CYTOSQUELETTE: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS ET STRUCTURE - LA BIOLOGIE - 2025

Le cytosquelette est une structure cellulaire constituée de filaments. Il est dispersé dans tout le cytoplasme et sa fonction est principalement de soutien, pour maintenir l'architecture et la forme des cellules. Structurellement, il est composé de trois types de fibres, classées selon leur taille.

Ce sont des fibres d'actine, des filaments intermédiaires et des microtubules. Chacun attribue une propriété spécifique au réseau. L'intérieur de la cellule est un environnement dans lequel le déplacement et le transit des matériaux se produisent. Le cytosquelette assure la médiation de ces mouvements intracellulaires.

Par exemple, les organites - comme les mitochondries ou l'appareil de Golgi - sont statiques dans l'environnement cellulaire; ceux-ci se déplacent en utilisant le cytosquelette comme voie.

Bien que le cytosquelette prédomine clairement dans les organismes eucaryotes, une structure analogue a été rapportée chez les procaryotes.

Caractéristiques générales

Le cytosquelette est une structure extrêmement dynamique qui représente un «échafaudage moléculaire». Les trois types de filaments qui le constituent sont des unités répétitives qui peuvent former des structures très différentes, selon la manière dont ces unités fondamentales sont combinées.

Si l'on veut créer une analogie avec le squelette humain, le cytosquelette équivaut au système osseux et, en plus, au système musculaire.

Cependant, ils ne sont pas identiques à l'os car les composants peuvent être assemblés et désintégrés, permettant des changements de forme et donnant la plasticité cellulaire. Les composants du cytosquelette ne sont pas solubles dans les détergents.

Caractéristiques

Forme

Comme son nom l'indique, la fonction «intuitive» du cytosquelette est de fournir stabilité et forme à la cellule. Lorsque les filaments sont combinés dans ce réseau complexe, cela donne à la cellule la propriété de résister à la déformation.

Sans cette structure, la cellule ne pourrait pas conserver une forme spécifique. Cependant, c'est une structure dynamique (contrairement au squelette humain) qui donne aux cellules la propriété de changer de forme.

Mouvement cellulaire et jonctions

De nombreux composants cellulaires sont attachés à ce réseau de fibres dispersées dans le cytoplasme, contribuant à leur disposition spatiale.

Une cellule ne ressemble pas à une soupe avec différents éléments flottant à la dérive; ce n’est pas non plus une entité statique. Il s'agit plutôt d'une matrice organisée avec des organites situés dans des zones spécifiques, et ce processus se produit grâce au cytosquelette.

Le cytosquelette est impliqué dans le mouvement. Cela se produit grâce aux protéines motrices. Ces deux éléments se combinent et permettent le mouvement à l'intérieur de la cellule.

Il participe également au processus de phagocytose (processus dans lequel une cellule capture une particule de l'environnement extérieur, qui peut ou non être un aliment).

Le cytosquelette permet à la cellule de se connecter à son environnement externe, physiquement et biochimiquement. Ce rôle de connecteur est ce qui permet la formation de tissus et de jonctions cellulaires.

Structure et composants

Le cytosquelette est composé de trois types de filaments différents: l'actine, les filaments intermédiaires et les microtubules.

Un nouveau candidat est actuellement proposé comme quatrième brin du cytoskèle: la septine. Chacune de ces parties est décrite en détail ci-dessous:

Filaments d'actine

Les filaments d'actine ont un diamètre de 7 nm. Ils sont également connus sous le nom de microfilaments. Les monomères qui composent les filaments sont des particules en forme de ballon.

Bien qu'il s'agisse de structures linéaires, elles n'ont pas la forme d'une «barre»: elles tournent sur leur axe et ressemblent à une hélice. Ils sont attachés à une série de protéines spécifiques qui régulent leur comportement (organisation, localisation, longueur). Il existe plus de 150 protéines capables d'interagir avec l'actine.

Les extrêmes peuvent être différenciés; l'un s'appelle plus (+) et l'autre moins (-). À ces extrémités, le filament peut grossir ou se raccourcir. La polymérisation est sensiblement plus rapide du côté positif; Pour que la polymérisation se produise, l'ATP est nécessaire.

L'actine peut également être en tant que monomère et libre dans le cytosol. Ces monomères sont liés à des protéines qui empêchent leur polymérisation.

Fonctions des filaments d'actine

Les filaments d'actine ont un rôle lié au mouvement cellulaire. Ils permettent à différents types de cellules, à la fois des organismes unicellulaires et multicellulaires (par exemple, les cellules du système immunitaire), de se déplacer dans leur environnement.

L'actine est bien connue pour son rôle dans la contraction musculaire. Avec la myosine, ils se regroupent en sarcomères. Les deux structures permettent un tel mouvement dépendant de l'ATP.

Filaments intermédiaires

Le diamètre approximatif de ces filaments est de 10 µm; d'où le nom «intermédiaire». Son diamètre est intermédiaire par rapport aux deux autres composants du cytosquelette.

Chaque filament est structuré comme suit: une tête en forme de ballon à la borne N et une queue de forme similaire à la borne en carbone. Ces extrémités sont reliées les unes aux autres par une structure linéaire constituée d'hélices alpha.

Ces "cordes" ont des têtes globulaires qui ont la propriété de s'enrouler avec d'autres filaments intermédiaires, créant des éléments entrelacés plus épais.

Les filaments intermédiaires sont situés dans tout le cytoplasme cellulaire. Ils s'étendent jusqu'à la membrane et y sont souvent attachés. Ces filaments se trouvent également dans le noyau, formant une structure appelée «lame nucléaire».

Ce groupe est classé à son tour en sous-groupes de filaments intermédiaires:

- Filaments de kératine.

- Filaments de vimentine.

- Neurofilaments.

- Feuilles nucléaires.

Rôle des filaments intermédiaires

Ce sont des éléments extrêmement solides et résistants. En fait, si on les compare avec les deux autres filaments (actine et microtubules), les filaments intermédiaires gagnent en stabilité.

Grâce à cette propriété, sa fonction principale est mécanique, résistant aux changements cellulaires. On les trouve en abondance dans les types de cellules qui subissent un stress mécanique constant; par exemple, dans les cellules nerveuses, épithéliales et musculaires.

Contrairement aux deux autres composants du cytosquelette, les filaments intermédiaires ne peuvent pas s'assembler et se séparer à leurs extrémités polaires.

Ce sont des structures rigides (pour pouvoir remplir leur fonction: support cellulaire et réponse mécanique aux contraintes) et l'assemblage des filaments est un processus dépendant de la phosphorylation.

Les filaments intermédiaires forment des structures appelées desmosomes. Avec une série de protéines (cadhérines), ces complexes sont créés qui forment les jonctions entre les cellules.

Microtubules

Les microtubules sont des éléments creux. Ce sont les plus gros filaments qui composent le cytosquelette. Le diamètre des microtubules dans sa partie interne est d'environ 25 nm. La longueur est assez variable, dans la plage de 200 nm à 25 µm.

Ces filaments sont indispensables dans toutes les cellules eucaryotes. Ils émergent (ou naissent) de petites structures appelées centrosomes, et de là, ils s'étendent jusqu'aux bords de la cellule, contrairement aux filaments intermédiaires, qui s'étendent dans tout l'environnement cellulaire.

Les microtubules sont constitués de protéines appelées tubulines. La tubuline est un dimère composé de deux sous-unités: l'α-tubuline et la β-tubuline. Ces deux monomères sont joints par des liaisons non covalentes.

L'une de ses caractéristiques les plus pertinentes est la capacité à croître et à se raccourcir, étant des structures assez dynamiques, comme dans les filaments d'actine.

Les deux extrémités des microtubules peuvent être différenciées l'une de l'autre. Pour cette raison, on dit que dans ces filaments il y a une "polarité". À chacun des extrêmes - appelés plus p positif et moins ou négatif - le processus d'auto-assemblage se produit.

Ce processus d'assemblage et de dégradation du filament donne lieu à un phénomène "d'instabilité dynamique".

Fonction microtubule

Les microtubules peuvent former des structures très diverses. Ils participent aux processus de division cellulaire, formant le fuseau mitotique. Ce processus aide chaque cellule fille à avoir un nombre égal de chromosomes.

Ils forment également les appendices en forme de fouet utilisés pour la mobilité cellulaire, tels que les cils et les flagelles.

Les microtubules servent de voies ou "autoroutes" dans lesquelles se déplacent différentes protéines ayant des fonctions de transport. Ces protéines sont classées en deux familles: les kinésines et les dynéines. Ils peuvent parcourir de longues distances dans la cellule. Le transport sur de courtes distances est généralement effectué sur actine.

Ces protéines sont les «piétons» des routes à microtubules. Son mouvement ressemble beaucoup à une marche sur le microtubule.

Le transport implique le mouvement de différents types d'éléments ou de produits, tels que des vésicules. Dans les cellules nerveuses, ce processus est bien connu car les neurotransmetteurs sont libérés dans les vésicules.

Les microtubules participent également à la mobilisation des organites. En particulier, l'appareil de Golgi et le réticulum endosplasmique dépendent de ces filaments pour prendre leur bonne position. En l'absence de microtubules (dans les cellules expérimentalement mutées), ces organites changent nettement de position.

Autres implications du cytosquelette

Dans les bactéries

Dans les sections précédentes, le cytosquelette des eucaryotes a été décrit. Les procaryotes possèdent également une structure similaire et ont des composants analogues aux trois fibres qui composent le cytosquelette traditionnel. A ces filaments s'ajoute l'un des siens appartenant à des bactéries: le groupe MinD-ParA.

Les fonctions du cytosquelette chez les bactéries sont assez similaires à celles qu'ils remplissent chez les eucaryotes: soutien, division cellulaire, maintien de la forme cellulaire, entre autres.

Dans le cancer

Cliniquement, des composants du cytosquelette ont été associés au cancer. Puisqu'ils interviennent dans les processus de division, ils sont considérés comme des «cibles» pour comprendre et attaquer le développement cellulaire incontrôlé.

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