FILAMENTS INTERMÉDIAIRES: STRUCTURE, TYPES, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les filaments intermédiaires, également connus dans la littérature sous le nom de "IFs" (de l'anglais Intermediate filaments), sont une famille de protéines fibreuses cytosoliques insolubles présentes dans toutes les cellules d'eucaryotes multicellulaires.

Ils font partie du cytosquelette, qui est un réseau filamenteux intracellulaire qui est principalement responsable du support de la structure cellulaire et de divers processus métaboliques et physiologiques tels que le transport des vésicules, le mouvement et le déplacement des cellules, etc.

Microscopie par immunofluorescence de deux protéines des filaments intermédiaires des astrocytes (Vimentine et GFAP) (Source: GerryShaw via Wikimedia Commons)

Avec les microtubules et les microfilaments, les filaments intermédiaires participent à l'organisation spatiale des organites intracellulaires, aux processus d'endocytose et d'exocytose, ainsi qu'aux processus de division cellulaire et de communication intercellulaire.

Les premiers filaments intermédiaires à étudier et à décrire sont les kératines, l'un des premiers types de protéines dont la structure a été analysée par diffraction des rayons X dans les années 1930.

Le concept de filaments intermédiaires a cependant été introduit dans les années 1980 par Lazarides, qui les a décrits comme des «intégrateurs mécaniques complexes de l'espace cellulaire» caractérisés par leur insolubilité et leur capacité à se réassembler in vitro après dénaturation.

Ils sont considérés par de nombreux auteurs comme des éléments «tampons» de stress pour les cellules animales, car ce sont des filaments plus flexibles que les microtubules et les microfilaments. Ils ne se trouvent pas seulement dans le cytosquelette, mais ils font également partie du nucléosquelette.

Contrairement aux autres composants fibreux du cytosquelette, les filaments intermédiaires ne participent pas directement aux processus de mobilité cellulaire, mais fonctionnent plutôt dans le maintien structurel et la résistance mécanique des cellules.

Structure

Source:

Les filaments intermédiaires ont un diamètre approximatif de 10 nm, caractéristique structurelle pour laquelle ils ont été nommés, car leur taille est comprise entre les tailles correspondant aux filaments de myosine et d'actine, qui sont comprises entre 25 et 7 nm. respectivement.

Ils diffèrent structurellement des deux autres types de filaments du cytosquelette, qui sont des polymères protéiques globulaires, en ce que leurs unités constitutives sont des protéines fibreuses a-hélicoïdales de longue longueur distinctes qui se regroupent pour former des structures en forme de corde.

Toutes les protéines qui composent les filaments intermédiaires ont une organisation moléculaire similaire, constituée d'un domaine α-hélicoïdal ou «corde» qui a différentes quantités de segments «formant des bobines» de même taille.

Ce domaine hélicoïdal est flanqué d'une "tête" non hélicoïdale N-terminale et d'une "queue" non hélicoïdale à l'extrémité C-terminale, qui varient toutes deux en taille et en séquence d'acides aminés.

Dans la séquence de ces deux extrémités se trouvent les motifs consensus communs aux 6 types de filaments intermédiaires connus.

Chez les vertébrés, le domaine "corde" des protéines de filaments intermédiaires cytosoliques est d'environ 310 résidus d'acides aminés, tandis que les protéines cytosoliques d'invertébrés et de lamina nucléaire ont une longueur d'environ 350 acides aminés.

Assemblée

Les filaments intermédiaires sont des structures «auto-assemblées» qui ne possèdent pas d'activité enzymatique, ce qui les différencie également de leurs homologues cytosquelettiques (microtubules et microfilaments).

Ces structures sont initialement assemblées sous forme de tétramères des protéines filamenteuses qui les composent sous l'influence uniquement de cations monovalents.

Ces tétramères ont une longueur de 62 nm et leurs monomères s'associent latéralement pour former des filaments de longueur unitaire (UFL), appelée phase 1 d'assemblage, qui se produit très rapidement..

Les UFL sont les précurseurs de longs filaments et, comme les dimères qui les composent sont réunis de manière antiparallèle et échelonnée, ces unités ont un domaine central avec deux domaines flanquants à travers lesquels se produit la phase 2 d'élongation., où se produit l'union longitudinale des autres UFL.

Au cours de ce qu'on a appelé la phase 3 de l'assemblage, il se produit un compactage radial du diamètre des filaments, ce qui produit des filaments intermédiaires matures de plus ou moins 10 nm de diamètre.

Caractéristiques

Les fonctions des filaments intermédiaires dépendent considérablement du type de cellule considéré et, dans le cas des animaux (y compris les humains), leur expression est régulée de manière spécifique au tissu, elle dépend donc également du type de tissu. que dans l'étude.

Les épithéliums, les muscles, les cellules mésenchymateuses et gliales et les neurones ont différents types de filaments, spécialisés selon la fonction des cellules auxquelles ils appartiennent.

Parmi ces fonctions, les plus importantes sont le maintien structurel des cellules et la résistance aux différentes contraintes mécaniques, puisque ces structures présentent une certaine élasticité qui leur permet d'amortir différents types de forces imposées aux cellules.

Types de filaments intermédiaires

Les protéines qui composent les filaments intermédiaires appartiennent à une grande famille hétérogène de protéines filamenteuses chimiquement différentes mais qui se distinguent en six classes en fonction de leur homologie de séquence (I, II, III, IV, V et VI).

Bien que ce ne soit pas très courant, différents types de cellules, dans des conditions très particulières (développement, transformation cellulaire, croissance, etc.) peuvent co-exprimer plus d'une classe de protéines intermédiaires formant des filaments

Filaments intermédiaires de classe I et II: kératines acides et basiques

Les kératines représentent la majorité des protéines des filaments intermédiaires et, chez l'homme, elles représentent plus des trois quarts des filaments intermédiaires.

Elles ont des poids moléculaires qui varient entre 40 et 70 kDa et diffèrent des autres protéines filamentaires intermédiaires par leur teneur élevée en résidus glycine et sérine.

Elles sont appelées kératines acides et basiques en raison de leurs points isoélectriques, qui sont compris entre 4,9 et 5,4 pour les kératines acides et entre 6,1 et 7,8 pour les kératines basiques.

Dans ces deux classes, une trentaine de protéines ont été décrites et sont présentes notamment dans les cellules épithéliales, où les deux types de protéines "co-polymérisent" et forment des filaments composés.

Beaucoup de kératines de cas de filament intermédiaire I se trouvent dans des structures telles que les cheveux, les ongles, les cornes, les pointes et les griffes, tandis que celles de la classe II sont les plus abondantes dans le cytosol.

Filaments intermédiaires de classe III: protéines de type Desmin / vimentine

La desmin est une protéine acide de 53 kDa qui, en fonction de son degré de phosphorylation, a différentes variantes.

Certains auteurs ont également appelé les filaments de desmine "filaments musculaires intermédiaires", car leur présence est assez limitée, bien qu'en petites quantités, à tous les types de cellules musculaires.

Dans les myofibrilles, la desmine se trouve dans la ligne Z, on pense donc que cette protéine contribue aux fonctions contractiles des fibres musculaires en fonctionnant à la jonction des myofibrilles et de la membrane plasmique.

Photographie de la coloration de la protéine Vimentin, une protéine des filaments intermédiaires des cellules épithéliales et embryonnaires (Source: Viktoriia Kosach via Wikimedia Commons)

À son tour, la vimentine est une protéine présente dans les cellules mésenchymateuses. Les filaments intermédiaires formés par cette protéine sont flexibles et se sont révélés résistants à de nombreux changements conformationnels qui se produisent pendant le cycle cellulaire.

On le trouve dans les fibroblastes, les cellules musculaires lisses, les globules blancs et d'autres cellules du système circulatoire des animaux.

Filaments intermédiaires de classe IV: protéines de neurofilament

Aussi connue sous le nom de «neurofilaments», cette classe de filaments intermédiaires comprend l'un des éléments structurels fondamentaux des axones et des dendrites neuronaux; ils sont souvent associés aux microtubules qui composent également ces structures.

Les neurofilaments d'animaux vertébrés ont été isolés, déterminant qu'il s'agit d'un triplet de protéines de 200, 150 et 68 kDa qui participent à l'assemblage in vitro.

Ils diffèrent des autres filaments intermédiaires en ce qu'ils ont des bras latéraux en tant qu '«appendices» qui font saillie de leur périphérie et qui fonctionnent dans l'interaction entre des filaments voisins et d'autres structures.

Les cellules gliales produisent un type spécial de filaments intermédiaires appelés filaments intermédiaires gliaux, qui diffèrent structurellement des neurofilaments en ce qu'ils sont composés d'une seule protéine de 51 kDa et ont des propriétés physico-chimiques différentes.

Classe de filament intermédiaire V: filaments de lamelle nucléaire

Toutes les lamelles qui font partie du nucléosquelette sont en fait des protéines filamentaires intermédiaires. Celles-ci ont un poids moléculaire compris entre 60 et 75 kDa et se retrouvent dans les noyaux de toutes les cellules eucaryotes.

Ils sont essentiels à l'organisation interne des régions nucléaires et à de nombreuses fonctions de cet organite indispensable à l'existence des eucaryotes.

Filament intermédiaire classe VI: Nestinas

Ce type de filament intermédiaire pèse environ 200 kDa et se trouve principalement dans les cellules souches du système nerveux central. Ils sont exprimés au cours du développement neuronal.

Pathologies associées

Il existe de multiples maladies chez l'homme qui sont liées aux filaments intermédiaires.

Dans certains types de cancer, tels que les mélanomes malins ou les carcinomes du sein, par exemple, la co-expression de filaments intermédiaires de vimentine et de kératine conduit à la différenciation ou à l'interconversion des cellules épithéliales et mésenchymateuses.

Ce phénomène a été montré expérimentalement pour augmenter l'activité migratoire et invasive des cellules cancéreuses, ce qui a des implications importantes pour les processus métastatiques caractéristiques de cette condition.

Eriksson et al. (2009) passent en revue les différents types de maladies et leur relation avec des mutations spécifiques dans les gènes impliqués dans la formation des six types de filaments intermédiaires.

Les maladies liées à des mutations dans les gènes codant pour les deux types de kératine sont l'épidermolyse bulleuse, l'hyperkératose épidermolytique, la dystrophie cornéenne, la kératodermie et bien d'autres.

Les filaments intermédiaires de type III sont impliqués dans de nombreuses cardiomyopathies et dans différentes maladies musculaires principalement liées aux dystrophies. De plus, ils sont également responsables de cataractes dominantes et de certains types de sclérose.

De nombreux syndromes et troubles neurologiques sont associés aux filaments de type IV, comme la maladie de Parkinson. De la même manière, les défauts génétiques des filaments de type V et VI sont responsables du développement de différentes maladies autosomiques et liées au fonctionnement du noyau cellulaire.

Des exemples de ceux-ci sont le syndrome de progeria de Hutchinson-Gilford, la dystrophie musculaire d'Emery-Dreifuss, entre autres.

Références

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