Microfilaments

[[cytosquelette]] L'actine représente 10% des protéines des cellules.

Fonctions principales

• Maintien de la forme cellulaire (éléments supportant la tension).
• Modification de la forme cellulaire.
• Contraction musculaire.
• Cyclose motilité cellulaire (au moment de la formation des pseudopodes, des microfilaments d'actine aidés de filaments de myosine poussent le cytoplasme contre la membrane plasmique et déplacent ainsi la cellule).
• Formation du sillon de division cellulaire (cytocinèse ou cytodiérèse).

Structure

L'actine est présente sous deux formes dans la cellule :

• monomère (actine Globulaire).
• polymère = filament (actine Fibrillaire).

Le diamètre de l'actine F est d'environ 5 à 7nm. 

L'actine F est constitué de deux brins entortillés, chacun étant un polymère de sous-unités d'actine G

Le monomère d'actine est stabilisé par l'association à un nucléotide (l'ATP ou l'ADP).

C'est hydrolyse de l'ATP qui affaibli les liaisons entre les molécules d'actine et provoque la dépolymérisation.

In vitro, la vitesse de polymérisation à l'extrémité « + » d'un filament d'actine est trois fois supérieure à celle de l'extrémité « - ». 

Protéines associées aux filaments d'actine

La myosine II est une protéine motrice associée aux filaments d'actine.

Deux myosines peuvent s'associer pour former un tétramère. En hydrolysant elles pourront provoquer un glissement à l'origine du déplacement cellulaire chez certaines bactéries.

Les filaments d'actines ou microfilaments sont l'assemblage d'un polymère d'actines F formé de monomères d'actine G.

L'actine G possède en son centre : 

• un ATP ou un ADP (par hydrolyse ou remplacement).
• un cation bivalent \(Ca^{2+}\) ou \(Mg^{2+}\).

L'hydrolyse de l'ATP n'est pas spontanée. Elle nécessite l'action d'une enzyme.

L'actine G possède plusieurs isoformes. Il en existe 6 chez les mammifères. 

Protéine associée à l'actine (Actin Related Proteins noté ARP) protéines dont la chaine peptidique ressemble fortement à celle de l'actine G. 

La polymérisation de G en F dépend de : 

• la concentration d'actine.
• du pH.
• de la température.
• \(Mg^{2+}\).
• de la force ionique élevée.

La phalloïdine est une molécule fluorescente d'origine fongique qui se fixe et stabilise les microtubules et les rend fluorescent.

Propriétés

La polymérisation d'actines G en F, appelée nucléation, se fait suivant le mécanisme du tapis roulant. Les actines G s'alignent légèrement décaler (non rectiligne).

Deux filaments d'actine s'assemblent pour former une hélice. Son demi pas càd le nombre de monomères nécessaire pour le croisement des deux brins est de 13 monomères. 

Propriétés structurales

La polarité de l'actine G se retrouve dans la structure fonctionnelle de l'actine avec deux extrémités : 

• Barbue (-).
• Pointue (+).

Note

La polymérisation a lieu plus rapidement à l'extrémité +. 

La polarité structurale est définie par l'interaction avec les têtes de myosines. Elles sont orientées vers l'extrémité barbue.

Protéines de polymérisation

Protéines qui interagissent avec l'actine

Les protéines qui interagissent avec l'actine notées ABP (Actins Binding Protéins)

Quelques exemples d'ABP :

• Profiline favorise la polymérisation de l'actine à l'extrémité +.
• Thymosine est une protéine de séquestration de l'actine G-ATP.
• Cofiline dépolymérise à l'extrémité -- en hydrolysant l'ATP de l'actine G.  Elle est régulée par phosphorylation. Elle est également une protéine de fragmentation à pH basique.
• Gelsoline fragmente les polymérimères ou elle peut servir de coiffe pour empêche l'évolution des microfilaments.
• Capz protéine de coiffe qui protège et stabilise l'extrémité des microfilaments dans les cellules musculaires.

Nucléation ou biogénèse des microfilaments

La nucléation

• Complexe Arp 2/3 provoque une ramification ou une coiffe qui transforme l'extrémité -- en +. Il est notamment impliqué dans la formation des extensions membranaires qui servent à la migration cellulaire. Il présente des homologies de séquence peptidique avec l'actine.
• Formine recrutement de profiline pour polymériser l'actine.

La famille Rho-GTPase

La famille Rho GTPase comprend notamment Rac, CDC42, Rho A.

Elle réunit des protéines membranaires qui peuvent être sous deux formes actives GTP ou inactives GDP et qui servent à recruter des effecteurs càd à réguler directement les protéines qui interagissent avec les filaments d'actines.

Elles sont elles-mêmes régulées par des facteurs :

• Le changement d'état se fait par deux protéines GEF (active) et GAP (désactive).
• GDI (Guanine nucleotide Dissociation Inhibitor) transporteur du RE à la membrane plasmique. Rho n'est active que lorsqu'elle est ancrée dans la membrane plasmique.

Les myosines

Les myosines sont les moteurs moléculaires des filaments d'actines. Il en existe 20 classes. Par exemple, les myosines de type II se déplacent vers l'extrémité plus. Certaines myosines sont capables d'interagir avec les protéines membranaires pour créer par exemple, une invagination, une microvillosité ou dans cas de la myosine IV de réaliser une endocytose. 

Elles sont composées de trois parties : 

• Tête
• Cou 
• Queue

Protéines organisatrices de l'actine F

L'actine F est organisé par des protéines qui confèrent à l'ensemble une structure qui peut être de type : 

• Les uns le long des autres :

  • Serré parallèle lorsqu'ils sont orientés dans le même sens
  • Faisceau contractiles lorsqu'ils sont orientés en polarité inverse.

• Réseau où les filament sont enchevêtrés : 

  • Réseau lâche maille avec des intersections. Les filaments se croisent.
  • Réseau branché avec des ramification. Les filaments sont soudés les uns aux autres.

La structure est assurée par des protéines partenaires qui peuvent permettre soit :  

• Le pontage. Elles lient les actines entre elles. 
• D'ancrage (exemple : famille FERM). Elles permettent aux filaments d'actines d'être accrochés à la membrane plasmique.

Exemple du rôle des fonctions des microfilaments : la migration cellulaire

Le réseau de microtubules se polymérise en organisation parallèle pour :

• Gonfler la cellule pour lui donner une allure sphérique. Cela conduit à détacher la cellule du milieu.
• L'apparition d'extensions cellulaires appelé filopodes. Leur apparition et disparition permet à la cellule de se déplacer.
• Microvillosités intestinales.

Cet événement a lieu notamment grâce à Rho. Les extrémité des filopodes sont coiffées de formine.