Cytosquelette neuronal: parties et fonctions

Le cytosquelette est une structure tridimensionnelle dans toutes les cellules eucaryotes et peut donc être trouvé dans les neurones.

Bien qu'elle ne diffère pas beaucoup des autres cellules somatiques, le cytosquelette des neurones a certaines caractéristiques qui lui sont propres, en plus d'être importantes lorsqu'elles présentent des défauts, comme c'est le cas avec la maladie d'Alzheimer.

Ensuite, nous verrons les trois types de filaments qui composent cette structure, leurs particularités par rapport au reste des cytosquelettes et comment il est affecté dans la maladie d'Alzheimer.

• Article associé: "Quelles sont les parties du neurone ?"

Le cytosquelette du neurone

Le cytosquelette est l'un des éléments déterminants des cellules eucaryotes, c'est-à-dire ceux qui ont un noyau défini, une structure qui peut être observée dans les cellules animales et végétales. Cette structure est essentiellement l'échafaudage interne sur lequel s'appuient les organites, organisant le cytosol et les vésicules qui s'y trouvent, telles que les lysosomes.

Les neurones sont des cellules eucaryotes spécialisées dans la création de connexions avec les autres et constituant le système nerveux et, comme pour toute autre cellule eucaryote, les neurones possèdent cytosquelette. Le cytosquelette du neurone, structurellement parlant, n'est pas très différent de celui de toute autre cellule, possédant des microtubules, des filaments intermédiaires et des filaments d'actine.

Ci-dessous nous verrons chacun de ces trois types de filaments ou tubes, précisant en quoi le cytosquelette du neurone diffère de celui des autres cellules somatiques.

Microtubules

Les microtubules du neurone ne sont pas très différents de ceux que l'on peut trouver dans les autres cellules du corps. Sa structure principale est constituée d'un polymère de sous-unité de tubuline de 50 kDa, qui est vissé de manière à former un tube creux d'un diamètre de 25 nanomètres.

Il existe deux types de tubuline: alpha et bêta. Les deux sont des protéines peu différentes l'une de l'autre, avec une similarité de séquence proche de 40 %. Ce sont ces protéines qui constituent le tube creux, par formation de protofilaments qui se rejoignent latéralement, formant ainsi le microtubule.

La tubuline est une substance importante, car ses dimères sont responsables de la jonction de deux molécules de guanosine triphosphate (GTP), des dimères qui ont la capacité d'exercer une activité enzymatique sur ces mêmes molécules. C'est à travers cette activité GTPase qu'elle est impliquée dans la formation (assemblage) et le démontage (désassemblage) des microtubules eux-mêmes, donnant la flexibilité et la capacité de modifier la structure du cytosquelette.

Les microtubules et les dendrites des axones ne sont pas en continuité avec le corps cellulaire, ils ne sont pas non plus associés à un MTOC (centre d'organisation des microtubules) visible. Les microtubules axonaux peuvent mesurer 100 m de long, mais ont une polarité uniforme. En revanche, les microtubules des dendrites sont plus courts, présentant une polarité mixte, avec seulement 50% de leurs microtubules orientés vers l'extrémité distale du corps cellulaire.

Bien que les microtubules des neurones soient composés des mêmes composants que l'on peut trouver dans d'autres cellules, il convient de noter qu'ils peuvent présenter quelques différences. Les microtubules du cerveau contiennent des tubulines de différents isotypes, et avec une variété de protéines qui leur sont associées. En outre, la composition des microtubules varie en fonction de l'emplacement dans le neurone, comme les axones vagues dendrites. Cela suggère que les microtubules dans le cerveau pourraient se spécialiser dans différentes tâches, en fonction des environnements uniques fournis par le neurone.

Filaments intermédiaires

Comme pour les microtubules, les filaments intermédiaires sont des composants autant de la cytostructure neuronale que celle de toute autre cellule. Ces filaments jouent un rôle très intéressant dans la détermination du degré de spécificité de la cellule, en plus d'être utilisés comme marqueurs de différenciation cellulaire. En apparence, ces filaments ressemblent à une corde.

Dans le corps, il existe jusqu'à cinq types de filaments intermédiaires, classés de I à V et, certains d'entre eux étant ceux que l'on peut trouver dans le neurone :

Les filaments intermédiaires de type I et II sont de nature kératinique et peuvent être trouvés dans diverses combinaisons avec les cellules épithéliales du corps.. En revanche, les cellules de type III peuvent être trouvées dans des cellules moins différenciées, telles que les cellules gliales ou les précurseurs. cellules neuronales, bien qu'elles aient également été observées dans des cellules plus formées, telles que celles qui composent le tissu musculaire lisse et dans les astrocytes mature.

Les filaments intermédiaires de type IV sont spécifiques aux neurones, présentant un motif commun entre les exons et les introns., qui diffèrent sensiblement de celles des trois types précédents. Les types V sont ceux que l'on trouve dans les lames nucléaires, formant la partie qui entoure le noyau cellulaire.

Bien que ces cinq types différents de filaments intermédiaires soient plus ou moins spécifiques à certaines cellules, il convient de mentionner que le système nerveux en contient une diversité. Malgré leur hétérogénéité moléculaire, tous les filaments intermédiaires des cellules eucaryotes sont Ils se présentent, comme nous l'avons mentionné, comme des fibres ressemblant à une corde, d'un diamètre compris entre 8 et 12 nanomètres.

Les filaments neuronaux peut mesurer des centaines de micromètres de long, en plus d'avoir des saillies en forme de bras latéraux. En revanche, dans d'autres cellules somatiques, telles que celles de la glie et des cellules non neuronales, ces filaments sont plus courts, dépourvus de bras latéraux.

Le principal type de filament intermédiaire que l'on peut trouver dans les axones myélinisés du neurone est constitué de trois sous-unités protéiques, formant un triplet: une sous-unité de poids moléculaire élevé (NFH, 180 à 200 kDa), une sous-unité de poids moléculaire moyen (NFM, 130 à 170 kDa) et une sous-unité de faible poids moléculaire (NFL, 60 à 70 kDa). Chaque sous-unité protéique est codée par un gène distinct. Ces protéines sont celles qui composent les filaments de type IV, qui ne s'expriment que dans les neurones et ont une structure caractéristique.

Mais bien que les caractéristiques du système nerveux soient de type IV, d'autres filaments peuvent également s'y trouver. La vimentine est l'une des protéines qui composent les filaments de type III, présent dans une grande variété de cellules, y compris les fibroblastes, la microglie et les cellules musculaires lisses. On les trouve également dans les cellules embryonnaires, en tant que précurseurs de la glie et des neurones. Les astrocytes et les cellules de Schwann contiennent une protéine gliale fibrillaire acide, qui constitue des filaments de type III.

Microfilaments d'actine

Les microfilaments d'actine sont les composants les plus anciens du cytosquelette. Ils sont constitués de monomères d'actine de 43 kDa, organisés comme s'il s'agissait de deux chapelets de billes de 4 à 6 nanomètres de diamètre.

Les microfilaments d'actine peuvent être trouvés dans les neurones et les cellules gliales, mais ils se trouvent particulièrement concentré dans les terminaisons présynaptiques, les épines dendritiques et les cônes de croissance neural.

Quel rôle joue le cytosquelette neuronal dans la maladie d'Alzheimer ?

Il a été trouvé une relation entre la présence de peptides bêta-amyloïdes, composants des plaques qui s'accumulent dans le cerveau dans la maladie d'Alzheimer, et la perte rapide de la dynamique du cytosquelette neuronal, en particulier dans les dendrites, où l'influx nerveux est reçu. Comme cette partie est moins dynamique, la transmission des informations devient moins efficace, en plus de diminuer l'activité synaptique.

Dans un neurone sain, son cytosquelette est constitué de filaments d'actine qui, bien qu'ancrés, ont une certaine flexibilité. Pour que le dynamisme nécessaire soit donné pour que le neurone puisse s'adapter aux exigences de l'environnement il existe une protéine, la cofiline 1, qui est chargée de couper les filaments d'actine et de séparer leurs unités. Ainsi, la structure change de forme, cependant, si la cofiline 1 est phosphorylée, c'est-à-dire qu'un atome de phosphore est ajouté, elle cesse de fonctionner correctement.

Il a été démontré que l'exposition aux peptides bêta-amyloïdes induisait une phosphorylation accrue de la cofiline 1. Cela provoque une perte de dynamisme du cytosquelette, car les filaments d'actine se stabilisent et la structure perd de sa flexibilité. Les épines dendritiques perdent leur fonction.

L'une des causes qui rend la cofiline 1 phosphorylée est lorsque l'enzyme ROCK (Rho-kinase) agit sur elle. Cette enzyme phosphoryle les molécules, induisant ou désactivant leur activité, et serait l'une des causes des symptômes d'Alzheimer, puisqu'elle désactive la cofiline 1. Pour éviter cet effet, surtout pendant les premiers stades de la maladie, il existe le médicament Fasucil, qui inhibe l'action de cette enzyme et empêche la cofiline 1 de perdre sa fonction.

Références bibliographiques:

• Molina, Y.. (2017). Cytosquelette et neurotransmission. Bases moléculaires et interactions protéiques du transport et de la fusion vésiculaires dans un modèle neuroendocrinien. Revue Doctorale UMH. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Composants moléculaires du cytosquelette neuronal. Dans: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., Éditeurs. Neurochimie de base: Aspects moléculaires, cellulaires et médicaux. 6e édition. Philadelphie: Lippincott-Raven; 1999. Disponible depuis: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Rush, T. et al (2018) La synaptotoxicité dans la maladie d'Alzheimer impliquait une dérégulation du cytosquelette d'actine dynamique par phosphorylation de la cofiline 1 The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018