extrémités rapidement les filaments à l’endroit requis
- stabilité de la structure des filaments
c) Nucléation des filaments
- Étape limitante (peut la contrôler in vitro) = nucléation = début de l’assemblage de quelques sous-unités (pas stable), création d’un début d’oligomère
d) Polarité
- extrémité + = extrémité où l’élongation du filament se produit (+ = polymérisée vs - = dépolymérisée) : ajout de forme T
- microtubules = sous-unités bêta = GTP
- actine = côté exposant l’ATP
- pour polymérisée il faut la forme triphosphate, on ajoute T = début de l’hydrolyse du GDP : devient la forme D
e) Rôle du nucléotide
- Forme T = triphosphate : GTP ou ATP (association plus stable avec polymère)
- Forme D = diphosphate : GDP ou ADP (association moins stable avec polymère)
- hydrolyse dépend de la durée de l’association du monomère dans le polymère : quand on hydrolyse T –> D
- Filaments intermédiaires
a) structure
- organisation flexibles et résistants
- dynamique mais stable
- échange de monomères : monomère assemblés en dimères puis tétramères décalés l’un par rapport à l’autre
- interactions hydrophobes entre protofilaments
- pas de polarité
- structure finale = 32 filaments
- polypeptide allongés sous forme d’hélice alpha
- pas lié à un nucléotide
- régulé par phosphorylation
b) Rôle = force et résistance mécanique
- cytosquelette le plus varié (70 gène différents) : chacun spécifique pour un type de cellule particulier
c) Types de filaments intermédiaires :
- kératines (qualités mécaniques des cellules épithéliales) = famille la plus diverse, cheveux, ongles, contient une sous-unité acide et une basique
- vimentine (diff. types cellulaires)
- neurofilaments (neurones, axone) = 3 types qui sont co-assemblés pour créer une structure pour maintenir les axones
- lamines (structure protéique du noyau) : rapidement dépolymérisée quand division cellulaire
Comprends 3 types de jonctions cellulaires :
1. Jonctions serrées = étanches
2. Desmosomes = résistance
3. Jonctions ouvertes = communication
Expliquer la relation entre le cytosquelette et la MEC/jonctions cellulaires :
Chaque type de filament est requis pour le maintien de la structure des cellules
(Interactions entre les composantes)
Cytosquelette connecté aux jonctions cellulaires et à la matrice extracellulaire
- Structure générale et mouvement
- Structures particulières Microvillosités
- Membrane basale vs apicale
Jonctions cellulaires
1. Jonctions serrées: étanches
2. Desmosomes: résistance
3. Jonctions ouvertes: communication
Pour chaque type de jonctions : associé à actine ou filament intermédiaire
- Fonction spécifique (Résistance et rigidité, communication, passage de molécules entre les cellules et d’une cellule à l’autre)
- Composition spécifique (CAM spécifiques)
- Association avec un type de cytosquelette
Association à la matrice extracellulaire Récepteurs (ex. Intégrines)
Rôles de la matrice extracellulaire (MEC) :
- Adhérence des cellules du tissu
- Propriétés mécaniques des tissus conjonctifs (résistance, solidité, pouvoir amortissant)
- Réservoir/régulation de protéines de signalisation
- Mouvement cellulaires (morphogénèse)
MEC composée de :
- Fibres de collagène
- Protéines solubles multi-adhésives (laminine, fibronectine)
- Protéoglycan [Protéines glycosylées (O-linked)]
- Polysaccharides hyaluronate, etc.
Expliquer les caractéristiques générales des compostantes du cytosquelette permettant leur assemblage dynamique :
Dynamique : s’assemblent et se désassemblent lorsque nécessaire
–> associé à un nucléotide (ATP/GTP)
Comportement dynamique lié à l’hydrolyse du nucléotide :
- extrémité plus fragile se défait le mieux
- extrémité + = élongation
- extrémité - = dissociation (surtout actine) en forme D
- formation du premier petit oligomère = étape limitante et régulée
- hydrolyse du nucléotide dépend du temps passé sous forme de filament
- in vivo = processus régulé par un certain nombre de protéines
*régulé par une variété de protéines qui contrôlent la nucléation, la stabilisation, et la déstabilisation des filament
Définir les différents types de molécules d’adhésion et leurs interactions (intracellulaire, extracellulaire) :
Cytosquelette connecté aux jonctions cellulaires et à la matrice extracellulaire
- Association à la matrice extracellulaire Récepteurs (ex. Intégrines)
2 types d’interactions :
1. Interactions entre cellules
- Jonctions d’ancrage: Jonctions adhérentes, Desmosomes
- Jonctions serrées: étanchéité
- Communication entre cellules: Jonctions ouvertes, TCR, jonctions d’ancrage,jonctions serrées
2. Interaction cellule - MEC
Molécules d’adhésion (CAM)
4 classes composées de répétitions de domaines conservés
1. Cadhérines (Jonctions adhérentes, desmosomes)
2. IgCAM (Domaine Ig, Interactions cellule-cellule)
3. Sélectines (Système immunitaire, reconnaît groupement glucidique)
4. Intégrines (MEC, active voie de signalisation qui indique la cellule est ancrée)
A) Interactions extracellulaires
- Interactions en Trans (MEC - Autre cellule)
- Interactions en Cis (Autre CAM sur même cellule)
- Interactions homologues : même type de protéine
- Interactions hétérologues : 2 types différents
B) Interactions intracellulaires
- Adaptateurs
- Cytosquelette
- Signalisation
Définir les protéines des microfilaments :
a) G-Actine
b) F-Actine
c) Profiline
d) Cofiline
e) CapZ
f) Tropomoduline
g) Thymosine
h) ARP2/3
I) Formine
a) G-Actine
- se fait réguler par Thymosine
- sous-forme de monomère, pas encore en filaments, actine juste liée à ATP
- unité qui compose le filament
b) F-Actine
- G-actine sous forme de filaments
c) Profiline
- assemblage à extrémité + (élongation)
- change ATP pour ADP : agit comme une GEF mais reste accroché, interragie encore avec actine
- ATPase : dépend de la concentration d’actine de forme T
- se lie à l’actine du côté opposé au site de liaison à l’ATP
- compétition avec thymosine pour la liaison à l’actine
d) Cofiline
- désassemble à l’extrémité - de actine
- ext. - = où c’est moins stable
- déstabilise les filaments d’actine spécifiquement
- augmente la torsion du filament et génère un stress mécanique
- se lie de préférence à la forme D
- dépolymérise de préférence les vieux filaments
e) CapZ
- coiffes qui stabilise les extrémités
- extrémité + du filament dans cellule musculaire
- protège extrémité + pour éviter sa polymérisation
- arrête le cycle pour rendre l’actine moins dynamique et plus stable si besoin
f) Tropomoduline
- coiffes qui stabilise les extrémités
- extrémité - de filaments liés à la tropomyosine dans cellules musculaires (tropomyosine = se lie à plusieurs molécules d’actine à l’intérieur d’un filament, stabilise)
- fixe la structure du sarcomère dans les muscles
- arrête le cycle pour rendre l’actine moins dynamique et plus stable si besoin
g) Thymosine
- régule la G-actine, séquestre la G-actine donc diminue la concentration d’actine, diminue la vitesse de formation des filaments
- tampon pour la concentration totale qui prévient la polymérisation de l’actine en s’y liant
h) ARP2/3
- nucléation = stimule formation de nouveaux filaments d’actine à extrémité -
- élongation à extrémité +
- normalement inactif mais lorsque activé par d’autres protéines (quand signal) = stimule la formation d’un filament d’actine
- forme filament à angle (70) en formant un filament d’actine sur un filament déjà existant = plus efficace
- composé de 2 complexe : ARP 2 et ARP 3
- formation de réseaux mailles
- rôles = mouvement de la cellule
- forme complexe avec protéines accessoire
- protéines similaire à actine
- activé par protéines de la famille WASP
I) Formine
- nucléation = stimule formation de nouveaux filaments à extrémité +
- faisceaux d’actine : long filaments linéaires dans fibre de stress
- famille de protéines (15)
- dimère se liant à l’actine monomérique
- fonctionne avec la profiline qui livre le filament d’actine à la formine pour allonger le filament d’actine (ajout de monomère)
J) Tropomyosine
- se lie à plusieurs actine à l’intérieur d’un filament
- stabilise le filament
