Fibre de stress - Stress fiber
| Fibre de stress | |
|---|---|
 Fibres de stress - visualisées via une micrographie de fluorescence de la F-actine
| |
| Identifiants | |
| Engrener | D022502 |
| E | H1.00.01.1.02033 |
| Terminologie anatomique | |
Les fibres de stress sont des faisceaux d' actine contractiles trouvés dans les cellules non musculaires. Ils sont composés d'actine (microfilaments) et de myosine II non musculaire (NMMII), et contiennent également diverses protéines de réticulation, telles que la -actinine, pour former une structure d'actomyosine hautement régulée dans les cellules non musculaires. Il a été démontré que les fibres de stress jouent un rôle important dans la contractilité cellulaire, fournissant une force pour un certain nombre de fonctions telles que l'adhésion cellulaire , la migration et la morphogenèse .
Structure
Les fibres de stress sont principalement composées d'actine et de myosine. L'actine est une protéine globulaire d'environ 43 kDa et peut polymériser pour former de longues structures filamenteuses. Ces filaments sont constitués de deux brins de monomères d'actine (ou protofilaments) enroulés l'un autour de l'autre, pour créer un seul filament d'actine. Parce que les monomères d'actine ne sont pas des molécules symétriques, leurs filaments ont une polarité basée sur la structure du monomère d'actine, ce qui permettra à une extrémité du filament d'actine de polymériser plus rapidement que l'autre. La fin qui peut polymériser plus rapidement est connue sous le nom de fin plus, tandis que la fin qui polymérise plus lentement est connue sous le nom de fin moins. Les fibres de stress sont généralement composées de 10 à 30 filaments d'actine. Les fibres de stress sont composées de microfilaments antiparallèles : les filaments d'actine sont groupés sur toute leur longueur, et les extrémités positives et négatives se mélangent à chaque extrémité du faisceau. L'arrangement antiparallèle des filaments d'actine dans les fibres de stress est renforcé par la -actinine , une protéine de réticulation des filaments d'actine qui contient des domaines de liaison à l'actine antiparallèles. Ces faisceaux sont ensuite réticulés par NMMII pour former des fibres de contrainte.
Montage et régulation
La famille Rho des GTPases régule de nombreux aspects de la dynamique du cytosquelette d'actine, y compris la formation de fibres de stress. RhoA (parfois appelé simplement « Rho ») est responsable de la formation de fibres de stress, et son activité dans la formation de fibres de stress a été découverte pour la première fois par Ridley et Hall en 1992. Lorsqu'il est lié au GTP, Rho active la bobine enroulée associée à Rho formant la kinase (ROCK) et l'homologue mammifère de Drosophila diaphanous (mDia). mDia est une formine , qui nuclée et polymérise de longs filaments d'actine. ROCK est une kinase qui agit pour phosphoryler la MLCP (myosine-chaîne légère phosphatase), ainsi que la chaîne légère NMMII, qui inactive la MLCP et active la myosine. Cela conduira à l'accumulation de protéines motrices de la myosine activées, qui se lient aux filaments d'actine polymérisés par mDia, pour créer des fibres de stress. De plus, ROCK phosphoryle et active également la LIM-kinase. La LIM-kinase va à son tour phosphoryler et inactiver la cofiline , ce qui empêchera la dégradation et le recyclage des filaments d'actine, maintenant l'intégrité des fibres de stress.
Rôles et protéines associées
Les fibres de stress jouent les rôles suivants dans le fonctionnement cellulaire :
1. Adhérence
Fibres de stress sont nécessaires pour la formation et le maintien de cellules de cellules de cellules et ECM adhésion, tels que la formation des jonctions adhérentes , jonctions serrées et des adhérences focales .
Adhère aux jonctions
Les jonctions adhérentes sont un type de structure d'adhésion cellule-cellule présente à la fois dans les cellules mobiles et non mobiles, qui adhèrent aux cellules entre elles via la liaison homophile des cadhérines et des nexines . Les fibres de stress jouent un rôle important dans le maintien des contacts cellule-cellule dépendant de la cadhérine et de la nexine, et il a été découvert que les GTPases de la famille Rho régulent la structure et l'intégrité des jonctions adhérentes. La α-caténine et la -caténine font partie intégrante des jonctions adhérentes, qui se lient pour produire des complexes cadhérine-α-caténine-β-caténine. Les premières études ont montré que la -caténine pouvait interagir avec les filaments d'actine, laissant penser que la -caténine relie le cytosquelette d'actine aux jonctions adhérentes. Cependant, il a été découvert plus tard que la -caténine ne peut lier la F-actine que lorsqu'elle n'est pas liée par la β-caténine et la cadhérine.
Récemment, il a été démontré que la -caténine s'associe aux formines , à EPLIN et à la vinculine . EPLIN s'est avéré améliorer le regroupement et la stabilisation des filaments d'actine, et la vinculine est impliquée dans la liaison des molécules d'adhésion au cytosquelette d'actine. Cela peut servir de mécanisme pour la façon dont l'actine est recrutée aux jonctions adhérentes.
Jonctions serrées
Les jonctions serrées , ou zona occludens, sont l'élément cellulaire le plus important pour la formation de barrières semi-perméables à l'intérieur ou entre les tissus. Les jonctions serrées sont principalement constituées de claudines et d'occludines, qui sont des protéines membranaires qui forment le contact cellule-cellule, ainsi que de ZO-1, ZO-2 et ZO-3, qui relient les jonctions serrées au cytosquelette d'actine. Cependant, les jonctions serrées ne se sont pas révélées directement liées aux fibres de contrainte, comme elles le sont pour les adhérences focales et les jonctions adhérentes.
Adhérences focales
Les adhérences focales sont des assemblages macromoléculaires qui sont utilisés pour connecter les cellules à l'ECM. Ils se composent de trois couches fonctionnelles : une couche d'intégrine associée à l'ECM, une couche de transduction de force associée à la membrane et une couche d'actine, constituée de fibres de stress d'actine. Comme l'indique leur dénomination ou leurs couches, les adhérences focales jouent un rôle important dans la mécanotransduction et la migration cellulaire. Les adhérences focales sont généralement connectées aux fibres de contrainte - en fait, la contractilité des fibres de contrainte est nécessaire pour le maintien de l'adhérence focale.
2. Migration
Une caractéristique essentielle de nombreuses cellules est leur capacité à migrer vers certains stimuli mécaniques ( Durotaxis ) ou chimiques ( Chémotaxie ). La migration cellulaire a lieu grâce à l'action concertée de trois GTPases de la famille Rho : Rho, Rac et Cdc42. Lorsqu'il est lié au GTP, Rac provoquera la formation de lamellipodes et Cdc42 provoquera la formation de filopodes , favorisant ainsi la migration cellulaire. Dans la cellule migrante, il existe trois principaux types de fibres de stress : les fibres de stress ventrales, les arcs transversaux et les fibres de stress dorsales. Les fibres de stress ventrales sont associées à des adhérences focales aux deux extrémités, sont situées sur la surface ventrale de la cellule et fonctionnent dans l'adhérence et la contraction. Les arcs transversaux ne sont pas directement liés aux adhérences focales et s'écoulent généralement du bord d'attaque de la cellule vers le centre de la cellule. Les fibres de stress dorsal sont situées au bord d'attaque de la cellule. Ils se fixent à des adhérences focales sur la surface ventrale du bord d'attaque et s'étendent dorsalement vers le centre de la cellule pour se fixer aux arcs transversaux. Au cours de la migration cellulaire, les filaments d'actine au sein des fibres de stress seront recyclés par un processus de flux d'actine rétrograde . Le mécanisme de dissolution de l'adhérence focale elle-même est mal compris.
3. Morphogenèse
La morphogenèse, au niveau cellulaire, peut être définie comme la mise en forme ou la définition de l'architecture d'une cellule. L'assemblage du cytosquelette, y compris le cytosquelette d'actine, est le facteur déterminant pour spécifier la morphogenèse cellulaire et conférer une forme aux cellules. La contractilité des fibres de stress au sein de la cellule va donc aider à déterminer la morphogenèse cellulaire. Par exemple, les ceintures d'actine contractiles circonférentielles des jonctions adhérentes contribuent à la morphogenèse cellulaire. De plus, les fibres de stress dorsales, les arcs transversaux et les fibres de stress ventrales aident à déterminer la morphologie cellulaire pendant la migration cellulaire. Une explication plus détaillée de la morphogenèse cellulaire peut être trouvée ici .
4. Mécanotransduction
Les microfilaments et les microtubules jouent un rôle majeur dans la mécanotransduction. Dans le cytosquelette d'actine, la mécanotransduction peut se produire au niveau des adhérences cellule-ECM et cellule-cellule, via des adhérences focales et des jonctions adhérentes, respectivement. La transduction des forces de l'extérieur vers l'intérieur de la cellule peut contrôler la maturation ou le désassemblage des adhérences, et initier des cascades de signalisation intracellulaire qui peuvent modifier les comportements cellulaires, et les cellules sont connues pour assembler des fibres de stress lorsqu'elles rencontrent un stress mécanique. Par exemple, les cellules cultivées sur des substrats rigides présenteront des fibres de stress épaisses, tandis que les fibres de stress observées dans les cellules cultivées sur des substrats plus mous seront moins prononcées. La force mécanique transmise aux adhérences focales par les fibres de stress peut également altérer la conformation des protéines d'adhésion focale mécanosensibles, telles que p130Cas et talines, suggérant que la contractilité des fibres de stress peut traduire les signaux mécaniques en signaux biochimiques. Il existe également un petit sous-ensemble d'intégrines associées à l'adhésion focale qui se terminent dans la coiffe d'actine périnucléaire (au sommet du noyau) et y sont ancrées par le complexe LINC . Ces adhérences focales associées à la coiffe ont été établies comme des médiateurs majeurs dans la mécanodétection et représentent une voie directe pour la transduction des signaux mécaniques des adhérences focales au noyau.
Fibres de stress dans les cellules mobiles et non mobiles
La structure des fibres de stress diffère entre les cellules mobiles et non mobiles. Les fibres de stress dans les cellules mobiles et non mobiles sont similaires en ce qu'elles contiennent toutes deux des filaments d'actine qui sont réticulés par la -actinine et la myosine II, cependant l'orientation spatiale des filaments d'actine individuels dans la fibre de stress diffère entre mobile et non mobile. cellules. Les fibres de stress dans la région ventrale des cellules mobiles montrent un changement global dans l'orientation des filaments d'actine individuels le long de l'axe longitudinal de la fibre de stress, de sorte que les extrémités positives des filaments pointent toujours principalement vers les adhérences focales. Les fibres de stress dans les régions ventrales des cellules non mobiles présentent une polarité périodique similaire à l'organisation du sarcomère .
Applications cliniques
Comme discuté ci-dessus, Rho est responsable de la formation de fibres de stress. Une mauvaise régulation de la famille Rho des GTPases est impliquée dans de nombreuses maladies. Les applications cliniques courantes qui ciblent les Rho GTPases peuvent être trouvées ici .