Master S.V.T Module :« Energie et fonctionnement cellulaire » Le Cytosquelette
LE CYTOSQUELETTE
Définitions Rôles des cytosquelette Les filaments intermédiaires Les microtubules Les micro filaments d’actines
Définitions Le CSQ est l’ensemble organisé des polymères biologiques qui lui confèrent l'essentiel de ses propriétés mécaniques : la structure la déformation la mobilité cellulaire Localisation Il est localisé en périphérie cellulaire dans le cytoplasme et dans le nucléoplasme
Approche historique Année
Découvertes
1942
l'actomyosine
1954
modélisation de la contraction musculaire
1965
la dynéine, la première protéine motrice des microtubules
1967
mouvement des microtubules au cours de la mitose
1968
la tubuline, composant de base des microtubules
1968-1978
découvertes des filaments intermédiaires
1972-1977
rôle de l'actomyosine dans la cytokinèse
1974
visualisation de l'actine dans les cellules non musculaires
1980
l'actine est connectée à la matrice extracellulaire
1984
l'instabilité dynamique des microtubules
1985
la kinésine
1989
la γtubuline et le MTOC
1990
structure de l'actine et de la myosine
1991
pathologies humaines et kératines
1992
régulation de l'actine par les RhoGTPase
1992-1998
découverte du cytosquelette bactérien
1994-1998
les premières protéines de nucléation de l'actine
1995
structure des microtubules et de la kinésine
1999
reconstitution in vitro d'un système moléculaire de déplacement
Structure de base Monomère de protéines Globulaire (actine et tubuline) Fibreux (protéines filaments intermédiaires)
polymérisation Polymères fibreux Micro filaments d’actines Microtubules Filaments intermédiaires
Association des monomères Phosphorylation O.Glycolysation Filaments intermédiaires
Protéines des FI
Déphosphorylation Actine ATP
ATP
Micro filaments d’actines GDP GTP
Tubuline GT¨P Monomères
Microtubules GDP
polymères
Rôles des cytosquelette Les polymères assurent: La structure de la cellule (microvillosités et flagelles) et des organites (Microtubules pour le Golgi, lamine pour le noyau) La mobilité cellulaire:
Actine
Migration cellulaire Contractilité cellulaire Migrations des organites et vésicules Mouvement de la membrane plasmique
Microtubules
Déplacement cellulaires Mobilité des pôles cellulaires Déplacement des organites Migrations des chromosomes
L’activité métabolique Traduction: Transport des ARNm vers le cytoplasme fixation de kinases lors de la synthèse des protéines Cycle cellulaire: Lamines du noyau
L’activité mitotique Réorganisation des microtubules pour créer le fuseau mitotique ,dépolymérisation des FI Individualisation des cellules filles par l’actine Activation des enzymes de la mitose La prolifération bactérienne ou virale
Niveau d'organisation est rendu possible par la présence de centaines de protéines auxiliaires : Les protéines de pontage (couramment désignées par les termes anglais crosslinkers ou crosslinking proteins). Les protéines de branchement Les protéines capuchon capping,
Les protéines dépolymérisantes (severing proteins) Les protéines d'ancrage
Filaments Filamentsintermédiaires intermédiaires Ce sont des filaments de kératine enroulés à la manière d'un gros câble. les filaments intermédiaires sont présents dans le hyaloplasme et le nucléoplasme. Ce sont des polymères stables formés de protéines fibreuses. Ils contribuent au maintien de la forme des cellules en supportant la tension et servent à fixer le noyau et certains organites dans la cellule.
Structure
Ce sont des constituants du cytosquelette qui sont formés de protéines fibrillaires assemblées de façon hélicoïdale.
Il existe 5 sous types de filaments, qui sont des polymères de différents types de protéines fibrillaires:
kératines de type acide, (les cellules épithéliales), kératines de type basique, vimentine et apparentés ( les fibroblastes) neurofilaments (neurones) lamines (dans les noyaux, )
Filaments intermĂŠdiaires de kĂŠratine
leur leurstructure structurede debase baseest estidentique identique organisation organisationen endimère, dimère,
en enprotofilament protofilament (= (=tétramère, tétramère,deux deuxdimères dimèressurenroulés) surenroulés)
association associationen enquinconce quinconce (souvent (souventjusqu'à jusqu'à88protofilaments) protofilaments)
lelefilament filament
Ils ne présentent pas de polarité contrairement aux microfilaments et aux microtubules
Fonction Ils concourent au maintien de la forme cellulaire à l'ancrage des organites cellulaires. Ils interviennent dans la solidité de la cellule. dans l'adhérence et la cohésion cellulaire car ils sont en relation avec les desmosomes et les hémidesmosomes.
Ils conférerent aux cellules de l'épiderme une résistance aux frottements.
Les filaments intermédiaires (kératine) dans les cellules épithéliales
La polymérisation des filaments intermédiaires Contrairement à l'actine et à la tubuline, qui sont des protéines globulaires, les divers types de protéines qui constituent les filaments intermédiaires sont des molécules fibreuses très allongées. Leur séquence en acides aminés favorise la formation de dimères superenroulés Au cours de l'étape d'assemblage, deux des dimères superenroulés s'associent de manière antiparallèle pour former une sous-unité tétramérique. C'est un protofilament (3 nm de diamètre). Les tétramères s'ajoutent à un filament intermédiaire en cours d'élongation et 8 protofilaments forment le filament intermédiaire de 10 nm de diamètre.
Les composants des filaments intermédiaires A l'inverse des gènes de l'actine et de la tubuline, bien conservés au cours de l'évolution, les gènes codant les filaments intermédiaires sont diversifiés et, à ce jour, sont regroupés en une famille d'environ 50 membres formant 6 classes différentes.
Fonctions des filaments intermédiaires Maintien de l'intégrité cellulaire et tissulaire de l'épithélium Dans le chapitre «les molécules d'adhérence » nous avons déjà montré l'importance du cytosquelette dans le maintien mécanique de la cellule et du tissu. Dans les cellules épithéliales, les filaments intermédiaires sont fortement impliqués dans deux types de jonctions d'ancrage :
desmosome, interaction cellule-cellule, où ils sont liés avec les membres de la famille des cadhérines hémi-desmosome, interaction cellule-lame basale, où ils sont liés aux intégrines
Soutien de l'enveloppe nucléaire Un treillis de filaments intermédiaires, polymères de lamine, qui double la face interne de l'enveloppe nucléaire, forme la lamina nucléaire. Elle soutient l'enveloppe et donne au noyau sa forme généralement globulaire. Pendant la mitose, la lamina nucléaire se désagrège grâce à la phosphorylation des lamines. Sa désintégration permet l'entrée d'un autre type d'élément du cytosquelette, les microtubules, qui, comme on le verra plus tard, participent à la séparation des chromosomes
Filaments intermĂŠdiaires (lamine) dans le noyau
Formation des ongles, cheveux et couche cornée de la peau
Les filaments de kératine sont formés en excès par les cellules épidermiques (kératinocytes) et les cellules de l'assise génératrice dans le follicule pileux. Cette expression excessive entraîne la mort des cellules qui restent assemblées (par des desmosomes) et qui forment progressivement la couche cornée, un ongle ou un poil (ou un cheveu). Les caractéristiques des filaments intermédiaires, résistance aux tensions et aux détergents, insolubilité dans l'eau, sont donc essentielles pour une bonne défense contre les agressions physiques et chimiques dirigées contre l'organisme entier.
Follicule pileux
Les Lesmicrotubules microtubules(MT) (MT)
Les microtubules (MT) sont des fibres constitutives du cytosquelette, au même titre que les microfilaments d'actine et que les filaments intermédiaires.
Les microtubules sont impliqués dans la formation de la plaque équatoriale et le déplacement pôlaire des chromosomes pendant la mitose.
Microtubules
Microtubules dans les fibroblastes et les neurones en culture
Composition Un microtubule est un tube dont la paroi est constituée de plusieurs protofilaments de tubuline; on en compte 13 par microtubule. Chaque protofilament est constitué d'un assemblage orienté de dimères de tubuline : tubuline α tubuline β reliées par des liaisons non covalentes Cet assemblage polymérique est extrêmement dynamique : les extrémités des microtubules polymérisent et dépolymérisent en permanence
Les deux extrémités des microtubules ont des propriétés différentes (polarité du microtubule).
Polymérisation La polymérisation met en jeu l'hydrolyse de la GTP (guanosine triphosphate). Il y a trois phases dans la mise en place du microtubule : Phase de nucléation : plus rapide que pour l'actine, elle consiste en l'assemblage des hétérodimères alpha et béta concomitant à l'hydrolyse de la GTP (guanosine triphosphate) catalysée par la sous unité bêta. Ce "noyau" est la base sur laquelle le microtubule croît. Phase d'élongation : 13 protofilaments forment un microtubule. In vitro, les dimères se lient aux deux extrémités libres du microtubule, bien que la polymérisation soit plus rapide à l'extrémité (+) du microtubule. In vivo, le pôle (-) est stabilisée pour être liée au centre de nucléation ( centrosome) du microtubule quelle que soit sa localisation dans la cellule. Phase d'équilibre : le microtubule est soumis au processus de tapis roulant décrit plus haut.
Microtubule stabilisé par MAP2 et en brutale dépolymérisation
Assemblage des microtubules Les microtubules sont des structures polaires : une extrémité est capable de croissance rapide (extrémité plus), alors que l'autre extrémité se trouve le plus souvent enchâssée dans le centrosome (extrémité moins). Le centrosome est un complexe protéique organisé autour deux structures appelées centrioles. Les centrioles sont faits de plusieurs formes de tubuline (α, β ,γ , δ et ε ) A la périphérie du centrosome on trouve la tubuline- faisant partie d'un complexe (Tubulin Ring Complex, TuRC) dont la conformation sert de gabarit au microtubule en construction A partir d'un centrosome, les dimères de tubuline (α et β) chargés en GTP sont ajoutés (α du côté pôle moins et β du côté pôle plus) et élaborent des protofilaments, qui s'assemblent latéralement entre eux, formant ainsi des feuillets. Les feuillets se replient progressivement sur eux mêmes pour former le microtubule, cylindre creux et rigide Généralement le microtubule est composé de 13 protofilaments mais il existe des microtubules qui sont le résultat de l'assemblage de 11 ou 16 protofilaments.
Protéines associées Les protéines associées aux microtubules ou map, les unes ont un rôle dans la stabilisation des microtubules, le mouvement des vésicules et des organites le long des microtubules ; ce sont des ATPases : Les kinésines moteurs moléculaires qui se déplacent vers l'extrémité positive (+), on parle de transport antérograde. Les dynéines moteurs moléculaires qui se déplacent vers l'extrémité négative (-), il s'agit d'un transport rétrograde.
ProtĂŠines motrices interagissant avec les microtubules
Les dynĂŠines
Les protĂŠines motrices : les kinĂŠsines
Des complexes protéiques relient les protéines motrices aux vésicules
Rôles Division cellulaire (la mitose) Les microtubules jouent un rôle très important dans la division cellulaire (mitose) et dans les courants cytoplasmiques grâce à la coopération entre les microfilaments d' actine (le déplacement des chromosomes). L'apparition des microtubules en phase G2 de l'interphase. Les microtubules polaires : permettent aux 2 centrosomes de s'éloigner l'un de l'autre. Les microtubules radiaires (également appelés microtubules astériens) : ancrent les centrosomes aux membranes plasmiques Les microtubules kinétochoriens : relient les centrosomes aux kinétochores (situés au niveau du centromère des chromosomes)
Transport cytoplasmique Les déplacements cellulaires se font avec la concurrence entre les MA (microfilaments d'actine) et les MT Les microtubules sont très nombreux dans les neurones, en particulier dans les dendrites et les axones. Ils permettent d'acheminer divers composants vers leurs extrémités, servant de véritables rails sur lesquels des moteurs moléculaires, attachés aux composants à transporter, se déplacent.(vésicules synaptiques ou des mitochondries). Le transport est possible grâce à des protéines associées aux microtubules (PAM ou MAP en anglais) : MAP de mobilisation Entre autres la kinésine (vers l'extrémité plus), et la dynéine (vers l'extrémité moins). MAP d'assemblage (proteines Tau, MAP-2). MAP de stabilisation (STOP)
Dynéines et kinésines assurent des transports en sens inverse. Transport rétrograde
Transport antérograde
Mobilité cellulaire Les microtubules composent majoritairement le filament axial flagellaire des cellules eucaryotes mobiles comme les spermatozoïdes matures et les protozoaires. Autres Les microtubules ont d'autres rôles, parmi eux le maintien de la forme tridimensionnelle et la diapédèse et le transport de vésicules d'endocytose et d'exocytose. Molécules agissant sur les microtubules Inhibiteurs de la polymérisation la colchicine (par réaction réversible) la vinblastine, la vincristine
Ceux-ci modifient l'équilibre de la réaction de favorisent ainsi la dépolymérisation.
le nocadazole. Activateurs de polymérisation le Taxol.
polymérisation et
Régulation Les microtubules sont des structures extrêmement dynamiques. Ils sont synthétisés et dégradés dans des temps très brefs. Certains médicaments peuvent les déstabiliser ou, au contraire, les stabiliser.
La biogénèse des microtubules les MT se polymérisent à partir de centres organisateurs (MTOC) : kinétochores (division cellulaire). corpuscule basal ou cinétosome (cils et flagelles). la matière péricentriolaire amorphe (cellules animales) ou masse amorphe (cellules végétales) pour la polymérisation des autres MT.
Microtubule en polymĂŠrisation
Stabilisation des microtubules Les cellules peuvent modifier cette instabilité dynamique par des protéines qui s'associent aux microtubules sur toute leur longueur : les "microtubule-associated proteins » MAP2 (200 kDa), MAP4 (135 kDa) ou la protéine Tau (45 kDa). On estime que la présence de ces protéines réduit 50 fois la probabilité de déclenchement d'une brutale dissociation (catastrophe).
Mouvement des cils et anoxème
Le déplacement simultané des dynéines engendre la flexion du cil
Filament d'actine, Filament d'actine,ou oumicrofilament microfilament
Un filament d'actine, ou microfilament, est un homopolymère d'actine, protéine de 42 kDa (Unité de masse atomique). C'est un constituant essentiel du cytosquelette des cellules eucaryotes, ainsi que des fibres musculaires. L'actine représente ainsi environ 5% du total des protéines d'une cellule animale typique, la moitié étant assemblée en filaments d'actine alors que l'autre moitié est libre dans le cytosol sous forme de monomères d'actine. L'actine sous forme de filaments est parfois appelée actine F (Fibrillaire), tandis que la forme monomérique est appelée actine G (Globulaire).
Les microfilaments d'actine sont constitués de deux chaînes d'actine entortillées. Elles contribuent au maintien de la forme des cellules en supportant la tension. Impliquées dans la contraction musculaire (avec la myosine). Elles participent au transport intracellulaire Responsables de la formation du sillon lors de la division cellulaire.
Microfilaments d'actine
Structure d'un filament Un filament d'actine est composé de deux brins constitués de monomères d'actine, enroulés l'un autour de l'autre, dans une hélice double. Chaque filament est polarisé car toutes les molécules d'actine globulaire "pointent" dans la même direction, vers une extrémité appelée (-), l'autre extrémité étant nommée (+). A cette polarité structurelle s'ajoute une polarité de polymérisation.
L'actine et les protĂŠines de liaison Ă l'actine
La polymérisation de l'actine
L'actine se polymérise (en présence d'ATP) en une hélice serrée de 59 nm de diamètre formant un filament flexible et polaire Lorsque l'on solubilise l'actine en présence de KCl, ATP, Mg2+ et d'un catalyseur tel que le complexe ARP2/3 qui permet de fixer les premiers monomères (amorce), elle forme spontanément des polymères (filament d'actine ou actine-F).
Après la polymérisation, une hydrolyse aléatoire de l'ATP a lieu, le phosphate (Pi) est libéré et l'ADP qui en résulte reste piégé dans le polymère. Les molécules d'actine liées à l'ADP ont tendance à se détacher du polymère aux extrémités des filaments. Les monomères d'actine ainsi libérés doivent être rechargés en ATP avant de rejoindre le filament
In vivo, la polymérisation de l'actine est contrôlée par de nombreuses protéines, comme la profiline, le complexe ARP2/3, CapZ et la gelsoline La profiline (15 kDa) se fixe à l'actine monomérique liant alors l'ATP et aidant à la réintégration de l'actine dans le polymère. Le complexe protéique ARP2/3 (Actin Related Proteins 2 et 3, de 42 et 47 kDa respectivement) est impliqué dans l'initiation de la polymérisation. Le complexe se fixe côté moins de l'actine et sa présence favorise la formation d'une amorce constituée de trois monomères liés entre eux (site de nucléation pour la formation de longs polymères). L'ARP2/3 joue donc un rôle important dans la désignation des sites où l'actine doit se polymériser. Les pôles plus et moins des filaments peuvent être protégés par les protéines de coiffage (capping). Ces protéines empêchent l'actine, dans son état ADP, de quitter le polymère mais empêchent aussi sa polymérisation dans son état ATP. CapZ, constituée d'un dimère de deux sous-unités (alpha, 34 kDa, et beta, 30 kDa), se fixe au pôle plus, évitant ainsi la croissance rapide. La tropomoduline (40 kDa) se fixe au pôle moins, évitant ainsi la croissance lente.
CapZ et tropomoduline, jouent un rôle important dans la stabilisation des polymères d'actine- α dans les muscles striés la gelsoline (82 kDa), en présence d'une concentration élevée de Ca2+ cytosolique, se fixe au polymère d'actine et crée une coupure engendrant la dislocation du filament d'actine. La gelsoline reste fixée à l'extrémité plus, évitant ainsi la repolymérisation rapide
La polymĂŠrisation de l'actine
Cofiline et Profiline : 2 exemples de protéines régulant la polymérisation de l'actine.
Cofiline se lie à Actine/ADP : dépolymérisation, fragmentation Profiline se lie à actine/ATP : augmentation de la vitesse d'association
Dislocation du filament d'actine par la gelsoline
Les fonctions des filaments d'actine Par des exemples spécifiques nous illustrons ci-dessous quelques fonctions des filaments d'actine.
Migration cellulaire les leucocytes quittent la circulation pour s'infiltrer dans les tissus. Les mouvements nécessaires à ce déplacement se font grâce au cytosquelette et à l'actine en particulier. L'actine joue un rôle dans la formation des lamellipodes résultant d'un phénomène de protrusion membranaire Le réseau d'actine périphérique sous-membranaire sert d'appui à la polymérisation de nouveaux filaments qui repoussent la membrane, formant ainsi progressivement le lamellipode. Les sites d'initiation de la polymérisation (sites de nucléation) sont désignés par l'activation de ARP2/3 qui pour sa part est sous l'influence des récepteurs membranaires aux peptides N-formylés (chémokine). Les lamellipodes sont des extensions dynamiques des leucocytes qui leur permettent de se déplacer sur une surface. Ils se forment (et disparaissent) en quelques secondes, témoignant de la dynamique rapide de la polymérisation et dépolymérisation de l'actine.
Traction sur la matrice extracellulaire
Les faisceaux contractiles d'actine forment des fibres dites « de tension » dans les fibroblastes tissulaires (tissu conjonctif) les rendant capables de se contracter et d'exercer ainsi une traction sur la matrice extracellulaire qui les entoure. Ce processus est essentiel pour entamer la cicatrisation au cours de laquelle les deux lèvres de la blessure doivent progressivement être rapprochées. Par l'intermédiaire de complexes moléculaires d'adhérence regroupés aux sites appelés contacts focaux, les filaments d'actine sont reliés à la matrice extracellulaire (fibronectine, laminine et collagène). La molécule principalement impliquée est l'intégrine qui, grâce à un
-
complexe de molécules de liaison (taline, vinculine et α actinine) est fixée au cytosquelette d'actine
La migration cellulaire
Les fibres de tension
Cytodiérèse
En fin de mitose, après que les chromosomes se soient séparés grâce aux microtubules (télophase), les filaments d'actine forment en périphérie de la cellule et perpendiculairement à l'axe du fuseau mitotique (microtubules), un faisceau contractile appelé anneau contractile. Quand l'anneau se contracte (comme le cordon d'une bourse) il sépare la cellule mère en deux cellules filles (cytodiérèse). Maintien de l'intégrité tissulaire et participation aux mouvements des feuillets embryonnaires les filaments d'actine sont un composant important de la ceinture d'adhérence. Ces filaments sont arrangés sous forme de faisceaux contractiles. En associant les éléments du cytosquelette d'une cellule à ceux d'une autre, cette ceinture permet à l'épithélium de résister aux agressions mécaniques
Fin de la mitose, une coopération entre les MTs du fuseau et l’actine permet le positionnement du sillon de clivage
En fonction du type cellulaire, c’est le fuseau ou les asters qui contrôle le positionnement du plan de clivage
La ceinture d'adhĂŠrence
En plus de ce rôle utile de résistance tissulaire, les faisceaux contractiles des ceintures sont à l'origine de mouvements tissulaires au cours de l'embryogenèse. La formation du tube neural en est un exemple représentatif. C'est en effet la contraction des ceintures qui provoque l'affaissement du feuillet neuro-ectodermique, donnant ainsi naissance à la gouttière neurale puis au tube neural
Formation du tube neural par contraction progressive de la ceinture d'adhĂŠrence
Armature des microvillosités
Les bordures en brosse des cellules épithéliales digestives sont formées de microvillosités. Ces différenciations résultent en une augmentation considérable de la surface cellulaire apicale, facilitant ainsi la capture des nutriments dans le tube digestif (pour exemple, revoir le transport du glucose par SGLT1 Ces microvillosités possèdent une armature constituée de filaments d'actine associés en faisceaux parallèles, orientés côté + distal et liés par la fimbrine. Ces filaments sont stabilisés par des protéines de coiffage qui se trouvent à leurs extrémités. Les filaments sont ancrés sur un réseau de filaments périphériques sous-membranaires (actine corticale)
Filaments d'actine dans les microvillositĂŠs
L'actine dans les cellules musculaires
Les cellules musculaires sont des cellules où le cytosquelette est très élaboré et dans lesquelles l'actine représente 20% de la masse protéique totale muscle squelettique est constitué de cellules géantes, les myocytes, chaque cellule, le cytosquelette s'agence en de nombreuses unités identiques appelées myofibrilles. Chaque myofibrille est constituée par une juxtaposition linéaire de sarcomères, mesurant environ 3µm, liés par leurs disques Z. Des filaments intermédiaires, constitués de desmine (protéine de 53. kDa), entourent les myofibrilles au niveau des disques Z du sarcomère. Ils rendent les myofibrilles solidaires les unes des autres et de la membrane de la cellule (géante) et réalisent l'alignement des sarcomères qui confère aux muscles squelettique son caractéristique aspect strié en microscopie optique
Organisation du muscle striĂŠ
Le sarcomère comme unité de contraction L'actine et la myosine sont à la base de la contractilité des sarcomères qui sont constitués par un assemblage de filaments parallèles d'actine (filaments minces) et de myosine-II (filaments épais) Les filaments d'actine, longs d'environ 1µm sont attachés aux disques Z par l'intermédiaire de capZ (protéine de coiffage qui se fixe à l'extrémité plus) et de l' –α actinine. L'extrémité moins (libre) est stabilisée par la tropomoduline. Sur sa longueur, le filament d'actine est associé à d'autres protéines qui interviennent dans la contraction musculaire
Vue de détail du sarcomère
Le sarcomère comme unitÊ de contraction
Déplacement de l'actine (contraction du sarcomère) dû au changement de la position de la tête de myosine
La prĂŠsence de Ca2+ permet l'interaction entre la myosine et l'actine
Protéines associées Les protéines associées à l'actine (en anglais, Actin associated proteins, ou AAP) sont la clef du contrôle par la cellule de son stock d'actine Elles permettent de réguler la polymérisation d'organiser spatialement les filaments. Elles sont à leur tour contrôlées par des protéines régulatrices qui s'insèrent dans le réseau complexe interagissant avec toute la cellule. Protéines de réticulation Fimbrine : maintient les filaments serrés d'actine fasciculée. alpha actinine : protéine dimérique liant 2 microfilaments entre eux, les maintenant parallèles entre eux. (point focal d'ancrage...). Elle se lie au pôle + pour permettre l'intéraction actine-myosine notamment dans le mouvement amiboïde. Filamine : bloque l'actine réticulée pour l'empêcher de passer en actine fasciculée. Villine : maintient les filaments serrés d'actine fasciculée, spécifique des microvillosités. Spectrine : permet l'accrochage du microfilament d'actine a la membrane plasmique
Protéines de stabilisation Tropomyosine Protéines de polymérisation Protéines de nucléation Ce sont ces protéines qui permettent d'initier la polymérisation. Il en existe plusieurs, ayant des modes d'actions différentes. L'ARP2/3, une protéine proche de l'actine, sert de point de départ à la polymérisation : des monomères d'actine G viennent se lier à elle, entraînant la formation d'un filament. La formine possède deux domaines riches en proline. Des profilines liées chacune à une actine G viennent se lier sur le premier ; ces actines sont alors transférées sur l'autre domaine, où elle se lient les unes à la suite des autres pour former le filament.
Protéines de séquestration Ces protéines servent à réguler la quantité d'actine G présente dans le cytoplasme. La thymosine se fixe à l'extrémité pointue de l'actine G et empêche l'échange de l'ADP liée à celle-ci par une molécule d'ATP. La profiline se fixe à l'actine G et favorise l'échange de l'ADP par de L'ATP, et laisse le côté - de l'actine libre ; il peut ainsi s'insérer dans le polymère à l'extrémité barbue. Protéines de coiffe Elles se lient à l'extrémité barbée d'un filament d'actine pour empêcher la polymérisation (ajout d'actine G), et donc pour arrêter la croissance du filament Elles peuvent également se lier à l'extrémité pointue pour arrêter la dépolymérisation ou permettre la formation d'un nucléus (initiation de la polymérisation). CAP (capping protein).
Protéines de fragmentation Ces protéines permettent de cliver les filaments d'actine, La gelsoline, comme son nom l'indique, permet de passer de l'actine en gel (dans un réseau de maille) à l'actine en solution (actine G). La cofiline impose une torsion supplémentaire à l'actine, entraînant sa dépolymérisation. Protéines motrices Myosine de type 1 : maintient l'actine large fasciculée avec l'aide de l'alpha-actinine. Myosine de type 2 : contraction musculaire. Myosine de type 5 : protéine moteur capable de se déplacer vers l'extrémité +. Superstructures Les filaments d'actine s'organisent de façons très diverses suivant leurs fonctions biologiques. Voici quelques exemples de structures observées et leurs principales propriétés : faisceaux, câbles de tension, réseaux, comètes.
Rôles Maintien des édifices structuraux par exemple des villosités. Mouvements intracellulaires : contraction des cellules musculaires striées: ces cellules musculaires sont organisées en myofibrilles (= disposition particulière des filaments d'actines et de myosines et d'autres protéines). L'unité fonctionnelle de la myofibrille est le sarcomère qui va se raccourcir lors de la contraction (isotonique ou isométrique). /contraction des cellules musculaires lisses: pas d'organisation sarcomérique, arrangement particulier des filaments qui parcourent la cellule transversalement, longitudinalement et en diagonale, pour s'insérer sur les corps denses. Les mouvements cellulaires : déplacement de l'amibe, des leucocytes (pseudopodes). La cytodiérèse (en fin de division cellulaire). La formation des jonctions cellulaires (y compris des neurones, via le « cône de croissance »). Le mouvement des organites : chez les végétaux supérieur le déplacement des chloroplastes dans la cellule en fonction des conditions lumineuse fait intervenir les filaments d'actine.