Adhésion cellulaire - Cell adhesion

Schéma de l'adhésion cellulaire

L'adhésion cellulaire est le processus par lequel les cellules interagissent et se fixent aux cellules voisines par le biais de molécules spécialisées de la surface cellulaire. Ce processus peut se produire soit par contact direct entre les surfaces cellulaires telles que les jonctions cellulaires, soit par interaction indirecte, où les cellules se fixent à la matrice extracellulaire environnante , une structure semblable à un gel contenant des molécules libérées par les cellules dans les espaces entre elles. L'adhésion cellulaire se produit à partir des interactions entre les molécules d'adhésion cellulaire (CAM), des protéines transmembranaires situées à la surface des cellules. L'adhésion cellulaire relie les cellules de différentes manières et peut être impliquée dans la transduction du signal pour que les cellules détectent et répondent aux changements de l'environnement. D'autres processus cellulaires régulés par l'adhésion cellulaire comprennent la migration cellulaire et le développement tissulaire dans les organismes multicellulaires . Les altérations de l'adhésion cellulaire peuvent perturber d'importants processus cellulaires et entraîner diverses maladies, notamment le cancer et l' arthrite . L'adhésion cellulaire est également essentielle pour que les organismes infectieux, tels que les bactéries ou les virus , provoquent des maladies .

Mécanisme général

Diagramme général des différents types de jonctions cellulaires présentes dans les cellules épithéliales, y compris les jonctions cellule-cellule et les jonctions cellule-matrice.

Les CAM sont classées en quatre grandes familles : les intégrines , la superfamille des immunoglobulines (Ig) , les cadhérines et les sélectines . Les cadhérines et les IgSF sont des CAM homophiles, car elles se lient directement au même type de CAM sur une autre cellule, tandis que les intégrines et les sélectines sont des CAM hétérophiles qui se lient à différents types de CAM. Chacune de ces molécules d'adhésion a une fonction différente et reconnaît des ligands différents . Les défauts d'adhésion cellulaire sont généralement attribuables à des défauts d'expression des CAM.

Dans les organismes multicellulaires, les liaisons entre les CAM permettent aux cellules d'adhérer les unes aux autres et créent des structures appelées jonctions cellulaires . Selon leurs fonctions, les jonctions cellulaires peuvent être classées en :

  • Jonctions d'ancrage (jonctions adhérentes , desmosomes et hémidesmosomes ), qui maintiennent les cellules ensemble et renforcent le contact entre les cellules.
  • Jonctions d'occlusion (jonctions serrées ), qui scellent les espaces entre les cellules par contact cellule-cellule, créant une barrière imperméable pour la diffusion
  • Jonctions formant des canaux ( jonctions communicantes ), qui relient le cytoplasme des cellules adjacentes permettant le transport des molécules entre les cellules
  • Jonctions relais de signaux, qui peuvent être des synapses dans le système nerveux

Alternativement, les jonctions cellulaires peuvent être classées en deux types principaux en fonction de ce qui interagit avec la cellule : les jonctions cellule-cellule, principalement médiées par les cadhérines, et les jonctions cellule-matrice, principalement médiées par les intégrines.

Jonctions cellule-cellule

Les jonctions cellule-cellule peuvent se produire sous différentes formes. Dans l'ancrage des jonctions entre cellules telles que les jonctions adhérentes et les desmosomes, les principales CAM présentes sont les cadhérines. Cette famille de CAM sont des protéines membranaires qui médient l'adhésion cellule-cellule à travers ses domaines extracellulaires et nécessitent des ions Ca 2+ extracellulaires pour fonctionner correctement. Les cadhérines forment une fixation homophile entre elles, ce qui entraîne le collage de cellules d'un type similaire et peut conduire à une adhésion cellulaire sélective, permettant aux cellules de vertébrés de s'assembler en tissus organisés. Les cadhérines sont essentielles pour l'adhésion cellule-cellule et la signalisation cellulaire chez les animaux multicellulaires et peuvent être séparées en deux types : les cadhérines classiques et les cadhérines non classiques.

Adhère aux jonctions

Jonction adhérente montrant la liaison homophile entre les cadhérines et comment la caténine la lie aux filaments d'actine

Les jonctions adhérentes servent principalement à maintenir la forme des tissus et à maintenir les cellules ensemble. Dans les jonctions adhérentes, les cadhérines entre les cellules voisines interagissent via leurs domaines extracellulaires, qui partagent une région sensible au calcium conservée dans leurs domaines extracellulaires. Lorsque cette région entre en contact avec des ions Ca 2+ , les domaines extracellulaires des cadhérines subissent un changement de conformation de la conformation flexible inactive à une conformation plus rigide afin de subir une liaison homophile. Les domaines intracellulaires des cadhérines sont également hautement conservés, car ils se lient à des protéines appelées caténines , formant des complexes caténine-cadhérine. Ces complexes protéiques relient les cadhérines aux filaments d'actine . Cette association avec les filaments d'actine est essentielle pour que les jonctions adhérentes stabilisent l'adhésion cellule-cellule. Les interactions avec les filaments d'actine peuvent également favoriser le regroupement des cadhérines, qui sont impliquées dans l'assemblage des jonctions adhérentes. En effet, les amas de cadhérine favorisent la polymérisation du filament d'actine , qui à son tour favorise l'assemblage des jonctions adhérentes en se liant aux complexes cadhérine-caténine qui se forment ensuite à la jonction.

Desmosomes

Les desmosomes sont structurellement similaires aux jonctions adhérentes mais composés de composants différents. Au lieu des cadhérines classiques, les cadhérines non classiques telles que les desmogléines et les desmocollines agissent comme des molécules d'adhésion et elles sont liées à des filaments intermédiaires au lieu de filaments d'actine. Aucune caténine n'est présente dans les desmosomes car les domaines intracellulaires des cadhérines desmosomales interagissent avec les protéines des plaques desmosomales, qui forment les plaques cytoplasmiques épaisses des desmosomes et relient les cadhérines aux filaments intermédiaires. Les desmosomes offrent une résistance et une résistance aux contraintes mécaniques en déchargeant des forces sur les filaments intermédiaires flexibles mais résilients, ce qui ne peut pas se produire avec les filaments d'actine rigides. Cela rend les desmosomes importants dans les tissus qui subissent des niveaux élevés de stress mécanique, tels que le muscle cardiaque et l' épithélium , et explique pourquoi il apparaît fréquemment dans ces types de tissus.

Jonctions serrées

Les jonctions serrées sont normalement présentes dans les tissus épithéliaux et endothéliaux , où elles scellent les espaces et régulent le transport paracellulaire des solutés et des fluides extracellulaires dans ces tissus qui fonctionnent comme des barrières. La jonction serrée est formée par des protéines transmembranaires, notamment des claudines , des occludines et des tricellulines, qui se lient étroitement les unes aux autres sur les membranes adjacentes de manière homophile. Semblable aux jonctions d'ancrage, les domaines intracellulaires de ces protéines de jonction serrée sont liés à des protéines d'échafaudage qui maintiennent ces protéines en grappes et les relient aux filaments d'actine afin de maintenir la structure de la jonction serrée. Les claudines, essentielles à la formation des jonctions serrées, forment des pores paracellulaires qui permettent le passage sélectif d'ions spécifiques à travers les jonctions serrées, rendant la barrière sélectivement perméable.

Jonctions de fente

Jonctions lacunaires montrant des connexons et des connexines

Les jonctions lacunaires sont composées de canaux appelés connexons , qui consistent en des protéines transmembranaires appelées connexines regroupées en groupes de six. Les connexons des cellules adjacentes forment des canaux continus lorsqu'ils entrent en contact et s'alignent les uns avec les autres. Ces canaux permettent le transport d'ions et de petites molécules entre le cytoplasme de deux cellules adjacentes, en plus de maintenir les cellules ensemble et assurent une stabilité structurelle comme des jonctions d'ancrage ou des jonctions serrées. Les canaux des jonctions lacunaires sont sélectivement perméables à des ions spécifiques en fonction des connexines qui forment les connexons, ce qui permet aux jonctions lacunaires d'être impliquées dans la signalisation cellulaire en régulant le transfert de molécules impliquées dans les cascades de signalisation . Les canaux peuvent répondre à de nombreux stimuli différents et sont régulés dynamiquement soit par des mécanismes rapides, tels que le voltage dépendant , soit par des mécanismes lents, tels que la modification du nombre de canaux présents dans les jonctions communicantes.

Adhérence médiée par les sélectines

Les sélectines sont une famille de CAM spécialisées impliquées dans l'adhésion cellulaire transitoire se produisant dans le système circulatoire. Ils interviennent principalement dans le mouvement des globules blancs (leucocytes) dans la circulation sanguine en permettant aux globules blancs de « rouler » sur les cellules endothéliales grâce à des liaisons réversibles de sélections. Les sélectines subissent des liaisons hétérophiles, car son domaine extracellulaire se lie aux glucides sur les cellules adjacentes au lieu d'autres sélectines, alors qu'elle nécessite également des ions Ca 2+ pour fonctionner, comme les cadhérines. l'adhésion cellule-cellule des leucocytes aux cellules endothéliales est importante pour les réponses immunitaires, car les leucocytes peuvent se déplacer vers les sites d'infection ou de lésion par ce mécanisme. Sur ces sites, les intégrines sur les globules blancs roulants sont activées et se lient fermement aux cellules endothéliales locales, permettant aux leucocytes d'arrêter de migrer et de traverser la barrière endothéliale.

Adhésion médiée par les membres de la superfamille des immunoglobulines

La superfamille des immunoglobulines (IgSF) est l'une des plus grandes superfamilles de protéines dans le corps et elle contient de nombreuses CAM diverses impliquées dans différentes fonctions. Ces protéines transmembranaires ont un ou plusieurs domaines de type immunoglobuline dans leurs domaines extracellulaires et subissent une liaison indépendante du calcium avec des ligands sur les cellules adjacentes. Certaines CAM IgSF, telles que les molécules d'adhésion cellulaire neurales (NCAM), peuvent effectuer une liaison homophile tandis que d'autres, telles que les molécules d'adhésion cellulaire intercellulaire (ICAM) ou les molécules d'adhésion cellulaire vasculaire (VCAM) subissent une liaison hétérophile avec des molécules comme les glucides ou les intégrines. Les ICAM et les VCAM sont exprimées sur les cellules endothéliales vasculaires et elles interagissent avec les intégrines sur les leucocytes pour faciliter la fixation des leucocytes et leur mouvement à travers la barrière endothéliale.

Jonctions cellule-matrice

Les cellules créent une matrice extracellulaire en libérant des molécules dans son espace extracellulaire environnant. Les cellules ont des CAM spécifiques qui se lieront aux molécules de la matrice extracellulaire et lieront la matrice au cytosquelette intracellulaire . La matrice extracellulaire peut servir de support lors de l'organisation des cellules en tissus et peut également être impliquée dans la signalisation cellulaire en activant les voies intracellulaires lorsqu'elle est liée aux CAM. Les jonctions cellule-matrice sont principalement médiées par les intégrines, qui se regroupent également comme les cadhérines pour former des adhérences fermes. Les intégrines sont des hétérodimères transmembranaires formés par différentes sous-unités α et , les deux sous-unités ayant des structures de domaine différentes. Les intégrines peuvent signaler dans les deux sens : la signalisation de l'intérieur vers l'extérieur, les signaux intracellulaires modifiant les domaines intracellulaires, peuvent réguler l'affinité des intégrines pour leurs ligands, tandis que la signalisation de l'extérieur vers l'intérieur, les ligands extracellulaires se liant aux domaines extracellulaires, peuvent induire des changements de conformation des intégrines et initier la signalisation cascades. Les domaines extracellulaires des intégrines peuvent se lier à différents ligands par liaison hétérophile, tandis que les domaines intracellulaires peuvent être liés soit à des filaments intermédiaires, formant des hémidesmosomes, soit à des filaments d'actine, formant des adhérences focales .

Diagramme des hémidesmosomes montrant l'interaction entre les intégrines et la laminine, y compris comment les intégrines sont liées aux filaments intermédiaires de kératine

Hémidesmosomes

Dans les hémidesmosomes, les intégrines se fixent aux protéines de la matrice extracellulaire appelées laminines dans la lame basale , qui est la matrice extracellulaire sécrétée par les cellules épithéliales. Les intégrines relient la matrice extracellulaire aux filaments intermédiaires de kératine , qui interagissent avec le domaine intracellulaire des intégrines via des protéines adaptatrices telles que les plectines et BP230. Les hémidesmosomes sont importants pour maintenir la stabilité structurelle des cellules épithéliales en les ancrant ensemble indirectement à travers la matrice extracellulaire.

Adhérences focales

Dans les adhérences focales, les intégrines attachent les fibronectines , un composant de la matrice extracellulaire, aux filaments d'actine à l'intérieur des cellules. Les protéines adaptatrices , telles que les talines , les vinculines , les -actinines et les filamines , forment un complexe au niveau du domaine intracellulaire des intégrines et se lient aux filaments d'actine. Ce complexe multiprotéique liant les intégrines aux filaments d'actine est important pour l'assemblage de complexes de signalisation qui agissent comme des signaux pour la croissance et la motilité cellulaires.

Autres organismes

Eucaryotes

Les cellules végétales adhèrent étroitement les unes aux autres et sont reliées par des plasmodesmes , des canaux qui traversent les parois cellulaires végétales et relient les cytoplasmes des cellules végétales adjacentes. Les molécules qui sont soit des nutriments soit des signaux nécessaires à la croissance sont transportées, soit passivement, soit sélectivement, entre les cellules végétales par l'intermédiaire des plasmodesmes.

Les protozoaires expriment de multiples molécules d'adhésion avec des spécificités différentes qui se lient aux glucides situés à la surface de leurs cellules hôtes. l'adhésion cellule-cellule est la clé pour que les protozoaires pathogènes se fixent et pénètrent dans leurs cellules hôtes. Un exemple de protozoaire pathogène est le parasite du paludisme ( Plasmodium falciparum ), qui utilise une molécule d'adhésion appelée protéine circumsporozoïte pour se lier aux cellules hépatiques, et une autre molécule d'adhésion appelée protéine de surface mérozoïte pour lier les globules rouges .

Les champignons pathogènes utilisent des molécules d'adhésion présentes sur sa paroi cellulaire pour se fixer, soit par des interactions protéine-protéine ou protéine-hydrate de carbone, aux cellules hôtes ou aux fibronectines dans la matrice extracellulaire.

Procaryotes

Les procaryotes ont des molécules d'adhésion sur leur surface cellulaire appelées adhésines bactériennes , en plus d'utiliser ses pili ( fimbriae ) et ses flagelles pour l'adhésion cellulaire. Les adhésines peuvent reconnaître une variété de ligands présents sur les surfaces des cellules hôtes et également des composants dans la matrice extracellulaire. Ces molécules contrôlent également la spécificité de l'hôte et régulent le tropisme (interactions spécifiques aux tissus ou aux cellules) par leur interaction avec leurs ligands.

Virus

Les virus ont également des molécules d'adhésion requises pour la liaison virale aux cellules hôtes. Par exemple, le virus de la grippe a une hémagglutinine à sa surface qui est requise pour la reconnaissance du sucre acide sialique sur les molécules de surface de la cellule hôte. Le VIH possède une molécule d'adhésion appelée gp120 qui se lie à son ligand CD4 , qui est exprimé sur les lymphocytes . Les virus peuvent également cibler des composants des jonctions cellulaires pour pénétrer dans les cellules hôtes, ce qui se produit lorsque le virus de l' hépatite C cible les occludines et les claudines dans les jonctions serrées pour pénétrer dans les cellules hépatiques.

Implications cliniques

Un dysfonctionnement de l'adhésion cellulaire se produit lors de métastases cancéreuses . La perte d'adhésion cellule-cellule dans les cellules tumorales métastatiques leur permet de s'échapper de leur site d'origine et de se propager dans le système circulatoire. Un exemple de CAM dérégulées dans le cancer sont les cadhérines, qui sont inactivées soit par des mutations génétiques, soit par d'autres molécules de signalisation oncogènes, permettant aux cellules cancéreuses de migrer et d'être plus invasives. D'autres CAM, comme les sélectines et les intégrines, peuvent faciliter les métastases en médiant les interactions cellule-cellule entre les cellules tumorales métastatiques en migration dans le système circulatoire et les cellules endothéliales d'autres tissus distants. En raison du lien entre les CAM et les métastases cancéreuses, ces molécules pourraient être des cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement du cancer.

Il existe également d'autres maladies génétiques humaines causées par une incapacité à exprimer des molécules d'adhésion spécifiques. Un exemple est le déficit d'adhésion des leucocytes -I (LAD-I), où l'expression de la sous-unité d'intégrine β 2 est réduite ou perdue. Cela conduit à une expression réduite des hétérodimères d'intégrine β 2 , qui sont nécessaires pour que les leucocytes se fixent fermement à la paroi endothéliale au niveau des sites d' inflammation afin de combattre les infections. Les leucocytes des patients LAD-I sont incapables d'adhérer aux cellules endothéliales et les patients présentent des épisodes d' infection graves qui peuvent mettre leur vie en danger.

Une maladie auto-immune appelée pemphigus est également causée par une perte d'adhérence cellulaire, car elle résulte d' auto-anticorps ciblant les propres cadhérines desmosomales d'une personne, ce qui entraîne le détachement des cellules épidermiques les unes des autres et provoque des cloques sur la peau.

Les micro-organismes pathogènes, y compris les bactéries, les virus et les protozoaires, doivent d'abord adhérer aux cellules hôtes afin d'infecter et de provoquer des maladies. La thérapie anti-adhésion peut être utilisée pour prévenir l'infection en ciblant les molécules d'adhésion soit sur l'agent pathogène, soit sur la cellule hôte. En plus de modifier la production de molécules d'adhésion, des inhibiteurs compétitifs qui se lient aux molécules d'adhésion pour empêcher la liaison entre les cellules peuvent également être utilisés, agissant comme agents anti-adhésifs.

Voir également

Les références

Liens externes