Microtubules sont des filaments de protéines qui ont une structure tubulaire et, avec l'actine et les filaments intermédiaires, forment le cytosquelette des cellules eucaryotes. Ils stabilisent la cellule et participent également aux transports et mouvements au sein de la cellule.
Que sont les microtubules?
Les microtubules sont des polymères tubulaires dont les structures protéiques ont un diamètre d'environ 24 nm. Avec d'autres filaments, ils forment le cytosquelette, qui donne aux cellules force et forme. En outre, ils jouent également un rôle essentiel dans le mouvement cellulaire et sont également des éléments importants des cils, des flagelles, des centrioles et des fuseaux nucléaires. Les microtubules sont également très importants pour le traitement du cancer. Certains principes actifs ayant une influence sur la division des cellules tumorales sont déjà utilisés sous forme d'agents chimiothérapeutiques ou cytostatiques.
Anatomie et structure
Les microtubules sont constitués de dimères alpha et bêta tubulines (hétérodimères). Les hétérodimères sont les sous-unités des microtubules, également appelées protofilaments. Les protofilaments construisent le corps creux sous la forme d'une spirale en se superposant, avec seulement des unités alpha-tubuline à une extrémité et seulement des sous-unités bêta-tubuline à l'autre extrémité. L'alpha et la bêta-tubuline ont la propriété de lier 1 molécule de GTP. Le GTP est lié de manière irréversible à l'alpha tubuline.
Les hétérodimères sont de préférence situés à l'extrémité plus, de sorte qu'un microtubule se développe dans cette direction, tandis que l'extrémité moins forme le côté stable. Un microtubule mesure entre un micromètre et plusieurs centaines de micromètres de long. Les microtubules sont disposés en singulet, doublet ou triplet. Les filaments proviennent normalement du centre d'organisation des microtubules, comprenant, par exemple, les centrioles ou les corps basaux. De plus, une distinction est faite entre deux populations différentes: les microtubules dynamiques, à vie courte et stables, à vie longue. Les microtubules stables représentent la charpente des flagelles, des cils et des centrioles.
Les microtubules à vie longue se produisent également dans les axones des neurones ou dans les flagelles des spermatozoïdes. Là, ils assurent flexibilité, stabilité et mobilité. Des microtubules dynamiques peuvent également être trouvés là où une reconstruction rapide est nécessaire. De plus, ils assurent la distribution des chromosomes dans les cellules filles. Les microtubules sont constitués ou décomposés en alternance, l'accumulation et la dégradation se produisant principalement à l'extrémité positive. Un microtubule se développe jusqu'à ce qu'il n'y ait plus assez d'hétérodimères.
Ensuite, la dépolymérisation commence, par laquelle la concentration de tubuline augmente à nouveau et une nouvelle croissance commence. Différentes substances empêchent la dépolymérisation ou la polymérisation, elles sont utilisées pour traiter les maladies.
Fonction et tâches
Les microtubules ont des tâches multifonctionnelles. Ils influencent la disposition des chromosomes et le mouvement des vésicules, qui fonctionne comme un système de rails. L'activité vésiculaire est la condition préalable au transport des protéines du moteur. Le transport a lieu grâce aux protéines kinésine et dynéine, situées à la surface de la vésicule. Les vésicules recouvertes de dynéine sont transportées de l'extrémité plus à l'extrémité moins, tandis que les vésicules recouvertes de kinésine sont transportées dans la direction opposée.
Si des microtubules individuels s'accumulent, des structures complexes se forment. Ceux-ci incluent les centrioles et les corps basaux. Les centrioles sont constitués de neuf triplets de microtubules, qui consistent en deux microtubules incomplets et un microtubule complet. Les corps basaux ont la même structure que les centrioles. Ils sont situés sous la surface cellulaire et ont pour tâche d'ancrer les flagelles et les cils. Les kinocils sont constitués d'une paire centrale de microtubules et de neuf doublets de microtubules. Les kinocils se produisent principalement sur les cellules épithéliales et transportent de petites particules à la surface de la cellule. Les cils sont constitués d'une membrane plasmique et se trouvent à la surface des cellules eucaryotes.
Leur centre est constitué de microtubules stables disposés sous la forme d'un faisceau. Les cils sont responsables du mouvement du liquide à travers la surface cellulaire. Par exemple, certains protozoaires les utilisent pour collecter des particules de nourriture. De nombreux cils se trouvent sur les cellules épithéliales, où ils transportent des couches de mucus contenant des cellules mortes ou des particules de poussière jusqu'à la gorge afin qu'elles puissent être excrétées plus tard.
De plus, les cils créent un courant sur la paroi de la trompe de Fallope afin que les ovules puissent être transportés à travers la trompe de Fallope. Les flagelles (flagelles) ont la même structure que les cils de cinéma, mais ils sont beaucoup plus longs et sont utilisés pour la locomotion cellulaire. Cela comprend, par exemple, le mouvement des spermatozoïdes et le transport des protozoaires.
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Dans la dysplasie ciliaire primaire, les kinocils sont défectueux et le nombre de molécules de dynéine est réduit. La dysplasie ciliaire primaire est une maladie héréditaire très rare dans laquelle le mécanisme de transport qui transporte les bactéries et les particules inhalées ne fonctionne pas correctement. En conséquence, le mouvement de la kinocilia est absent ou il est très peu coordonné.
Pour cette raison, les particules de saleté ne peuvent pas être correctement transportées avec le mucus bronchique ou la sécrétion des sinus paranasaux, ce qui entraîne une bronchectasie (dilatation bronchique irréversible), une bronchite chronique ou une sinusite chronique. Si le battement des flagelles du sperme chez les hommes est perturbé, une infertilité se produit. Dans le contexte de la maladie d'Alzheimer, des microtubules altérés se retrouvent dans le cerveau du patient. Dans cette maladie, l'enzyme MARK2 influence la protéine tau. Dans les cellules normales, le tau est lié aux microtubules, ce qui les stabilise. Cependant, lorsque MARK2 agit sur le tau, une instabilité squelettique et une perturbation du système de transport cellulaire se produisent, ce qui est l'une des caractéristiques de la maladie d'Alzheimer.
