Polarité et asymétrie cellulaires

La polarité cellulaire est l'asymétrie organisée d'une cellule, où ses composants, y compris la membrane plasmique, le cytosquelette et les organites, sont distribués de manière inégale pour créer des domaines distincts et une directionnalité définie. Cette asymétrie permet aux cellules épithéliales de séparer une surface apicale d'une surface basale, aux cellules migratrices de distinguer l'avant de l'arrière, et aux cellules en division de ségréger les déterminants du destin cellulaire, rendant la polarité fondamentale pour la manière dont les cellules construisent les tissus et remplissent des fonctions directionnelles.

Definition

La polarité cellulaire est l'établissement et le maintien d'une organisation asymétrique des domaines membranaires, du cytosquelette et du contenu d'une cellule, produisant des régions fonctionnellement distinctes et un axe d'orientation défini.

Scope

Cette entrée couvre le concept de polarité cellulaire, les systèmes protéiques conservés qui l'établissent et la maintiennent, ainsi que ses principales formes, y compris la polarité apico-basale des épithéliums et la polarité avant-arrière des cellules migratrices. Il s'agit d'un sujet de référence et éducatif en biologie cellulaire ; la morphogenèse tissulaire et la migration en tant que processus sont traitées dans des entrées connexes, et aucune directive clinique n'est fournie.

Core questions

• Que signifie pour une cellule d'être polarisée ?
• Quels complexes protéiques conservés établissent et maintiennent la polarité ?
• Comment la polarité apico-basale épithéliale et la polarité avant-arrière migratoire diffèrent-elles et se rapportent-elles ?
• Comment la polarité est-elle couplée au cytosquelette et au trafic membranaire ?

Key concepts

• Polarité apico-basale
• Polarité avant-arrière (planaire/migratoire)
• Complexes de polarité Par, Crumbs et Scribble
• Antagonisme mutuel des domaines corticaux
• Trafic membranaire polarisé
• Asymétrie cytosquelettique
• Division cellulaire asymétrique

Key theories

Complexes de polarité conservés

St Johnston et Ahringer décrivent comment un petit ensemble de modules protéiques conservés, y compris les complexes Par, Crumbs et Scribble, interagissent par antagonisme mutuel pour partitionner le cortex cellulaire en domaines distincts à travers divers types cellulaires, des œufs aux épithéliums.

États de polarité interconvertibles

Nelson décrit la polarité apico-basale et avant-arrière comme des organisations apparentées et interconvertibles de la même machinerie sous-jacente, permettant aux cellules épithéliales de passer d'un état stationnaire de construction tissulaire à un état migratoire.

Mechanisms

La polarité est établie lorsque des signaux briseurs de symétrie, tels que les contacts cellule-cellule ou cellule-matrice ou les gradients externes, sont amplifiés par des complexes protéiques corticaux conservés qui s'excluent mutuellement pour définir des domaines membranaires distincts. Le complexe Par, le complexe Crumbs et le complexe Scribble partitionnent les surfaces apicale et basolatérale des cellules épithéliales, tandis qu'une signalisation apparentée polarise l'avant et l'arrière des cellules migratrices. Ces domaines corticaux organisent le cytosquelette d'actine et de microtubules et dirigent le trafic vésiculaire polarisé de sorte que des protéines spécifiques soient livrées à des surfaces particulières, et dans les cellules en division, cette asymétrie peut être utilisée pour ségréger les déterminants du destin cellulaire entre les cellules filles.

Clinical relevance

La polarité sous-tend les fonctions de barrière et de transport des tissus épithéliaux, et la perte de polarité normale est une caractéristique des tissus désorganisés et néoplasiques ; le concept est donc pertinent pour l'histologie et la pathologie. Cette entrée décrit la polarité cellulaire normale à des fins de référence et d'éducation et ne constitue pas une base pour le diagnostic ou le traitement.

Evidence & guidelines

Le contenu présenté ici est basé sur des revues faisant autorité sur la polarité cellulaire et sur des manuels de biologie cellulaire standard ; il s'agit de science fondamentale descriptive plutôt que de contenu de directives cliniques.

History

La reconnaissance de l'asymétrie spatiale des cellules est ancienne dans l'étude des épithéliums et des œufs fécondés, mais la base moléculaire a émergé d'études génétiques sur des organismes modèles tels que Caenorhabditis elegans et Drosophila, qui ont identifié les gènes Par et d'autres régulateurs de polarité conservés. Des travaux ultérieurs, synthétisés dans des revues par St Johnston et Ahringer et par Nelson, ont montré que les mêmes modules agissent dans des types cellulaires très différents et que des états de polarité distincts sont interconvertibles.

Debates

Dans quelle mesure la machinerie de polarité est-elle unifiée à travers les types cellulaires ?

Bien que les complexes centraux tels que Par soient largement conservés, la question de savoir dans quelle mesure la polarité apico-basale et avant-arrière partagent un mécanisme unique ou déploient des programmes distincts spécifiques au contexte reste une question active.

Key figures

• Daniel St Johnston
• Julie Ahringer
• W. James Nelson

Seminal works

• stjohnston-ahringer-2010
• nelson-2009

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre la polarité apico-basale et la polarité avant-arrière ?

La polarité apico-basale organise une cellule épithéliale stationnaire en une surface supérieure (apicale) faisant face à une lumière ou à l'extérieur et une surface inférieure (basale) attachée à d'autres cellules et à la matrice ; la polarité avant-arrière organise une cellule migratrice selon sa direction de mouvement. Les deux utilisent une machinerie qui se chevauche et peuvent s'interconvertir.

Pourquoi la polarité cellulaire est-elle importante pour les tissus ?

La polarité permet aux cellules épithéliales de former des feuillets ordonnés avec des surfaces distinctes, permettant le transport directionnel et la fonction de barrière ; sans elle, les tissus perdent leur architecture organisée.