Le cytosquelette - Microtubules

 

Des cellules en fluorescence. En bleu, le noyau, en vert, les microtubules et en rouge, les micro filaments. Le tout formant le cytosquelette.

Le cytosquelette est fait de micro filaments, de microtubules et de filaments intermédiaires. On peut le décrire comme étant un filet plastique chargé de donner la forme à une cellule et s'occupe aussi des déplacements de la cellule (et de ce qui se trouve à l’intérieur de celle-ci). Le cytosquelette est donc une partie importante de la cellule puisqu’il permet le déplacement transmembranaire des vésicules, la migration de la cellule entière et la contraction de la cellule. Bref , c’est l’autoroute, et les rails de plusieurs protéines.

Les microtubules :

 

Les microtubules sont des structures du cytosquelette formées de protéines globulaires ( protéines solubles dans l’eau, possèdent une forme sphérique et compacte) qui entours le GTP ( Guanosine Triphosphate) qui permet de stopper la croissance des microtubule. Les microtubules sont formées de deux protéines: les tubulines-α et les tubulines-β. Ces deux protéines se comportent de façons différentes avec la GTP. La première, la tubulines-α, va piéger la GTP en son centre pour le rendre inactif. Tandis que la tubuline-β va plutôt l’hydrolyser pour pouvoir l'utiliser comme chapeau (Protection contre la dégradation). Les tubulines s’associent ensemble de façon spécifique grâce à des liens non-covalents. Sur la largeur, il y a alternance entre les deux tubulines alpha et beta. Et puis, sur la longueur, on retrouve des colonnes de alpha suivit de colonne de beta. Les microtubules ont une extrémité de charge positive et une extrémité de charge négative causées par l’assemblage en tête à queue. Ainsi, l’élongation des microtubules se fait uniquement du coté de charge positive. Cette élongation est régulée par la formation de chaine de tubulines, ce qu'on appelle la nucléation. La nucléation commence avec un couple de tubuline-β et de tubuline-α, c'est-à-dire un dimère. Puis, les dimères s’assemblent par groupe de nombre paire pour former des oligomères. Ensuite, les oligomères vont former des protofilaments qui vont se regrouper tous ensemble pour former des feuillets de protofilaments. Lorsque le feuillet est assez grand, il se referme sur lui-même. Tout ceci est fait in vivo avec un MTOC d’organisation de tubulines.

Formation d'un microtubule. Tout commence à la nucléation, pour former des dimères qui forment des groupes paires que l'on appelle oligomère. Puis des protofilaments qui forment des feuillets et qui créer le microtubule.

Les microtubules peuvent jouer un rôle dynamique (cytosolique) et un rôle fixe (Les cils et flagelles). Les microtubules forme la structure astrale de chaque cellule. Grâce à neuf triplet de microtubules placés en forme d’étoile, il y a formation des centrioles. Ce situant tout près du noyau, les tubulines-α forment une sphère autours des centrioles. Les tubulines-β vont ensuite se lier par des liens non-covalents avec les tubulines-α ce qui va permettre aux microtubules de croitre vers l’extrémité positive. C'est avec ces étapes que l'on voit apparaître le centrosome, un MTOC de la cellule animale, qui se trouve juste à côté du noyau.

Mais, les microtubules ne se font pas n'importe comment. La croissance des microtubules dépendent de la concentration critique (Cc) de tubulines libre dans la cellule. Une tubuline libre est une tubuline n'ayant pas encore formé de dimère. Si la concentration de tubuline lide est plus petite que la concentration critique, alors il y a catastrophe, c’est-à-dire que le microtubule se défait complètement et très rapidement (D'où le nom catastrophe). Au contraire, si la concentration de tubuline libre est supérieure à la concentration critique, alors il y a sauvetage, ce qui veut dire que le microtubule croît. Le GTP fait un chapeau aux tubulines au bout positif  des microtubules, que l’on appelle GTP-cap. Le GTP-cap donne de la rigidité aux microtubules lorsque la croissance de ceux-ci ralenti. De cette façon, les microtubules évitent de faire catastrophe dès que leur croissance est ralentie. Lorsqu'ils sont rendus assez grands et que leurs travail est terminé, la GTP est rapidement hydrolysée pour donner de la GDP. Celle-ci déforme les microtubules, les arrondies, et provoque la catastrophes. Cette technique permet d’offrir à la cellule le temps de produire des tubulines libres pour continuer la formation de d'autres microtubules.

Certaines protéines, excluant la tubuline, sont associées aux microtubules, des MAP, pour facilité le fonctionnement des microtubules. Ces protéines ont plusieurs rôles : 

•   Liaison au dimère de tubuline et  séquestration: Des protéines sont mises en place pour donner une meilleure stabilité au microtubule en attachant ensemble certains groupe de tubuline. Par ailleurs, il y a des protéines qui elles ont pour objectif de séparer les microtubules en leur donnant une forme arrondie ce qui aide la provocation de la catastrophe.

• Se lient aux extrémités des microtubules et contrôlent la polymérisation :
• Se lient à l'extrémité de charge négative pour contrôler la nucléation.
• Se lient à l'extrémité de charge positive pour contrôler la catastrophe.
• Font les interactions latérales et la stabilisation de faisceaux

Les protéines moteurs des microtubules:

Une kinésine qui se déplace sur un microtubule

Il y a deux protéines moteurs des microtubules: La kinésine et la Dynéine. Ces protéines sont composés de trois parties distinctes. La première est deux têtes globulaires, les gros pied de la molécule. C'est grâce à ces deux pieds, qui sont des ATPase, qu'elles peuvent se lié à un microtubule. Le deuxième, est une hélice-α qui permet d'atteindre la protéine et le dernier est la tête formé de de chaine légère que l'on appelle le transporteur. La majeur différence entre les deux protéines est que la dynéine a des protéines globulaires environ 10 fois la grosseur de la kinésine.

La différence entre le moteur de la kinésine, à gauche, et de la dynéine, à droite.

Comment les protéines moteurs permettent le transport intracellulaire?     

Elles peuvent déplacer des charges grâce à l'hydrolyse de l'ATP. Cle moteur en activité avec ATPase, et lié au cytosquelette, et sur l’autre extrémité, en plus petit, il y a le complexe qui réagit avec le cargo à transporter. La différence majeure entre la Kinésine et la dynéine est la direction vers laquelle elles vont. La Kinésine va du point négatif vers le point positif, tandis que la dynéine va du point positif au point négatif. Le déplacement des deux protéines se fait par l’hydrolyse de l’ATP. Premièrement, une tête globulaire se lie au microtubule avec de L’ATP, ce qui propulse la deuxième vers l’avant. La deuxième prend alors un ATP, et la première relâche un Phosphate et est propulsé vers l’avant. Et ainsi de suite jusqu’à destination.

Ainsi, c’est principalement par ces deux protéines que les vésicules sont transporter du réticulum endoplasmique vers la membrane externe et ce même dans les neurones. Le corps cellulaire est le point négatif et les axones sont positifs. Les Kinésines vont du centre du corps cellulaire vers les axones et la dynéine va faire le contraire.