Microtubules: structure, fonctions et importance clinique
Les microtubules sont des structures cellulaires sous la forme de cylindres qui remplissent des fonctions fondamentales liées au soutien, à la mobilité cellulaire et à la division cellulaire, entre autres. Ces filaments sont présents dans les cellules eucaryotes.
Ils sont creux et leur diamètre interne est de l’ordre de 25 nm, alors que leur diamètre externe est de 25 nm. La longueur varie entre 200 nm et 25 µm. Ce sont des structures assez dynamiques, avec une polarité définie, capables de croître et de se raccourcir.
Structure et composition
Les microtubules sont constitués de molécules de nature protéique. Ils sont formés à partir d'une protéine appelée tubuline.
La tubuline est un dimère, ses deux composants sont l'α-tubuline et la β-tubuline. Le cylindre creux est composé de treize chaînes de ce dimère.
Les extrémités d'un microtubule ne sont pas les mêmes. C'est-à-dire qu'il y a une polarité des filaments. Une extrémité est appelée plus (+) et l'autre moins (-).
Le microtubule n'est pas une structure statique, les filaments peuvent changer de taille rapidement. Ce processus de croissance ou de raccourcissement se déroule principalement à l'extrême; Ce processus s'appelle l'auto-assemblage. Le dynamisme des microtubules permet aux cellules animales de changer de forme.
Il y a des exceptions. Cette polarité est indistincte dans les microtubules à l'intérieur des dendrites, dans les neurones.
Les microtubules ne sont pas distribués de manière homogène dans toutes les formes cellulaires. Son emplacement dépend principalement du type de cellule et de son état. Par exemple, chez certains parasites protozoaires, les microtubules forment une armure.
De même, lorsque la cellule se trouve dans une interface, ces filaments sont dispersés dans le cytoplasme. Lorsque la cellule commence à se diviser, les microtubules commencent à s'organiser dans le fuseau mitotique.
Fonctions
Cytosquelette
Le cytosquelette est composé d'une série de filaments, notamment de microtubules, de filaments intermédiaires et de microfilaments. Comme son nom l'indique, le cytosquelette est responsable du soutien de la cellule, de la motilité et de la régulation.
Les microtubules sont associés à des protéines spécialisées (MAP, pour son acronyme en anglais, protéines associées à des microtubules) pour remplir leurs fonctions.
Le cytosquelette est particulièrement important dans les cellules animales, car elles ne possèdent pas de paroi cellulaire.
La mobilité
Les microtubules jouent un rôle fondamental dans les fonctions motrices. Ils servent d'indice pour que les protéines liées au mouvement puissent bouger. De même, les microtubules sont des chaussées et des chariots à protéines.
Plus précisément, les kinésines et la dynéine sont des protéines présentes dans le cytoplasme. Ces protéines se lient aux microtubules pour effectuer les mouvements et permettre la mobilisation de matériaux dans l’espace cellulaire.
Ils transportent les vésicules et se déplacent sur de longues distances à l'aide de microtubules. Ils peuvent également transporter des marchandises qui ne se trouvent pas dans les vésicules.
Les protéines motrices ont une sorte de bras, et par le changement de la forme de ces molécules, le mouvement peut être effectué. Ce processus dépend de l'ATP.
Division cellulaire
Quant à la division cellulaire, elles sont indispensables à la répartition correcte et équitable des chromosomes. Les microtubules sont assemblés et forment le fuseau mitotique.
Lorsque le noyau se divise, les microtubules transportent et séparent les chromosomes vers les nouveaux noyaux.
Cilios et flagelles
Les microtubules sont liés aux structures cellulaires qui permettent le mouvement: les cils et les flagelles.
Ces appendices se présentent sous la forme de minces fouets et permettent à la cellule de se déplacer en son centre. Les microtubules facilitent l'assemblage de ces extensions cellulaires.
Les cils et les flagelles ont une structure identique; cependant, les cils sont plus courts (10 à 25 microns) et travaillent généralement ensemble. Pour le mouvement, la force appliquée est parallèle à la membrane. Les cils agissent comme des "rames" qui poussent la cellule.
En revanche, les flagelles sont plus longs (50 à 70 microns) et la cellule en présente généralement un ou deux. La force appliquée est perpendiculaire à la membrane.
La vue transversale de ces appendices présente une disposition 9 + 2. Cette nomenclature fait référence à la présence de 9 paires de microtubules fusionnés entourant une paire centrale non fusionnée.
La fonction motrice est le produit de l'action de protéines spécialisées. Dynein est l'un d'entre eux. Grâce à l'ATP, la protéine peut changer de forme et permettre le mouvement.
Des centaines d'organismes utilisent ces structures pour se déplacer. Les cils et les flagelles sont présents dans les organismes unicellulaires, les spermatozoïdes et les petits animaux multicellulaires, entre autres. Le corps basal est l'organite cellulaire à l'origine des cils et des flagelles.
Centriolos
Les centrioles sont extrêmement similaires aux corps basaux. Ces organites sont caractéristiques des cellules eucaryotes, à l'exception des cellules végétales et de certains protistes.
Ces structures ont une forme de tonneau. Son diamètre est de 150 nm et sa longueur de 300 à 500 nm. Les microtubules des centrioles sont organisés en trois filaments fondus.
Les centrioles sont situés dans une structure appelée centrosome. Chaque centrosome est composé de deux centrioles et d'une matrice riche en protéines appelée matrice péricentriolaire. Dans cette disposition, les centrioles organisent les microtubules.
La fonction exacte des centrioles et de la division cellulaire n'est pas encore connue en détail. Dans certaines expériences, les centrioles ont été retirés et ladite cellule est capable de se diviser sans inconvénient majeur. Les centrioles sont responsables de la formation du fuseau mitotique: ici les chromosomes se rejoignent.
Plantes
Chez les plantes, les microtubules jouent un rôle supplémentaire dans la disposition des parois cellulaires, en aidant à organiser les fibres de cellulose. En outre, ils aident la division et l'expansion cellulaire dans les légumes.
Importance clinique et médicaments
Les cellules cancéreuses sont caractérisées par une activité mitotique élevée; par conséquent, trouver des médicaments dont l’objectif est l’assemblage de microtubules aiderait à arrêter cette croissance.
Il existe une série de médicaments responsables de la déstabilisation des microtubules. La colcémide, la colchicine, la vincristine et la vinblastine empêchent la polymérisation des microtubules.
Par exemple, la colchicine est utilisée pour traiter la goutte. Les autres sont utilisés dans le traitement des tumeurs malignes.
