Microtubules

[[cytosquelette]]

Fonctions

Les fonctions des microtubules sont :

• le maintien de la forme cellulaire. Ils forment une charpente résistante à la compression.
• la mobilité cellulaire. Ils sont les composants des cils et des flagelles.
• la séparation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ils sont responsables de la formation du fuseau mitotique.
• l'organisation cellulaire. Les organites se déplacent dans la cellule via des protéines motrices accrochées aux microtubules.

Structure

Les microtubules sont des cylindres creux d'un diamètre 25nm qui mesurent entre 200nm et 25um soit la longueur de la cellule. Ils sont composés de tubuline, une protéine structurale, de type \(\alpha\) et \(\beta\).

L'agencement des molécules créé deux extrémités différentes. L'extrémité plus accumule et libère jusqu'à 4 fois plus rapidement les éléments que celle moins.

Centrosome centre organisateur des microtubules.

La polymérisation de la tubuline se fait par la fixation de GTP qui sera hydrolysé en GDP pour être dépolymérisé.

Protéines associées

Les protéines associées aux microtubules sont appelées protéines Maps (microtubule associates proteins).

Deux complexes protéiques se déplacent le long des filaments d'actine :

• Vers le -- (dynéine)
• Vers le + (kinésine).

Ils permettent l'accrochage et le déplacement des vésicules dans le cytosol.

La kinésine se déplace en hydrolysant de l'ATP. Elle est impliquée pour stabiliser les microtubules polaires au niveau de leurs extrémités «plus ».

Les dynéines sont responsables de la fixation des microtubules astraux à la membrane plasmique.

Les microtubules sont des tubes constitués de 13 filaments de polymères de dimères de tubuline. Chaque hétérodimère est formé par deux sous unités instables qui s'assemblent spontanément :

• Alpha
• Béta

La tubuline

La tubuline a deux extrémités :

• Une queue ou extrémité C-ter.
• Molécule de GTP.

L'extrémité C-ter est chargée négativement (glutamate). C'est généralement le lieu des interactions avec les protéines régulatrices qui viennent supprimer des charges.

Il existe des variations de tubulines (isotopes) au sein des différents types de tubulines (isoformes). Les isotopes se différencient par la constitution et la structure de leur extrémité C-ter.

Isoformes : alpha, béta, gamma, etc.

Polymérisation

Deux dimères se lient en Alpha-béta par l'hydrolyse de GTP en GDP au niveau de l'extrémité Béta.

Tubule ATP et GTP hydrolyser pour la régulation par des protéines de régulation augmente l'instabilité

Régulation et organisation des microtubules

Propriété des microtubules

La dissymétrie du monomère se retrouve à l'échelle du microtubule. Elle confère au tout une propriété structurale de polarité fonctionnelle. La polymérisation a lieu principalement au niveau de la tubuline béta appelée extrémité + (par opposition à l'extrémité alpha appelé extrémité -).

Assemblage des protofilaments en microfilament

Les microtubules sont formés de 13 protofilaments. Les interactions se font entre les tubulines du même type avec un décalage ce qui confère un aspect en spirale.

Centrosome

Les microtubules se déploient à partir d'une zone localisée dans la cellule appelée centrosome. Elle est formée de deux centrioles positionnés perpendiculairement et entourée d'un amas de protéines.

Centrosome centre organisateur des microtubules.

Un centriole est composé d'une épaisseur de tubuline gamma associée à des protéines de type GCPS. L'ensemble forme un complexe appelé gamma-TUSC. Au-dessus se trouve l'alternance des tubulines alpha et beta avec l'extrémité + dirigée vers l'extérieur de centrosome.

Note

La tubuline gamma est impliquée dans la biogénèse des microtubules.

Instabilité dynamique des microtubules.

La stabilité des microtubules dans le temps dépend :

• De protéines régulatrices
• De la concentration de tubulines.

Certaines protéines agissent sur la construction ou la déconstruction des réseaux de microtubules en modifiant la probabilité de polymérisation ou de dépolymérisation. Elles peuvent être classées en deux catégories en fonction de si elle augmente ou diminue l'instabilité des microtubules.

Sauvetage processus qui s'oppose à la dépolymérisation des microtubules et permet de revenir à une phase d'assemblage.

Note

Le rôle des protéines dépend des interactions avec d'autres protéines. Il peut changer au cours du temps.

Example

Exemples de protéines régulatrices stabilisatrices :

• Protéines de type MAPS structurales ont une affinité qui diminue avec l'augmentation du nombre de phosphorylations.
• TIPS interagissent avec l'extrémité +.

Par exemple, MAP2 et Tau structurent et organisent les microtubules dans les dendrites.

Protéines déstabilisatrices

Les protéines déstabilisatrices peuvent agirent soit :

• Aux extrémités. Elles sont appelées promoteurs de catastrophes.
• N'importe où en provoquant la fragmentation des microtubules.

La déstabilisation de l'extrémité augmente la probabilité de dépolymérisation au niveau de l'extrémité. Elle peut se faire de deux manières en :

• Séquestrant la tubuline càd en diminuant la concentration de tubuline disponible au moins au niveau de l'extrémité du microtubule.
• Déstabilisant l'extrémité.

Quelques exemples de protéines de déstabilisation :

• Les stathmines s'associent aux dimères et bloquent la capacité d'interaction de ces derniers. L'affinité est régulée par leur degré de phosphorylation (corrélation positive). Son activité dépend du degré de phosphorylation.
• Katanine provoque le désassemblage par fragmentation des microtubules.

Les substances toxiques

Certaines substances toxiques agissent sur les microtubules pour causer la mort des cellules soit en :

• Induisant une dépolymérisation ou une polymérisation.
• Bloquant le microtubule dans sa conformation càd empêchant toutes activités de polymérisation ou de dépolymérisation, par exemple le taxol ou le nocodazole.

Le rôle des microtubules

Quelques grandes fonctions de microtubules :

• Le battement ciliaire et flagellaire.
• Implication dans les transports intracellulaires et le maintien de la compartimentation intracellulaire.
• Dans la division cellulaire (mise en place du fuseau mitotique, séparation des chromosomes...).

Les moteurs moléculaires

Il existe deux types de moteurs moléculaires associés aux microtubules ou MAPs motrice :

• Les dynéines qui se déplacent vers l'extrémité --.
• Les kinésines qui se déplacent vers l'extrémité +.

Example

Les neurotransmetteurs relâchés au niveau des synapses sont synthétisés dans le soma du neurone. Ils sont acheminés par un transport vésiculaire qui se déplace le long des microtubules de l'extrémité - vers celle +. Les vésicules sont équipées de kinésines et dynéines. Leur déplacement se fait par l'activation de l'une des deux protéines en fonction des protéines structurales associées aux microtubules. Elles sont régulées par phosphorylation.

Note

Certaines kinésines sont des promoteurs de catastrophe.

Les dynéines

La dynéine assure le transport des vésicules. Elle lie la vésicule par l'intermédiaire de transport des vésicules par la dynactine, un complexe protéique présent sur la membrane des vésicules et le filament ARP.

Example

Pour étudier les dynéines, il faut d'une méthode pour purifier les dynéines : Les dynéines sont associées aux microtubules. Pour les étudier, on a besoin de pouvoir les isoler. 1. Dépolarisation des microtubules. Les microtubules sont décomposés en dimère. 2. Ajout d’ATP. Cela conduit à l’activation des dynéines qui arrivent rapidement en bout de chaîne et se détachent fragments d’actines.

Fonctionnement des cils et des flagelles

Les cils et les flagelles se distinguent par la longueur de l'extension. Les cils plus courts ne peuvent faire qu'un mouvement dans un plan, par opposition, aux flagelles plus longs qui peuvent s'agiter dans un volume.

Note

Il existe des différences fondamentales entre les flagelles eucaryotes et procaryotes.

La structure des cils et des flagelles est dite axonème. Elle est formée de \(9+2\) microtubules :

• neuf doublés périphériques
• deux doublés centraux.

Ils sont reliés par les bras rayonnants.

Les doublets périphériques sont formés entre un microtubule A incomplet et un B. Les « bras » externes et internes sont constitués de dynéine.