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Chapitre 3 : Les protéines impliquées dans la MEC
Nos organes sont bien finis, ils ont une forme particulière, c’est du à la MEC. Elle est variable en fonction du tissu.
Dedans, on a :
- des protéines : collagène, fibronectine, laminine, élastine,
- des protéoglycanes
Elles sont produites par des cellules qui sont présentes au sein de la MEC
Les rôles :
Très différents aspects.
Rôle très important puisqu’elle aide à :
- organiser les cellules en tissu : détermine les propriétés physiques des tissus et fabriquée et orientée par les cellules qui la composent
- coordonner leurs fonctions cellulaires : en activant des voies de signalisation intracellulaire : contrôle la croissance des cellules, prolifération, expression génique.
Composition :
Contient :
- polysaccharides : sucres très complexes. Ils forment la partie hydratée de la MEC : plus on est riche en sucres, plus c’est mou (moins c’est dense). On y retrouve des chaines de glycosaminoglycanes (GAG) qui sont liées des protéines dont on dit que ce sont des protéoglycanes. La partie protéine est très faible, on a surtout des sucres.
- protéines fibreuses : incluses dans le gel, elles peuvent avoir des sucres, mais la partie protéique est très importante, elles ont des fonctions structurelles et adhésives : o Collagène et élastine o Fibronectine et laminine
Cellules qui sécrètent les macromolécules de la MEC :
- Dans tout le tissu conjonctif, ce sont des fibroblastes
- Dans les tissus spécialisés : chondroblastes (cartilage), ostéoblastes (os), synoviocytes (fabriquent la synovie)
I- Les chaînes de protéoglycanes
1) Les chaînes de glycosaminoglycanes (GAG)
Ce sont des répétitions d’unités dissaccharidiques. Chaines très longues.
- Le premier sucre : toujours le N acétylglucosamine.
- Et le 2ème^ sucre varie en fonction de la MEC : souvent l’acide glucuronique. Et juste à côté, ça peut être un autre sucre. Variabilité importante au niveau du 2ème^ sucre.
4 types de GAG selon le sucre, le nombre et la localisation des sulfates
- Héparane sulfate
- Kératane sulfate
- Acide hyaluronique
Pour les 3 premiers, lorsqu’on les produit in vitro, on voit qu’ils ont une structure très rigide et très hydrophile. Ce qui donne une conformation allongée encombrante : in vivo il y a d’autres partenaires qui vont réarranger (protéoglycanes).
Cette structure est chargée négativement : cations Na+. Donc on a un phénomène d’hydratation grâce à des molécules d’eau : on a une structure gel hydraté poreux. Avantage : très résistant à la compression.
In vivo : les GAG sont toujours liés à des protéines : donc on a des protéoglycanes et non des GAG seuls.
L’acide hyaluronique n’est jamais lié à des protéines, c’est le plus fréquent dans notre organisme. Il a une conformation particulière liée à la présence de certains sucres.
L’acide hyaluronique :
Jamais sulfaté, c’est du sucre. Le 2ème^ sucre c’est toujours l’acide glucuronique : on a 25 000 unités dissaccharidiques non sulfatés. Selon sa proportion dans la matrice : contrôle la viscosité, et on a une diffusion plus ou moins importante des petites molécules dans les tissus.
Ces chaines très longues occupent un espace très important
Il est présent dans tous les tissus mais à concentration variable selon les tissus
Synthétisé directement à partir de membrane plasmique par exocytose (et non pas à l’intérieur de cellule puis exocytose)
Rôles :
- Résistance aux forces de compression
- Lors du développement embryonnaire : rôle de réservoir de place pour les cellules : il remplit des espaces : donc si on en a un peu moins, ça laisse la place aux cellules.
- Processus de diffusion de l’information
On peut le dégrader localement par la hyaluronidase : facilite la diffusion des molécules et des cellules dans les tissus conjonctifs, et ça modifie aussi la viscosité
Permet des interactions avec d’autres molécules comme protéines de MEC ou protéoglycanes.
2) Les protéoglycanes et les agrégats de protéoglycanes
Les protéoglycanes c’est la combinaison d’une protéine + un GAG (sauf acide hyaluronique). Ces protéoglycanes sont très sucrés 95% de sucres.
Les GAG se lient de façon covalente à un noyau protéique (protéine de charpente). Elles sont de différent type : chondroïne sulfate ou kératine sulfate. Ces fixations nécessitent des interactions spécifiques. C’est un trissaccharide qui permet cette fixation
Ce sont des chaines polysaccharides longues.
Ces protéoglycanes s’associent en plus entre eux par des protéines de liaison, s’associent à une longue chaine d’acide hyaluronique. C’est sous cette forme qu’on les retrouve in vivo dans la MEC. Ca forme des agrégats de très grande taille : accrochage de protéoglycanes sur un squelette d’acide hyaluronique. Remplissent la majeur
Permet d’organiser la MEC en formant un réseau fibrillaire au sein de la matrice. Permet arrangement des protéines de la matrice entre elles, et permet fixation aux cellules.
Rôle de migration et différenciation cellulaires :
- Exemple : dans métastases : déficit de production de fibronectine ou de son récepteur
- Autre ex : guidage des cellules lors de l’embryogénèse notamment pendant la formation crête neurale. Si mutants sans fibronectine : mort de l’embryon à 9 jours car migrations cellulaires pas possibles
- Chez l’adulte rôle essentiel dans le processus de cicatrisation. b. La laminine
Composant dans la MEC spécifique de la LB
On retrouve interaction avec collagène IV : spécifique de la lame basale
LB :
- A la base de tous les feuillets épithéliaux et endothéliaux
- Entoure les cellules musculaires adipeuses, de Schwann
- Produite par les cellules qui s’appuient ensuite sur elle
- Très dense et sert de filtre moléculaire en permettant la rétention de molécules particulières
La laminine est une protéine complexe, composée de 3 chaines : alpha beta et gamma. Elles s’auto-apparient pour former une structure typique en crois. Domaines de structuration spécifique : interaction
- Soit avec collagène IV
- Protéines spécifiques de cellules : fixation aux neurites des neurones, ou hépatocytes
Par ses interactions : permet des interactions croisées : permet association avec MEC et adhérence cellulaire. La laminine participe à la migration cellulaire, changement de morpho cellulaire, et phénomènes de croissance par la rétention de facteurs spécifiques nécessaires pour la croissance des cellules.
Fonctions redondantes entre les différents substrats de la MEC.
Permet une interaction avec les intégrines : liaison avec les filaments intermédiaires de type kératine par le biais de protéines de liaison. On retrouve ce genre d’interactions dans les hémidesmosomes (interaction avec MEC et non pas entre cellule).
2) Protéines de structure (protéines fibreuses)
a. Le collagène
Très abondante dans le corps (1/4 de notre masse protéique corporelle). Composée au départ d’une chaine alpha qui a une très longue structure, rigide et hélicoïdale. Elle ne peut être conçue que parce qu’on a une séquence très riche en glycines, et par la présence de ce petit acide aminé, on a des interactions possibles également grâce à la proline.
S’apparient par 3 : homotrimère : on constitue ainsi le pro collagène. Dans une cellule de type fibroblaste, puis excrété dans la MEC et s’y intègre. Il existe plein de collagènes différents car plusieurs types de chaines alpha distinctes. Donc collagènes ont des structures différentes.
Exemples :
- Collagènes fibrillaire : type I : dans tissu conjonctif ou cartilage
- Collagènes en feuillet : collagène type IV : au niveau lame basale
- Collagènes de liaison : interagissent dans la MEC avec le collagène fibrillaire pour assurer cette trame spécifique. Le collagène 9 (dans le cartilage) s’associe avec le 2 fibrillaire
Représentativité :
- Le collagène de type I, le plus représenté : on le retrouve au niveau du derme, des os et du tendon,
- le II est dans le cartilage hyalin,
- le 4 la basale des reins et vaisseaux.
Synthèse complexe car riche en collagène :
La chaine pro alpha subit des modifications chimiques et ensuite elles s’associent en triple hélice dans le cytoplasme de la cellule. A ce moment on a une maturation de cette triple hélice pro collagène, et exocytose.
Ensuite on mature cette pro collagène par la collagénase : élimination des extrémités: ponts disulfures, hydroxylations. Appariées avec d’autres triples hélices : forme des fibrilles. Tout ça se fait dans la MEC.
Ces fibrilles s’associent avec d’autres fibrilles, forment des fibres de collagène.
Fibres s’associent pour former des faisceaux. Ces fibres sont remarquables si on fait des coupes longitudinales : cette organisation est contrôlée : car on retrouve un agencement décalé : association des hélices alpha en décalé : forme des stries assure une résistance à la tension.
Ce collagène est un soutien mécanique du tissu conjonctif. On a une certaine flexibilité et une force sur différentes molécules : permet de résister aux forces de compression. Indispensable pour la fonction de la peau : tressage se fait selon un motif en osier.
Au niveau du tendon : faisceaux parallèles alignés le long de l’axe de tension : tension dans un sens seulement
Certains tissus : os, cornée : très ordonné, parallèles dans une couche et chaque couche est perpendiculaire.
Au niveau de la lame basale : particularité du collagène IV, il s’organise en feuillet et non pas en fibrilles et faisceaux.
Particularité de LB : collagène de type IV
- plusieurs isoformes
- structure plus flexible que les collagènes fibrillaires.
- La triple hélice ne se forme pas sur toute la zone : permet de tordre les molécules : zone de courbure
- pas de clivage des pro-peptides après sécrétion : assemblage par leurs domaines terminaux à l’extérieur de la cellule
- forment plusieurs couches de réseaux flexibles
- interagit avec fibronectines puis intégrines
On voit bien l’organisation sous forme de surface tressée. Sur ces structures de collagène vont pouvoir interagir les molécules de fibronectines sur les cellules via les intégrines. Sur cette MEC, les cellules sont capables d’interagir avec la MEC via fibronectines pour se déplacer
Organisation rigide, on n’a pas de mobilité du bas vers le haut, seulement de façon longitudinale.
Peau d’une personne âgée : moins riche en macromolécules, petites molécules (courtes fibres), écrasement de la LB due à une différence de synthèse protéique.
b. L’élastine
Elles constituent les fibres élastiques.
Les fibroblastes en culture in vitro, sur des boites de pétri, on voit qu’ils ont une faible acté physiologique. Ils fabriquent très peu de fibronectines. Et du coup, il y aura peu d’interaction avec fibronectines, donc organisation du cytosquelette est différent de ce qu’on a in vivo, peu riche en filaments d’actine par ex.
Les cellules cancéreuses : choisissent d’interagir moins avec le cytosquelette et donc d’avoir moins de filaments d’actines.
Par contre des cellules cancéreuses in vitro, dans des boites qui contiennent beaucoup de fibronectines, on voit bien l’influence de la MEC sur la forme de la cellule : changement morpho : nouveaux faisceaux intracellulaires. Et vice versa : si on a des cellules très riches en filaments d’actine et qu’on les place dans une MEC, ces cellules permettent une orientation des fibrilles qu’on retrouve dans la MEC.
Interaction réciproque entre MEC et cytosquelette.
Une cellule avec une orientation donnée, influence l’orientation de la MEC. Du coup MEC bien orientée, et d’autres cellules qui viennent sur la MEC : ça va influencer le cytosquelette de ces cellules. Echange d’info entre la matrice et le cytosquelette. Les intégrines sont les principaux adaptateurs de ce processus.
On a un cas de maladie : dystrophie musculaire : due à une perte d’adhérence de la cellule avec la MEC : pas de contact, d’échange entre cellule et MEC
