Cellules ciliées: caractéristiques et fonctions

Les cellules ciliées sont des cellules qui ont des structures appelées cils. Les cils, comme les flagelles, sont des projections cytoplasmiques des cellules, avec un ensemble de microtubules à l'intérieur. Ce sont des structures avec des fonctions motrices très précises.

Les cils sont petits et courts comme des filaments. Ces structures se retrouvent dans une grande variété de cellules eucaryotes, des organismes unicellulaires aux cellules constituant les tissus. Ils remplissent des fonctions variées, du mouvement cellulaire au mouvement du milieu aqueux à travers les membranes ou les barrières chez les animaux.

Où sont les cellules ciliées?

Les cellules ciliées sont présentes dans presque tous les organismes vivants, sauf chez les nématodes, les champignons, les rhodophytes et les plantes angiospermes, où elles sont totalement absentes. De plus, les arthropodes sont très rares.

Ils sont particulièrement fréquents chez les protistes, où un groupe particulier est reconnu et identifié en présentant de telles structures (ciliés). Dans certaines plantes, par exemple chez les fougères, on peut trouver des cellules ciliées, comme leurs cellules sexuelles (gamètes).

Dans le corps humain, des cellules ciliées forment des surfaces épithéliales, par exemple à la surface des voies respiratoires et à la surface interne des oviductes. Ils peuvent également être trouvés dans le ventricule cérébral et dans le système auditif et vestibulaire.

Caractéristiques des cils

Structure des cils

Les cils sont de courtes et nombreuses projections cytoplasmiques qui recouvrent la surface cellulaire. En général, tous les cils possèdent une structure fondamentalement égale.

Chaque cilium est composé d'une série de microtubules internes, chacun constitué de sous-unités de tubuline. Les microtubules sont classés par paires, avec une paire centrale et neuf paires périphériques formant une sorte d'anneau. Cet ensemble de microtubules s'appelle axoneme.

Les structures ciliaires ont un corps basal ou kinétosome qui les ancre à la surface de la cellule. Ces kinétosomes sont dérivés des centrioles et sont composés de neuf triplets de microtubules, dépourvus de la paire centrale. De cette structure basale dérivent les doublets de microtubules périphériques.

Dans l'axonème, chaque paire de microtubules périphériques est fusionnée. Il existe trois unités de protéines qui maintiennent l’axonème des cils ensemble. Nexin, par exemple, maintient les neuf doublets de microtubules ensemble par le biais de liens entre eux.

La dynéine laisse la paire centrale de microtubules à chaque paire périphérique, rejoignant un microtubule spécifique de chaque paire. Cela permet l'union entre les doublets et génère un déplacement de chaque paire par rapport à ses voisins.

Mouvement ciliaire

Le mouvement des cils ressemble à un coup de fouet. Lors du mouvement ciliaire, les bras de dynéine de chaque doublet permettent aux microtubules de glisser en déplaçant ledit doublet.

La dynéine d'un microtubule se joint au microtubule continu en le faisant pivoter et en le relâchant de manière répétée, ce qui fait que le doublet glisse vers l'avant par rapport aux microtubules du côté convexe de l'axonème.

Ensuite, les microtubules reviennent à leur position initiale, ce qui permet au cil de retrouver son état de repos. Ce processus permet au cilium de se cambrer et de produire l’effet suivant lequel, conjointement avec les autres cils de la surface, confère une mobilité à la cellule ou à son environnement, selon le cas.

Le mécanisme du mouvement ciliaire dépend de l'ATP, qui fournit l'énergie nécessaire au bras dynéine pour son activité, ainsi que d'un milieu ionique spécifique, avec certaines concentrations de calcium et de magnésium.

Cellules ciliées du système auditif

Dans le système auditif et vestibulaire des vertébrés, il existe des cellules très sensibles mécanorécepteurs appelées cellules ciliées, car elles ont des cils dans la région apicale, où il existe deux types: kinétocilia, semblable au cil mobile, et stéréocilia avec différents filaments d'actine se projetant longitudinalement .

Ces cellules sont responsables de la transduction des stimuli mécaniques en signaux électriques dirigés vers le cerveau. On les trouve à différents endroits chez les vertébrés.

Chez les mammifères, ils se trouvent dans l'organe de Corti dans l'oreille et interviennent dans le processus de conduction du son. Ils sont également liés aux organes de l'équilibre.

Chez les amphibiens et les poissons, ils se trouvent dans des structures de récepteurs externes chargés de détecter le mouvement de l'eau environnante.

Fonctions

La fonction principale des cils est liée à la mobilité de la cellule. Chez les organismes unicellulaires (protistes appartenant au phylum Ciliophora) et les organismes pluricellulaires de petite taille (invertébrés aquatiques), ces cellules sont responsables du déplacement de l'individu.

Ils prennent également en charge le déplacement des cellules libres au sein d'organismes multicellulaires et, lorsqu'ils forment un épithélium, ils ont pour fonction de déplacer le milieu aqueux dans lequel ils se trouvent, ou à partir d'une membrane ou d'un conduit.

Dans les mollusques bivalves, les cellules ciliées déplacent les fluides et les particules à travers leurs ouïes pour extraire et absorber l'oxygène et la nourriture. Les oviductes des femelles de mammifères sont recouverts de ces cellules, ce qui permet le transport des ovules vers l'utérus, au moyen du mouvement du milieu dans lequel elles se trouvent.

Dans les voies respiratoires des vertébrés terrestres, le mouvement ciliaire de ces cellules permet au mucus de glisser, empêchant ainsi les canaux pulmonaires et trachéaux d'être obstrués par des résidus et des micro-organismes.

Dans les ventricules cérébraux, l'épithélium cilié, formé par ces cellules, permet le passage du liquide céphalo-rachidien.

Les cellules procaryotes ont-elles des cils?

Chez les eucaryotes, les cils et les flagelles sont des structures similaires qui remplissent des fonctions motrices. La différence entre eux est leur taille et le nombre d’entre eux que chaque cellule peut présenter.

Les flagelles sont beaucoup plus longs et généralement, un seul par cellule, comme dans les spermatozoïdes, est impliqué dans le mouvement des cellules libres.

Certaines bactéries ont des structures appelées flagelles, mais celles-ci diffèrent des flagelles eucaryotes. Ces structures ne sont pas conformées par les microtubules et ne présentent pas non plus de dynéine. Ce sont des filaments longs et rigides formés par des sous-unités répétées d'une protéine appelée flagelline.

Les flagelles procaryotes ont un mouvement rotatif en tant que propulseurs. Ce mouvement est favorisé par une structure motrice située dans la paroi cellulaire de l'organisme.

Intérêt médical des cellules ciliées

Chez l'homme, certaines maladies affectent le développement des cellules ciliaires ou le mécanisme du mouvement ciliaire, telles que la dyskinésie ciliaire.

Ces conditions peuvent affecter très différemment la vie d'un individu, entraînant des infections pulmonaires, des otites et l'état de l'hydrocéphalie chez le fœtus, jusqu'à l'infertilité.