Cytosquelette et forme cellulaire

Le cytosquelette est le réseau dynamique de filaments protéiques qui confère à la cellule sa résistance mécanique, détermine sa forme, organise son intérieur et assure le mouvement et la division. Il comprend trois principaux systèmes de filaments : les filaments d'actine, les microtubules et les filaments intermédiaires, chacun possédant des propriétés mécaniques distinctes et des protéines partenaires, qui permettent collectivement aux cellules de résister à la déformation, de changer de forme, de transporter des charges et de migrer.

Definition

Le cytosquelette est le système intracellulaire de filaments d'actine, de microtubules et de filaments intermédiaires, ainsi que leurs protéines motrices et régulatrices associées, qui fournit un soutien mécanique, détermine et modifie la forme cellulaire, et organise le mouvement à l'intérieur et de la cellule.

Scope

Cette entrée couvre les trois systèmes de filaments du cytosquelette, leur assemblage et leur dynamique, les protéines motrices et accessoires qui agissent sur eux, ainsi que leurs rôles dans la forme cellulaire, la mécanique, le transport intracellulaire et la motilité. Il s'agit d'un sujet de référence et éducatif en biologie cellulaire ; la division et la migration cellulaires en tant que processus sont traitées dans des entrées connexes, et aucune orientation clinique n'est fournie.

Core questions

• Quels sont les trois principaux systèmes de filaments du cytosquelette et en quoi diffèrent-ils ?
• Comment l'assemblage et le désassemblage des filaments génèrent-ils de la force et modifient-ils la forme ?
• Comment les protéines motrices utilisent-elles le cytosquelette pour transporter des charges ?
• Comment le cytosquelette confère-t-il à une cellule sa forme et sa mécanique caractéristiques ?

Key concepts

• Filaments d'actine (microfilaments)
• Microtubules et tubuline
• Filaments intermédiaires
• Polymérisation des filaments et instabilité dynamique
• Protéines motrices (myosine, kinésine, dynéine)
• Cortex cellulaire et soutien mécanique
• Transport intracellulaire le long du cytosquelette

Key theories

Dynamique de l'actine et forme cellulaire

Pollard et Cooper décrivent comment l'assemblage et le désassemblage régulés des filaments d'actine, contrôlés par des protéines de nucléation, de coiffage et de sectionnement, génèrent les forces de poussée qui façonnent la surface cellulaire et entraînent le mouvement.

Les filaments intermédiaires comme intégrateurs mécaniques

Herrmann et ses collaborateurs décrivent les filaments intermédiaires comme des polymères résistants et extensibles qui résistent au stress mécanique et intègrent les propriétés mécaniques des cellules et des tissus, se distinguant des systèmes d'actine et de microtubules plus dynamiques.

Mechanisms

Les monomères d'actine polymérisent en filaments hélicoïdaux dont la croissance et le désassemblage régulés, contrôlés par des protéines de nucléation, de coiffage et de sectionnement, poussent la membrane pour former des protrusions et, avec les moteurs de myosine, génèrent une force contractile ; un cortex d'actine dense sous-tend la membrane plasmatique et détermine la forme et la rigidité de la cellule. Les microtubules, des tubes creux de tubuline, subissent une instabilité dynamique et servent de rails pour les moteurs kinésine et dynéine qui transportent des charges et positionnent les organites, et ils forment le fuseau lors de la division. Les filaments intermédiaires s'assemblent en polymères résistants, semblables à des cordes, qui supportent la tension et confèrent une résilience mécanique aux cellules et aux tissus. Ensemble, ces systèmes, réticulés et coordonnés, déterminent la forme, la mécanique, l'organisation interne et la motilité de la cellule.

Clinical relevance

Le cytosquelette est à la base de la mécanique tissulaire et est la cible de certaines toxines naturelles et de médicaments qui stabilisent ou déstabilisent les filaments ; les types de filaments intermédiaires sont utilisés comme marqueurs histologiques de la lignée cellulaire. Cette entrée décrit la biologie normale du cytosquelette à des fins de référence et d'éducation et ne constitue pas une base pour les décisions de traitement.

Evidence & guidelines

Le présent exposé est basé sur des revues faisant autorité sur la biologie de l'actine et des filaments intermédiaires et sur des manuels de référence ; il s'agit de biologie cellulaire descriptive plutôt que de matériel de directives cliniques.

History

La microscopie électronique au milieu du XXe siècle a révélé des réseaux de filaments à l'intérieur des cellules, et la biochimie a identifié l'actine, la tubuline et les protéines des filaments intermédiaires comme leurs éléments constitutifs. La découverte de l'instabilité dynamique des microtubules et des régulateurs de l'assemblage de l'actine a établi le cytosquelette comme un échafaudage dynamique plutôt que statique, et la caractérisation des moteurs myosine, kinésine et dynéine a expliqué comment il alimente le transport et le mouvement, comme synthétisé dans les revues de Pollard et Cooper et de Herrmann et ses collaborateurs.

Key figures

• Thomas D. Pollard
• John A. Cooper
• Harald Herrmann
• Ueli Aebi

Seminal works

• pollard-cooper-2009
• herrmann-2007

Frequently asked questions

Quels sont les trois types de filaments du cytosquelette ?

Les filaments d'actine (microfilaments), qui façonnent la surface cellulaire et entraînent le mouvement ; les microtubules, qui servent de voies de transport et forment le fuseau mitotique ; et les filaments intermédiaires, qui confèrent une résistance mécanique.

Comment le cytosquelette déplace-t-il les éléments à l'intérieur de la cellule ?

Les protéines motrices telles que la kinésine et la dynéine se déplacent le long des microtubules, et la myosine se déplace le long des filaments d'actine, transportant des organites et des vésicules comme charges et générant de la force en utilisant l'énergie de l'ATP.