Cytosquelette

le Cytosquelette se compose d'un réseau dynamiquement modifiable de trois filaments protéiques différents dans le cytoplasme des cellules.

Ils confèrent à la cellule et aux structures intracellulaires organisationnelles telles que les organites et les vésicules la structure, la stabilité et la mobilité intrinsèque (motilité). Certains des filaments font saillie de la cellule pour soutenir la motilité de la cellule ou le transport dirigé de corps étrangers sous forme de cils ou de flagelles.

Qu'est-ce que le cytosquelette?

Le cytosquelette des cellules humaines se compose de trois classes différentes de filaments protéiques. Les microfilaments (filaments d'actine) d'un diamètre de 7 à 8 nanomètres, constitués principalement de protéines d'actine, servent à stabiliser la forme cellulaire externe et la motilité de la cellule dans son ensemble, ainsi que les structures intracellulaires.

Dans les cellules musculaires, les filaments d'actine permettent aux muscles de se contracter de manière coordonnée. Les filaments intermédiaires, d'une épaisseur d'environ 10 nanomètres, assurent également la résistance mécanique et la structure de la cellule. Ils ne sont pas impliqués dans la motilité cellulaire. Les filaments intermédiaires sont constitués de diverses protéines et dimères des protéines, qui se combinent pour former des faisceaux enroulés comme des cordes (tonofibrilles) et sont des structures extrêmement résistantes à la déchirure. Les filaments intermédiaires peuvent être divisés en au moins 6 types différents avec des tâches différentes.

La troisième classe de filaments se compose de minuscules tubes, les microtubules, d'un diamètre extérieur de 25 nanomètres. Ils sont constitués de polymères de dimères de tubuline et sont principalement responsables de tous les types de motilité intracellulaire et de la motilité des cellules elles-mêmes. Pour soutenir la propre mobilité des cellules, les microtubules sous forme de cils ou de flagelles peuvent former des processus cellulaires qui dépassent de la cellule. Le réseau de microtubules est principalement organisé à partir du centromère et est soumis à des changements extrêmement dynamiques.

Anatomie et structure

Les groupes de substances microfilaments, filaments intermédiaires (IF) et microtubules (MT), tous trois attribués au cytosquelette, sont presque omniprésents dans le cytoplasme et également dans le noyau cellulaire.

Les éléments de base des filaments de micro ou d'actine chez l'homme sont constitués de 6 protéines d'actine isoformes, dont chacune ne diffère que de quelques acides aminés. La protéine actine monomère (G-actine) se lie au nucléotide ATP et forme de longues chaînes moléculaires de monomères d'actine, dont chacun se sépare d'un groupe phosphate, dont deux se connectent chacun pour former des filaments d'actine hélicoïdaux. Les filaments d'actine dans les muscles lisses et striés, dans les muscles cardiaques et les filaments d'actine non musculaires diffèrent légèrement les uns des autres. La formation et la dégradation des filaments d'actine sont soumises à des processus très dynamiques et s'adaptent aux exigences.

Les filaments intermédiaires sont constitués de diverses protéines structurales et ont une résistance à la traction élevée avec une section transversale d'environ 8 à 11 nanomètres. Les filaments intermédiaires sont répartis en cinq classes: les kératines acides, les kératines basiques, de type desmine, neurofilaments et de type lamin. Alors que les kératines se produisent dans les cellules épithéliales, les filaments de type desmine se trouvent dans les cellules musculaires des muscles lisses et striés ainsi que dans les cellules du muscle cardiaque. Les neurofilaments qui sont présents dans pratiquement toutes les cellules nerveuses sont composés de protéines telles que l'internexine, la nestine, le NF-L, le NF-M et d'autres. Des filaments intermédiaires de type lamin se trouvent dans tous les noyaux cellulaires de la membrane nucléaire du caryoplasme.

Fonction et tâches

La fonction et les tâches du cytosquelette ne sont en aucun cas limitées à la forme structurelle et à la stabilité des cellules. Les microfilaments, qui sont principalement situés dans des structures en forme de filet directement sur la membrane plasmique, stabilisent la forme extérieure des cellules. Mais ils forment également des protubérances membranaires comme les pseudopodes. Les protéines motrices, à partir desquelles les microfilaments des cellules musculaires sont construits, assurent les contractions musculaires nécessaires.

Les filaments intermédiaires à très haute résistance à la traction sont de la plus haute importance pour la résistance mécanique des cellules. Ils ont également un certain nombre d'autres fonctions. Les filaments de kératine des cellules épithéliales sont indirectement reliés mécaniquement les uns aux autres via des desmosomes, de sorte que le tissu cutané reçoit une force bidimensionnelle semblable à une matrice. Les FI sont reliées aux autres groupes de substances du cytosquelette via des protéines associées aux filaments intermédiaires (IFAP), assurent un certain échange d'informations et la résistance mécanique du tissu correspondant. Cela crée des structures ordonnées dans le cytosquelette. Les enzymes telles que les kinases et les phosphatases assurent que les réseaux se construisent, se restructurent et se décomposent rapidement.

Différents types de neurofilaments stabilisent le tissu nerveux. Les lamines contrôlent la dégradation de la membrane cellulaire pendant la division cellulaire et sa reconstruction ultérieure. Les microtubules sont chargés de tâches telles que le contrôle du transport des organites et des vésicules dans la cellule et l'organisation des chromosomes pendant la mitose. Dans les cellules dans lesquelles les microtubules forment des microvillosités, des cils, des flagelles ou encore des flagelles, les MT assurent également la motilité de la cellule entière ou prennent en charge l'élimination du mucus ou des corps étrangers tels. B. dans la trachée et le conduit auditif externe.

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Maladies

Les perturbations du métabolisme du cytosquelette peuvent résulter soit de défauts génétiques, soit de toxines externes. L'une des maladies héréditaires les plus courantes associées à une perturbation de la synthèse d'une protéine membranaire pour les muscles est la dystrophie musculaire de Duchenne.

Un défaut génétique empêche la formation de la dystrophine, une protéine structurelle nécessaire dans les fibres musculaires des muscles squelettiques striés. La maladie survient dans la petite enfance avec une évolution progressive. Les kératines mutées peuvent également avoir des effets graves. L'ichtyose, la maladie dite des squames de poisson, conduit à une hyperkératose, un déséquilibre entre la production et l'exfoliation des flocons de peau, dû à un ou plusieurs défauts génétiques sur le chromosome 12. L'ichtyose est la maladie héréditaire la plus courante de la peau et nécessite un traitement intensif, qui ne peut cependant que soulager les symptômes.

D'autres défauts génétiques qui conduisent à une perturbation du métabolisme des neurofilaments provoquent z. B. la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Certaines mycotoxines connues (toxines fongiques) telles que celles des moisissures et des mouches agariques perturbent le métabolisme des filaments d'actine. La colchicine, la toxine du crocus d'automne, et le taxol, qui est obtenu à partir d'if, sont utilisés spécifiquement pour le traitement des tumeurs. Ils interviennent dans le métabolisme des microtubules.