Cours : L'adhérence cellulaire

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A) Généralités

Il existe deux types d'adhérence cellulaire :
- adhérence intercellulaire (par exemple : cellules de l'épithélium)
- adhérence cellule-matrice (cellules d'un épithélium sur la membrane basale)

Adhérence
Schéma descriptif des différents types d'adhérence cellulaire en fonction du type de molécule ou du type de cellule.


B) L'adhérence intercellulaire

1) Différents modes d'adhérence intercellulaire

Il existe différents modes d'adhérence intercellulaire, selon :
- le type de molécule :
¤ molécules d'adhérence identiques = liaison homophilique
¤ molécules d'adhérence différente = liaison hétérophilique
- le type de cellule :
¤ cellules liées sont identiques = liaison homotypique
¤ cellules différentes = liaison hétérotypique

2) Jonction intercellulaire morphologiquement différenciée

Il est possible de les observer en microscopie électronique. On différencie :
- des jonctions dont la fonction est la cohésion cellulaire (cellules épithéliales)
¤ jonctions en forme de bande (au pôle apical faisant le tour de la cellule)
· les zonula occludens ou jonction serrée, elles sont très étanche
· les zonula adherens.
¤ jonctions de forme arrondies
· les desmosomes.

- des jonctions dont la fonction est la communication : jonctions communicantes

3) Composition moléculaire

1. Jonction serrée : 3 types de protéines transmembranaires

L'étanchéité de l'épithélium et de l'endothélium est assurée par les jonctions serrées. Elles constituent un rapprochement étroit et localisé des membranes de deux cellules voisines qui limite considérablement le passage des solutés par l'espace intercellulaire (barrière paracellulaire). Cette barrière oblige le soluté à transiter au travers du feuillet cellulaire grâce à des transporteurs membranaires sélectifs (transport transcellulaire). La jonction n'est pas entièrement étanche : selon la nature du tissu, certains solutés peuvent ou non la franchir. La jonction est due à des interactions homophiles qui concernent plusieurs molécules d'adhérence.

La première est l'occludine. (latin occludere = enfermer), protéine transmembranaire d'un poids de 64 kDa, constituée d'une chaîne polypeptidique qui traverse quatre fois la membrane.

La deuxième est la claudine (latin claudere = fermer), protéine transmembranaire d'un poids de 22 kDa, constituée également d'une chaîne polypeptidique qui traverse quatre fois la membrane. La claudine fait partie d'une famille de 20 membres, dont plusieurs peuvent être présents dans une même jonction. Les nombreuses possibilités de combinaison des claudines pourraient expliquer les différences dans la perméabilité des jonctions serrées selon les tissus.

La troisième protéine est JAM (junctional adhesion molecule), une protéine d'un poids moléculaire de 33 kDa et dont la chaîne polypeptidique traverse la membrane une seule fois.

2. Les zonula adherens (ZA) et desmosomes

3. Molécules d'adhérence transmembranaire

Molécules où l'adhérence dépend du calcium

A- Les cadhérines

Protéines transmembranaires portés par de nombreuses cellules : les neurones, les muscles, les ostéoclastes. On parle d'adhérence HOMOPHILIQUE en présence de Calcium.

Cadhérine (appartient à la superfamille des molécules d’adhésion homophilique, elle est porté par les membranes des cellules épithéliales surtout au pole apical).

S'il y a une baisse de concentration en cadhérine, on remarque une baisse de la cohérence intercellulaire. Les cellules se détachent donc du tissu d’origine, puis migrent pour former des métastases à l’origine des tumeurs.

B- Les selectines

Elles sont de 3 types (E, P, L) et sont des glycoprotéines portées par les cellules endothéliales (E et P) et les leucocytes (L) qui reconnaissent des motifs glucidiques (soit de glycoprotéines soit de glucides portés par des lipides membranaires d'autres cellules)

C- Les intégrines

(essentiellement impliquées dans l'adhérence cellule/Matrice Extra Cellulaire) mais peuvent également participer à la liaison intercellulaire de type HETEROPHILIQUE.

Molécules dont l'adhérence est indépendante du Calcium

- Les CAM (Cell Adhesion Molecule) (ex : I-CAM, V-CAM, PECAM…) appartiennent à la superfamille des immunoglobines.

V-CAM portées par les cellules vasculaires

N-CAM portées par les neurones

On distingue deux types : les N-CAM 120 et les N-CAM 140.

Une expérience déjà ancienne démontre le rôle des molécules d’adhérence dans l’assemblage des tissus : des cellules de la rétine embryonnaire de poulet (stade embryonnaire de 10 jours) sont expérimentalement dissociés et se réassocient spontanément en environ 30 minutes en amas cellulaire lorsqu’elles sont mises en culture. Certains anticorps (voir schéma " a ")

C) L'adhérence des cellules à la MEC

1) Deux modes d'adhérence

1. Par le biais de molécules non intégriniques

o Les CAM.
o Les protéoglycanes.
o Les protéines de la famille du CD44 ou récepteur à l'acide hyaluronique.

2. Par le biais des intégrines

Formation des structures morphologiquement visibles au microscope
Les hémidesmosomes = que chez les cellules épithéliales de la peau (les kératines) sur la lame basale qui sépare l'épiderme du derme (reliés aux filaments intermédiaires).
Les contacts focaux = chez toutes les cellules adhérent à la matrice (reliés aux filaments d'actine).

2) La relation cellulaire (MEC par les intégrines)

1. Structures et classification

Hétérodimères composés de deux chaînes alpha et béta liées de façon non covalente. On distingue 18 sous unités alpha et 8 sous unités béta qui s'associent pour donner plus de 20 combinaisons.Chaque type cellulaire exprime un répertoire de plusieurs combinaisons qui lui sont spécifiques.

2. Interaction intégrine/ligand

Chaque combinaison alpha/béta détermine la spécificité du récepteur pour son ligand.

Exemple 1 :

- L'intégrine α5β1 ne reconnaît qu'un seul ligand : la fibronectine

- D'autres en reconnaissent plusieurs : αIIbβ3 (plaquettes) qui interagit avec :
· le fibrinogène
· la fibronectine
· le facteur de Von Willebrand
· la thrombospondine.

=> Formation du caillot.

Ces molécules jouent un rôle dans la coagulation c’est-à-dire dans le contrôle de la formation d’un thrombus

Les intégrines reconnaissent et s'attachent à une séquence spécifique d'acides aminés d'une molécule de la MEC.

- Deux types cellules peuvent reconnaître une protéine de la matrice extra-cellulaire grâce à deux intégrines différentes.
- Une intégrine peut aussi reconnaître plusieurs molécules par le biais de séquences différentes d'acides aminés.

Exemple 2 :

De nombreuses intégrines reconnaissent la séquence argine-glycine-acide aspartique (RGD) présente au sein de la fibronectine et d’autres protéines de la matrice extra-cellulaire.
Autres séquences : DGEA dans collagène de type I
YISRG de la laminine
2 types cellulaires peuvent reconnaître une même protéine de la MEC grâce à 2 intégrines différentes
1 intégrine peut reconnaître plusieurs molécules par le biais de séquences différentes d’acides aminés
ex : a4b1 appartient au lymphocyte et reconnaît 2 ligands
-la fibronectine
-VCAM-1 exprimé par les cellules endothéliales (et une autre molécule d’adhérence
intercellulaire

3. Facteurs pouvant modifier l'affinité de l'intégrine pour son ligand

- L'environnement ionique (Ca++, Mn++, Mg++) ou l'état d'activation de la cellule.
- L'activation ou la désactivation de la cellule (ex : le récepteur αIIbβ3 des plaquettes ne reconnaît le fibrinogène soluble qu'une fois que la plaquette a été activée par la thrombine).L'activation du récepteur lui même s'accompagne d'une modification de sa conformation moléculaire.
- La matrice extracellulaire : L'exposition (migration) d'une cellule à une protéine de la MEC peut induire l'expression d'une intégrine à sa surface.
- L'internalisation :Elle joue un rôle dans la motricité cellulaire. S’il y a migration, il peut y avoir suppression d’intégrines à la surface de la membrane par endocytose

4. Fonction

a) Le contact focal : une fonction d'adhérence

Quand la cellule adhère à une protéine de la matrice extra-cellulaire, elle peut s’étaler et développer des zones de contact très localisées visibles par immunofluorescence Ces zones de contact contiennent un assemblage d’intégrines qui se rapprochent et se regroupent en amas (phénomène de clusterisation), ces intégrines étant reliées aux protéines associées au cytosquelette (vinculine, …) qui sont elles-même reliées aux microfilaments d’actine .
Si pas de MEC, les intégrines sont inactives En cas de contact avec la MEC, les intégrines s’activent et se regroupent en amas, ce qui activent des molécules intracellulaires qui viennent se fixer sur l’intégrine. Les protéines associées au cytosquelette sont donc recrutées pour rejoindre le contact focal. Enfin, il y a polymérisation des microfilaments d’actine.

b) Le contact focal : une fonction de transmission / traduction du signal

La liaison avec les protéines de la MEC induit l’activation des protéines de signalisation (kinases) qui sont recrutées au contact focal. Cela induit différentes cascades d’évènements (traduction du signal matrice) qui provoque l’activation et la migration au noyau de facteurs de transcription, modifiant ainsi l’expression de gènes et donc le comportement de la cellule
Les intégrines sont des récepteurs à part entière dont la fonction est similaire à celle des récepteurs de facteurs solubles.

Ex : en changeant de milieu des cellules mammaires qui se trouvaient sur de la prolactine et en les plaçant sur du collagène, milieu favorable, les cellules se regroupent de façon concentrique (nouvelle adhérence intercellulaire) et produisent une plus grande quantité de protéine du lait (augmentation de production car nouvelle expression des gènes)

Effet permessif de la matrice sur la différenciation cellulaire
Cultures de cellules mammaires sur plastiques (en présence de prolactine)

Ex : leucocyte, globule blanc il doit traverser la paroi d’un vaisseau pour se fixer sur le tissu infecté. Si une infection se produit, le leucocyte reçoit un message. Il va exprimer des sélectines à sa surface et se coller par ces sélectines à la paroi des cellules endothéliales vasculaires. Il roule sur la paroi jusqu’à ce qu’il rencontre une molécule ICAM des cellules endothéliales pour établir une liaison intercellulaire d’adhérence de forte affinité. Ensuite, il y a une migration transendothéliale (passage à travers la paroi). Le leucocyte est ainsi dans un nouveau milieu et va donc exprimer d’autres intégrines pour se fixer sur la MEC puis migrer vers le tissu infecté.

Ex : le signal mécanique par étirement de membrane lors de la miction.

Lorsque l’on à une tension mécanique (la vessie est remplie d’urine qui produit un étirement de la membrane) les intégrines donnent des informations sur les tensions.

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