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|---|---|
Biochimie_Lippincott | e sang et sont donc intravasculaires. La voie intrins que comprend deux phases : la phase de contact et la phase d'activation des effets, chacune avec des d ficiences connues. un. Phase de contact : Cette phase entra ne l'activation du FXII (facteur Hageman) par changement de conformation par liaison une surface n gative. Les carences en FXII (ou en autres prot ines de cette phase, le kininog ne de haut poids mol culaire et la pr kallicr ine) n'entra nent pas de saignement, remettant en question l'importance de cette phase dans la coagulation. Cependant, la phase de contact joue un r le dans l'inflammation. [Remarque : FXII peut tre activ prot olytiquement par la thrombine (voir 3. ci-dessous)]. b. Phase d'activation du facteur X : La s quence d' v nements conduisant l'activation de FX en FXa par la voie intrins que est initi e par FXIIa (Fig. 35.9). FXIIa active FXI, et FXIa active FIX, une prot ase s rine contenant du Gla. FIXa se combine avec le FVIIIa (une prot ine accessoire transmissible par le sang), et le complexe active le FX, une prot ase s rine contenant du Gla. [Remarque : Le complexe contenant FIXa, FVIIIa et FX se forme sur les r gions membranaires expos es charg es n gativement, et FX est activ en FXa. Ce complexe est parfois appel Xase. La liaison du complexe aux phospholipides membranaires n cessite du Ca2+.] c. Carence en facteur XII : Une carence en FXII n'entra ne pas de trouble de la coagulation. En effet, FXI, la prot ine suivante dans la cascade, peut tre activ e prot olytiquement par la thrombine (voir 3. ci-dessous). d. H mophilie : L'h mophilie est une coagulopathie, un d faut de la capacit de coagulation. L'h mophilie A, qui repr sente 80 % de l'h mophilie, r sulte d'une carence en FVIII, tandis qu'une carence en FIX entra ne une h mophilie B. Chaque carence est caract ris e par une diminution et un retard de la capacit de coagulation et/ou la formation de caillots anormalement friables (facilement perturbables). Cela peut se manifester, par exemple, par des saignements dans les articulations (Fig. 35.10). L' tendue de la carence en facteur d termine la gravit de la maladie. Le traitement actuel de l'h mophilie est un traitement de remplacement par facteur substitutif utilisant le FVIII ou le FIX obtenu partir de sang humain m lang ou de la technologie de l'ADN recombinant. Cependant, des anticorps contre ces facteurs peuvent se d velopper. La th rapie g nique est un objectif. Comme les g nes des deux prot ines se trouvent sur le chromosome X, l'h mophilie est une maladie li e l'X. [Remarque : Une carence en FXI entra ne un trouble de la coagulation parfois appel h mophilie C.] atteint d'h mophilie. L'inactivation de la voie extrins que par l'ITFG entra ne une d pendance l' gard de la voie intrins que pour la production continue de FXa. Cela explique pourquoi les personnes atteintes d'h mophilie saignent alors qu'elles ont une voie extrins que intacte. 3. Commun : Le FXa produit la fois par les voies intrins que et extrins que initie la voie commune, une s quence de r actions qui aboutit la g n ration de fibrine (FIa), comme le montre la figure 35.11. La FXa s'associe la FVa (une prot ine accessoire v hicul e par le sang) et, en pr sence de Ca2+ et de phospholipides, forme un complexe membranaire appel prothrombinase. Le complexe clive la prothrombine (FII) en thrombine (FIIa). [Remarque : FVa potentialise l'activit prot olytique de FXa.] La liaison de Ca2+ aux r sidus de Gla dans FII facilite la liaison de FII la membrane et au complexe prothrombinase, avec clivage ult rieur en FIIa. Le clivage excise la r gion contenant Gla, lib rant FIIa de la membrane et, par cons quent, la lib rant pour activer le fibrinog ne (FI) dans le sang. [Remarque : Il s'agit du seul exemple de clivage d'une prot ine Gla qui entra ne la lib ration d'un peptide contenant du Gla. Le peptide se d place vers le foie o on pense qu'il agit comme un signal pour une production accrue de prot ines de coagulation.] Des inhibiteurs directs et oraux du FXa ont t approuv s pour une utilisation clinique en tant qu'anticoagulants. Contrairement la warfarine, ils ont un d but plus rapide et une demi-vie plus courte et ne n cessitent pas de surveillance r guli re. Une mutation ponctuelle commune (G20210A) dans laquelle une ad nine (A) remplace une guanine (G) au nucl otide 20210 dans la r gion 3 non traduite du g ne pour FII conduit une augmentation des niveaux de FII dans le sang. Il en r sulte une thrombophilie, une affection caract ris e par une tendance accrue du sang coaguler. un. Clivage du fibrinog ne en fibrine : L'IF est une glycoprot ine soluble fabriqu e par le foie. Il se compose de dim res de trois cha nes polypeptidiques diff rentes [( )2] maintenues ensemble aux extr mit s N par des liaisons disulfure. Les extr mit s N des cha nes et forment des touffes au centre de trois domaines globulaires (Fig. 35.12). Les touffes sont charg es n gativemen |
Biochimie_Lippincott | t et entra nent une r pulsion entre les mol cules de FI. La thrombine (FIIa) clive les touffes charg es (lib rant les fibrinopeptides A et B), et FI devient FIa. En raison de la perte de charge, les monom res FIa sont capables de s'associer de mani re non covalente dans un r seau d cal , et un caillot de fibrine mou (soluble) se forme. b. R ticulation de la fibrine : Les mol cules FIa associ es sont r ticul es de mani re covalente. Cela convertit le caillot mou en un caillot dur (insoluble). FXIIIa, une transglutaminase, lie de mani re covalente le -carboxamide d'un r sidu de glutamine dans une mol cule FIa l' -amino d'un r sidu de lysine dans une autre par la formation d'une liaison isopeptide et la lib ration d'ammoniac (Fig. 35.13). [Remarque : FXIII est galement activ par la thrombine.] c. Importance de la thrombine : L'activation du FX par la voie extrins que fournit l' tincelle du FXa qui entra ne l'activation initiale de la thrombine. FIIa active ensuite les facteurs des voies communes (FV, FI, FXIII), intrins ques (FXI, FVIII) et extrins ques (FVII) (Fig. 35.14). Il active galement le FXII de la phase de contact. La voie extrins que initie donc la coagulation par la g n ration de FXa, et la voie intrins que amplifie et maintient la coagulation apr s que la voie extrins que a t inhib e par l'ITF. [Remarque : L'hirudine, un peptide s cr t par la glande salivaire des sangsues m dicinales, est un puissant inhibiteur direct de la thrombine (DTI). L'hirudine recombinante injectable a t approuv e pour un usage clinique. Le dabigatran est un DTI oral.] Une diaphonie suppl mentaire entre les voies de coagulation est obtenue par l'activation de la voie intrins que m di e par FVIIa-TF et l'activation de la voie extrins que m di e par FXIIa. L'image compl te de la coagulation physiologique du sang via la formation d'un caillot de fibrine dure est illustr e la figure 35.15. Les facteurs de la cascade de coagulation sont repr sent s organis s par fonction sur la Figure 35.16. La forme activ e serait indiqu e par un a apr s le chiffre. [Remarque : Le calcium est IV. Il n'y a pas de VI. I (fibrine) n'est ni une prot ase ni une prot ine accessoire. XIII est une transglutaminase.] Gla = -carboxyglutamate. Des tests de laboratoire clinique sont disponibles pour valuer les voies extrins ques par les voies communes (temps de prothrombine [TP] l'aide de la thromboplastine et exprim sous la forme du rapport international normalis [INR]) et les voies intrins ques par les voies communes (temps de thromboplastine partielle activ e [TCA]). La thromboplastine est une combinaison de phospholipides + FIII. Une thromboplastine partielle d riv e ne contient que la partie phospholipidique, car la FIII n'est pas n cessaire pour activer la voie intrins que. III. LIMITATION DE LA COAGULATION La capacit de limiter la coagulation aux zones endommag es (anticoagulation) et d' liminer les caillots une fois que les processus de r paration sont en cours (fibrinolyse) sont des aspects extr mement importants de l'h mostase. Ces actions sont effectu es par des prot ines qui inactivent les facteurs de coagulation, soit en se liant eux et en les liminant du sang, soit en les d gradant, ainsi que par des prot ines qui d gradent le r seau de fibrine. A. Inactivation des prot ines Les prot ines synth tis es par le foie et par les vaisseaux sanguins eux-m mes quilibrent la n cessit de former des caillots aux sites de l sion des vaisseaux avec la n cessit de limiter leur formation au-del de la zone bless e. 1. Antithrombine : L'antithrombine III (ATIII), galement appel e simplement antithrombine (AT), est une prot ine h patique qui circule dans le sang. Il inactive le FIIa libre en se liant lui et en le transportant vers le foie (Fig. 35.17). Ainsi, l'ATIII limine le FIIa du sang, l'emp chant de participer la coagulation. [Remarque : ATIII est un inhibiteur de la prot ase s rine, ou serpine . Une serpine contient une boucle r active laquelle se lie une prot ase sp cifique. Une fois li e, la prot ase clive une liaison peptidique dans la serpine, provoquant un changement de conformation qui pi ge l'enzyme dans un complexe covalent. L' 1-antitrypsine (voir p. 50) est aussi une serpine.] L'affinit de l'ATIII pour la FIIA est consid rablement accrue lorsque l'ATIII est li l'h parine, une glycosaminogie intracellulaire (voir p. 159) lib r e en r ponse une l sion par les mastocytes associ s aux vaisseaux sanguins. L'h parine, un anticoagulant, est utilis e des fins th rapeutiques pour limiter la formation de caillots. [Remarque : Contrairement l'anticoagulant warfarine, qui a un d but lent et une longue demi-vie et qui est administr par voie orale, l'h parine a un d but rapide et une demi-vie courte et n cessite une administration intraveineuse. Les deux m dicaments sont couramment utilis s de mani re recoup e dans le traitement (et la pr vention) de la thrombose.] ATIII inactive galem |
Biochimie_Lippincott | ent le FXa et les autres prot ases s rine de la coagulation, FIXa, FXIa, FXIIa et le complexe FVIIa-TF. [Remarque : ATIII se lie un pentasaccharide sp cifique dans la forme oligosaccharidique de l'h parine. L'inhibition de FIIa n cessite la forme oligosaccharide, tandis que l'inhibition de FXa ne n cessite que la forme pentasaccharide. Le fondaparinux, une version synth tique du pentasaccharide, est utilis cliniquement pour inhiber le FXa.] 2. Complexe prot ine C-prot ine S : La prot ine C, une prot ine circulante contenant du Gla fabriqu e dans le foie, est activ e par FIIa complex e avec de la thrombomoduline. La thrombomoduline, une glycoprot ine membranaire int grale des cellules endoth liales, se lie FIIa, diminuant ainsi l'affinit de FIIa pour le fibrinog ne et augmentant son affinit pour la prot ine C. La prot ine C en complexe avec la prot ine S, galement une prot ine contenant du Gla, forme le complexe de la prot ine C activ e (APC) qui clive les prot ines accessoires FVa et FVIIIa, qui sont n cessaires l'activit maximale de FXa (Fig. 35.18). La prot ine S aide ancrer l'APC au caillot. La thrombomoduline module alors l'activit de la thrombine, la convertissant d'une prot ine de coagulation en une prot ine d'anticoagulation, limitant ainsi l' tendue de la coagulation. Le facteur V de Leiden est une forme mutante de FV (la glutamine est substitu e l'arginine la position 506) qui r siste l'APC. C'est la cause h r ditaire la plus fr quente de thrombophilie aux tats-Unis, avec une fr quence la plus lev e dans la population caucasienne. Les h t rozygotes ont un risque 7 fois plus lev de thrombose veineuse, et les homozygotes ont jusqu' 50 fois plus lev . [Remarque : les femmes atteintes de FV Leiden courent un risque encore plus lev de thrombose pendant la grossesse ou lors de la prise d' strog nes.] La thrombophilie (hypercoagulabilit ) peut r sulter de d ficiences en prot ines C, S et ATIII ; de la pr sence d'anticorps antiphospholipides FV Leiden ; et de la production excessive de FII (mutation G20210A). [Remarque : Un thrombus qui se forme dans les veines profondes de la jambe (thrombose veineuse profonde, ou TVP) peut provoquer une embolie pulmonaire (EP) si le caillot (ou un morceau de celui-ci) se rompt, se d place vers les poumons et bloque la circulation.] B. Fibrinolyse Les caillots sont des plaques temporaires qui doivent tre retir es une fois que la r paration de la plaie a commenc . Le caillot de fibrine est cliv par la prot ine plasmine en produits de d gradation de la fibrine (Fig. 35.19). [Remarque : La mesure des D-dim res, un produit de d gradation de la fibrine contenant deux domaines D r ticul s lib r s par l'action de la plasmine, peut tre utilis e pour valuer l' tendue de la coagulation (voir Fig. 35.12).] La plasmine est une prot ase s rine qui est g n r e partir du plasminog ne par des activateurs du plasminog ne. Le plasminog ne, s cr t par le foie dans la circulation, se lie FIa et est incorpor dans les caillots au fur et mesure de leur formation. L'activateur tissulaire du plasminog ne (TPA, t-PA), fabriqu par les cellules endoth liales vasculaires et s cr t sous une forme inactive en r ponse FIIa, devient actif lorsqu'il est li au plasminog ne FIa-. La plasmine li e et le TPAa sont prot g s contre leurs inhibiteurs, respectivement l'antiplasmine 2 et les inhibiteurs de l'activateur du plasminog ne. Une fois que le caillot de fibrine est dissous, la plasmine et le TPAa deviennent disponibles pour leurs inhibiteurs. La fibrinolyse th rapeutique chez les patients atteints d'un infarctus du myocarde ou d'un accident vasculaire c r bral isch mique peut tre obtenue par un traitement par TPA disponible dans le commerce et fabriqu par des techniques d'ADN recombinant. L'ablation m canique du caillot (thrombectomie) est galement possible. [Remarque : L'urokinase est un activateur du plasminog ne (u-PA) fabriqu dans une vari t de tissus et isol l'origine de l'urine. La streptokinase (issue de bact ries) active la fois le plasminog ne libre et le plasminog ne li la fibrine.] Le plasminog ne contient des motifs structurels connus sous le nom de domaines de kringle qui interviennent dans les interactions prot ine-prot ine. Parce que la lipoprot ine (a) [Lp(a)] contient galement des domaines kringle, elle entre en comp tition avec le plasminog ne pour la liaison FIa. Le potentiel d'inhibition de la fibrinolyse peut tre la base de l'association d'une Lp(a) lev e avec un risque accru de maladie cardiovasculaire (voir p. 236). IV. FORMATION DU BOUCHON PLAQUETTAIRE Les plaquettes (thrombocytes) sont de petits fragments anucl s de m gacaryocytes qui adh rent au collag ne expos de l'endoth lium endommag , s'activent et s'agr gent pour former un bouchon plaquettaire (Fig. 35.20 ; voir aussi Fig. 35.1). La formation du bouchon plaquettaire est appel e h mostase primaire car c'est la premi re r ponse au saignement. Che |
Biochimie_Lippincott | z un adulte normal, il y a 150 000 450 000 plaquettes par l de sang. Ils ont une dur e de vie allant jusqu' 10 jours, apr s quoi ils sont absorb s par le foie et la rate et d truits. Des tests de laboratoire clinique pour mesurer le nombre et l'activit plaquettaires sont disponibles. A. Adh sionL'adh sion des plaquettes au collag ne expos au site de la l sion vasculaire est m di e par la prot ine von Facteur de Willebrand (VWF). Le VWF se lie au collag ne et les plaquettes se lient au VWF via la glycoprot ine Ib (GPIb), un composant d'un complexe de r cepteurs membranaires (GPIb-V-IX) la surface des plaquettes (Fig. 35.21). La liaison au VWF arr te le mouvement vers l'avant des plaquettes. [Remarque : Une d ficience du r cepteur du VWF entra ne le syndrome de Bernard-Soulier, un trouble de la diminution de l'adh sion plaquettaire.] Le VWF est une glycoprot ine qui est lib r e par les plaquettes. Il est galement fabriqu et s cr t par les cellules endoth liales. En plus d'interm dier la liaison des plaquettes au collag ne, le VWF se lie galement au FVIII dans le sang et le stabilise. Le d ficit en FVW entra ne la maladie de von Willebrand (VWD), la coagulopathie h r ditaire la plus courante. La maladie de von Willebrand r sulte d'une diminution de la liaison des plaquettes au collag ne et d'une carence en FVIII (due une d gradation accrue). Les plaquettes peuvent galement se lier directement au collag ne via le r cepteur membranaire glycoprot ine VI (GPVI). Une fois adh r es, les plaquettes s'activent. [Remarque : Les l sions de l'endoth lium exposent galement le FIII, initiant la voie extrins que de la coagulation sanguine et l'activation du FX (voir Fig. 35.8).] B. Activation Une fois adh r es aux zones de blessure, les plaquettes s'activent. L'activation plaquettaire implique des changements morphologiques (forme) et la d granulation, le processus par lequel les plaquettes s cr tent le contenu de leur et granules de stockage (ou denses). Les plaquettes activ es exposent galement le PS leur surface. L'ext riorisation de la PS est m di e par une enzyme activ e par le Ca2+ connue sous le nom de scramblase qui perturbe l'asym trie membranaire cr e par les flippases (voir p. 205). La thrombine est l'activateur plaquettaire le plus puissant. FIIa se lie et active les r cepteurs activ s par la prot ase, un type de r cepteur coupl aux prot ines G (RCPG), la surface des plaquettes (Fig. 35.22). FIIa est principalement associ aux prot ines Gq (voir p. 205), entra nant l'activation de la phospholipase C et une augmentation du diacylglyc rol (DAG) et du trisphosphate d'inositol (IP3). [Remarque : La thrombomoduline, par sa liaison FIIa, diminue la disponibilit de FIIa pour l'activation plaquettaire (voir Fig. 35.18).] 1. D granulation : le DAG active la prot ine kinase C, un v nement cl de la d granulation. L'IP3 provoque la lib ration de Ca2+ ( partir de granul s denses). Le Ca2+ active la phospholipase A2, qui clive les phospholipides membranaires pour lib rer l'acide arachidonique, le substrat de la synth se du thromboxane A2 (TXA2) dans les plaquettes activ es par la cyclooxyg nase-1 (COX-1) (voir p. 214). TXA2 provoque une vasoconstriction, augmente la d granulation et se lie aux plaquettes GPCR, provoquant l'activation de plaquettes suppl mentaires. Rappelons que l'aspirine inhibe de mani re irr versible la synth se de la COX et, par cons quent, de la TXA2 et qu'elle est consid r e comme un m dicament antiplaquettaire. La d granulation entra ne galement la lib ration de s rotonine et d'ad nosine diphosphate (ADP) partir de granules denses. La s rotonine provoque une vasoconstriction. L'ADP se lie au RCPG la surface des plaquettes, activant des plaquettes suppl mentaires. [Remarque : Certains m dicaments antiplaquettaires, tels que le clopidogrel, sont des antagonistes des r cepteurs ADP.] Le facteur de croissance d riv des plaquettes (impliqu dans la cicatrisation des plaies), VWF, FV, FXIII et FI sont parmi les autres prot ines lib r es par granules. [Remarque : Le facteur d'activation plaquettaire (PAF), un phospholipide ther (voir p. 202) synth tis par une vari t de types de cellules, y compris les cellules endoth liales et les plaquettes, se lie aux r cepteurs PAF (RCPG) la surface des plaquettes et les active.] 2. Changement morphologique : Le changement de forme des plaquettes activ es de disco dale sph rique avec des processus pseudopodes qui facilitent les interactions plaquettes-plaquettes et plaquettes-surface (Fig. 35.23) est initi par la lib ration de Ca2+ partir de granules denses. Le Ca2+ li la calmoduline (voir p. 133) m die l'activation de la cha ne l g re kinase de la myosine qui phosphoryle la cha ne l g re de la myosine, entra nant une r organisation majeure du cytosquelette plaquettaire. C. Agr gation L'activation provoque des changements spectaculaires dans les plaquettes qui conduisent leur agr gation. Les changements structure |
Biochimie_Lippincott | ls d'un r cepteur de surface (GPIIb/IIIa) exposent les sites de liaison du fibrinog ne. Les mol cules d'IF li es lient les plaquettes activ es les unes aux autres (Fig. 35.24), un seul IF tant capable de lier deux plaquettes. FI est converti en FIa par FIIa, puis r ticul de mani re covalente par FXIIIa provenant la fois du sang et des plaquettes. [Remarque : L'exposition du PS la surface des plaquettes activ es permet la formation du complexe Xase (VIIIa, IXa, X et Ca2+) avec formation ult rieure de FXa et g n ration de FIIa.] La formation de fibrine (h mostase secondaire) renforce le bouchon plaquettaire. [Remarque : De rares d fauts dans le r cepteur plaquettaire de l'IF entra nent une thrombasth nie de Glanzmann (diminution de la fonction plaquettaire), alors que les auto-anticorps dirig s contre ce r cepteur sont une cause de thrombocytop nie immunitaire (diminution du nombre de plaquettes).] L'activation inutile des plaquettes est vit e car 1) une paroi vasculaire intacte est s par e du sang par une monocouche de cellules endoth liales, emp chant le contact des plaquettes avec le collag ne ; 2) les cellules endoth liales synth tisent la prostaglandine I2 (PGI2, ou prostacycline) et l'oxyde nitrique, chacun d'entre eux provoquant une vasodilatation ; et 3) les cellules endoth liales ont une ADPase de surface cellulaire qui convertit l'ADP en ad nosine monophosphate. V. R SUM DU CHAPITRE La coagulation sanguine est con ue pour arr ter rapidement le saignement d'un vaisseau sanguin endommag afin de maintenir un volume sanguin constant (h mostase). La coagulation s'effectue par la formation d'un caillot (thrombus) constitu d'un bouchon de plaquettes et d'un r seau de fibrine, une prot ine (Fig. 35.25). La formation du r seau de fibrine par la cascade de coagulation implique les voies extrins ques et intrins ques (et leurs facteurs prot iques associ s [F]) qui convergent au niveau de FXa pour former la voie commune. De nombreux facteurs prot iques sont des prot ases s rine avec une sp cificit semblable celle de la trypsine. Le calcium se lie aux r sidus de -carboxyglutamate (Gla) charg s n gativement pr sents dans certaines prot ases de coagulation (FII, FVII, FIX et FX), facilitant la liaison de ces prot ines la phosphatidyls rine expos e charg e n gativement au site de la l sion et la surface des plaquettes. La -Glutamyl carboxylase et sa coenzyme, la forme hydroquinone de la vitamine K, sont n cessaires la formation de r sidus Gla. Dans la r action, la vitamine K s'oxyde sous forme poxyde non fonctionnelle. La warfarine, un analogue synth tique de la vitamine K utilis cliniquement pour r duire la coagulation, inhibe l'enzyme vitamine K poxyde r ductase qui r g n re la forme r duite fonctionnelle. La voie extrins que est initi e par l'exposition FIII (facteur tissulaire [TF]), une prot ine accessoire, dans le sous-endoth lium vasculaire. Le TF expos se lie une prot ine circulante contenant Gla, FVII, en l'activant par un changement de conformation. Le complexe TF-FVIIa se lie ensuite et active les FX par prot olyse. La FXa de la voie extrins que permet la production de thrombine par la voie commune. La thrombine active alors les composants de la voie intrins que. La voie extrins que est rapidement inhib e par l'inhibiteur de la voie du facteur tissulaire. La voie intrins que est initi e par FXIIa. FXIIa active FXI et FXIa active FIX. FIXa se combine avec le FVIIIa (une prot ine accessoire), et le complexe active les FX. Le d ficit en FVIII entra ne l'h mophilie A, tandis que le d ficit en FIX entra ne l'h mophilie B, moins fr quente. FXa s'associe la FVa (une prot ine accessoire), formant une prothrombinase qui relie la prothrombine (FII) la thrombine (FIIa). La thrombine clive ensuite le fibrinog ne en fibrine (FIa). Les monom res de fibrine s'associent, formant un caillot de fibrine soluble (mou). Les mol cules de fibrine sont r ticul es par FXIIIa, une transglutaminase, formant un caillot de fibrine insoluble (dur). Les prot ines synth tis es par le foie et par les vaisseaux sanguins eux-m mes quilibrent la coagulation par l'anticoagulation. L'antithrombine III, un inhibiteur de la prot ase s rine, ou serpine, se lie la thrombine du sang et l' limine. Son affinit pour la thrombine est augment e par l'h parine, qui est utilis e des fins th rapeutiques pour limiter la formation de caillots. La prot ine C, une prot ine contenant du Gla, est activ e par le complexe thrombine-thrombomoduline. La thrombomoduline diminue l'affinit de la thrombine pour le fibrinog ne, la convertissant d'une prot ine de coagulation en une prot ine d'anticoagulation. La prot ine C en complexe avec la prot ine S (une prot ine contenant du Gla) forme le complexe de prot ine C activ e (APC) qui clive les prot ines accessoires FVa et FVIIIa. Le FV Leiden est r sistant aux APC. C'est la maladie thrombophile h r ditaire la plus courante aux tats-Unis. Le caillot de fibrine est cliv (f |
Biochimie_Lippincott | ibrinolyse) par la prot ine plasmine, une prot ase s rine g n r e partir du plasminog ne par des activateurs du plasminog ne tels que l'activateur tissulaire du plasminog ne (TPA, t-PA). Le TPA recombinant est utilis en clinique. Une blessure un tissu endommage les vaisseaux sanguins et expose le collag ne. Les plaquettes (thrombocytes) adh rent au collag ne expos , s'activent et s'agr gent pour former un bouchon plaquettaire. L'adh sion est m di e par le facteur de von Willebrand (VWF). Le VWF se lie au collag ne et les plaquettes se lient au VWF via la glycoprot ine Ib (GPIb) au sein d'un complexe r cepteur la surface des plaquettes. Le d ficit en FVW entra ne la maladie de von Willebrand, la coagulopathie h r ditaire la plus courante. Une fois adh r es, les plaquettes s'activent. L'activation plaquettaire implique des changements de forme (disco dale sph rique avec des pseudopodes) et la d granulation, le processus par lequel Les plaquettes lib rent le contenu de leurs granules de stockage. La thrombine est l'activateur le plus puissant des plaquettes. La thrombine se lie aux r cepteurs coupl s aux prot ines G activ s par la prot ase la surface des plaquettes. Les plaquettes activ es lib rent des substances qui provoquent une vasoconstriction (s rotonine et thromboxane A2 [TXA2]), recrutent et activent d'autres plaquettes (ad nosine diphosphate et TXA2) et favorisent la formation d'un caillot de fibrine (FV, FXIII et fibrinog ne). L'activation provoque des changements dans les plaquettes qui conduisent leur agr gation. Les changements structurels d'un r cepteur de surface (GPIIb/IIIa) exposent les sites de liaison du fibrinog ne. Les mol cules de fibrinog ne lient les plaquettes activ es les unes aux autres. Le fibrinog ne est activ en fibrine par la thrombine, puis r ticul par le FXIIIa provenant la fois du sang et des plaquettes. Le bouchon l che initial des plaquettes (h mostase primaire) est renforc par le r seau de fibrine (h mostase secondaire). Les troubles des plaquettes et des prot ines de coagulation peuvent entra ner des d viations de la capacit de coagulation. Le temps de prothrombine (TP) et le temps de thromboplastine partielle activ e (TCA) sont des tests de laboratoire clinique utilis s pour valuer la cascade de coagulation. Choisissez UNE meilleure r ponse. Pour les questions 31.1 31.5, associez les facteurs prot iques (F) de coagulation les plus appropri s la description. 5.1. Ce facteur active les composantes des voies intrins ques, extrins ques et communes.5.2. Ce facteur convertit le caillot soluble en un caillot insoluble.5.3. Ce facteur est l'origine de la voie commune.5.4. Ce facteur est une prot ine accessoire qui potentialise l'activit du facteur Xa.5.5. Ce facteur est une prot ase s rine de la voie extrins que contenant du -carboxyglutamate. R ponses correctes = B, J, H, D, E. La thrombine (FII) se forme dans la voie commune et active les composants dans chacune des trois voies de la cascade de coagulation. FXIII, une transglutaminase, r ticulent de mani re covalente les monom res de fibrine associ s, convertissant ainsi un caillot soluble en un caillot insoluble. La g n ration de FXa par les voies intrins ques et extrins ques initie la voie commune. La FV augmente l'activit du FXa. C'est l'une des trois prot ines accessoires (non prot ases). Les autres sont le FIII (facteur tissulaire) et le FVIII (complexes avec FIX pour activer le FX). Le FVII est une prot ase s rine contenant du -carboxyglutamate qui se complexe avec le FIII dans la voie extrins que. 5.6. Chez quel patient le temps de prothrombine ne serait-il pas affect et le temps de thromboplastine partielle activ e serait-il prolong ? Un. Un patient sous traitement l'aspirineB. Un patient atteint d'une maladie h patique en phase terminale C. Un patient atteint d'h mophilie. Un patient atteint de thrombocytop nie R ponse correcte = C. Le temps de prothrombine (TP) mesure l'activit de l'extrins que travers les voies communes, et le temps de thromboplastine partielle activ e (TCA) mesure l'activit de l'intrins que travers les voies communes. Les patients atteints d'h mophilie pr sentent une carence en FVIII ( A) ou FIX (h mophilie B), composants de la voie commune. Ils ont une voie extrins que intacte. Par cons quent, le PT n'est pas affect et le TCA est prolong . Les patients sous traitement l'aspirine et ceux atteints de thrombocytop nie pr sentent des alt rations de la fonction et du nombre de plaquettes, respectivement, et non des prot ines de la cascade de coagulation. Par cons quent, le PT et l'aPTT ne sont pas affect s. Les patients atteints d'une maladie h patique en phase terminale ont une capacit r duite synth tiser les prot ines de coagulation. Ils pr sentent une TP et un TCA prolong s. 5.7. Lequel des l ments suivants peut tre exclu chez un patient atteint de thrombophilie ? Un. Un d ficit en antithrombine IIIB. Une lacune de FIXC. Une carence en |
Biochimie_Lippincott | prot ine C D. Un exc s de prothrombine E. Expression de FV Leiden Bonne r ponse = B. Les d ficiences symptomatiques en facteurs de coagulation se manifestent par une diminution de la capacit de coagulation (coagulopathie). La thrombophilie, cependant, se caract rise par une tendance accrue la coagulation. Les choix A, C, D et E entra nent une thrombophilie. 5.8. Les lignes directrices actuelles pour le traitement des patients victimes d'un AVC isch mique aigu (un AVC caus par un caillot sanguin obstruant un vaisseau qui alimente le cerveau en sang) comprennent la recommandation d'utiliser un activateur tissulaire du plasminog ne (ATP) peu de temps apr s l'apparition des sympt mes. La base de la recommandation pour le TPA est qu'il active : A. l'antithrombine III.B. le complexe de la prot ine C activ e.C. le r cepteur du facteur de von Willebrand. D. la prot ase s rine qui d grade la fibrine. E. thrombomoduline. Bonne r ponse = D. Le TPA convertit le plasminog ne en plasmine. La plasmine (une prot ase s rine) d grade le r seau de fibrine, liminant l'obstruction de la circulation sanguine. L'antithrombine III en association avec l'h parine lie la thrombine et la transporte vers le foie, diminuant ainsi la disponibilit de la thrombine dans le sang. Le complexe prot ique C activ d grade les prot ines accessoires FV et FVIII. Le r cepteur plaquettaire du facteur de von Willebrand n'est pas affect par le TPA. La thrombomoduline se lie la thrombine et la convertit d'une prot ine de coagulation une prot ine d'anticoagulation en diminuant son activation du fibrinog ne et en augmentant son activation de la prot ine C. 5.9. L'adh sion, l'activation et l'agr gation des plaquettes fournissent le bouchon initial sur le site de la l sion du vaisseau. Laquelle des affirmations suivantes concernant la formation de ce bouchon plaquettaire est correcte ? R. Les plaquettes activ es subissent un changement de forme qui diminue leur surface. B. La formation d'un bouchon plaquettaire est emp ch e dans les vaisseaux intacts par la production de thromboxane A2 par les cellules endoth liales. C. La phase d'activation n cessite la production d'ad nosine monophosphate cyclique. La phase d'adh sion est m di e par la liaison des plaquettes au facteur de von Willebrand via la glycoprot ine Ib. E. La thrombine active les plaquettes en se liant un r cepteur coupl la prot ine G activ par la prot ase et en provoquant l'activation de la prot ine kinase A. Bonne r ponse = D. La phase d'adh sion de la formation du bouchon plaquettaire est initi e par la liaison du facteur de von Willebrand un r cepteur (glycoprot ine Ib) la surface des plaquettes. Le changement de forme de disco dale sph rique avec des pseudopodes augmente la surface des plaquettes. Le thromboxane A2 est fabriqu par les plaquettes. Il provoque l'activation plaquettaire et la vasoconstriction. L'ad nosine diphosphate est lib r e par les plaquettes activ es et active elle-m me les plaquettes. La thrombine agit principalement par l'interm diaire de r cepteurs coupl s aux prot ines Gq, provoquant l'activation de la phospholipase C. 5.11. Le syndrome n phrotique est une maladie r nale caract ris e par une perte de prot ines dans l'urine ( 3 g/jour) accompagn e d'un d me. La perte de prot ines entra ne un tat d'hypercoagulabilit . L'excr tion de laquelle des prot ines suivantes expliquerait la thrombophilie observ e dans le syndrome ? A. Antithrombine III B. FVC. FVIII D. Prothrombine Bonne r ponse = A. L'antithrombine III (ATIII) inhibe l'action de la thrombine (FIIa), une prot ine de coagulation contenant du Gla- qui active les voies extrins ques, intrins ques et communes. L'excr tion d'ATIII dans le syndrome n phrotique permet aux actions de FIIa de se poursuivre, entra nant un tat d'hypercoagulabilit . Les autres choix sont les prot ines n cessaires la coagulation. Leur excr tion dans l'urine diminuerait la coagulation. 5.12. Bloquer l'action de laquelle des prot ines suivantes constituerait un traitement rationnel de l'h mophilie B ? A. FIXB. FXIIIC. Prot ine C D. Inhibiteur de la voie du facteur tissulaire Bonne r ponse = D. L'h mophilie B est une coagulopathie caus e par une diminution de la production de thrombine par la voie commune la suite d'un d ficit en FIX de la voie intrins que. tant donn que la voie extrins que peut galement entra ner la production de thrombine, le blocage de l'inhibiteur de cette voie (inhibiteur de la voie du facteur tissulaire) devrait, en principe, augmenter la production de thrombine. 5.13. Les parents d'un nouveau-n refusent que l'on lui administre l'injection de vitamine K recommand e peu apr s la naissance pour pr venir les saignements dus une carence en vitamine K, qui sont caus s par les faibles niveaux de vitamine chez les nouveau-n s. L'activit de lequel des facteurs prot iques suivants impliqu s dans la coagulation serait diminu avec une carence en vitamine K ? A. FV B. FVII C |
Biochimie_Lippincott | . FXI D. FXII E. FXIII Bonne r ponse = B. FVII est une prot ine de coagulation contenant du -carboxyglutamate (Gla). La cr ation de r sidus de Gla par la -glutamyl carboxylase n cessite de la vitamine K en tant que coenzyme. FII, FIX et FX, ainsi que les prot ines C et S qui limitent la coagulation, contiennent galement des r sidus Gla. Les autres choix ne contiennent pas de r sidus de Gla. 5.14. La thrombine, produite dans la voie commune de la coagulation, a des activit s procoagulantes et anticoagulantes. Lequel des l ments suivants est une activit anticoagulante de la thrombine ? A. Activation de FXIIIB. Liaison la thrombomodulineC. Augmentation de la production d'oxyde nitriqueD. Inhibiteur du FV et du FVIIIE. Inhibition de l'activation plaquettaireF. Inhibiteur de la voie du facteur tissulaire Bonne r ponse = B. La thrombine li e la thrombomoduline active la prot ine C qui d grade les prot ines accessoires FV et FVIII, inhibant ainsi la coagulation. L'activation de FXIII par la thrombine renforce le caillot de fibrine. L'oxyde nitrique, un vasodilatateur fabriqu par les cellules endoth liales, diminue la formation de caillots. Il n'est pas affect par la thrombine. La thrombine est un puissant activateur des plaquettes. L'inhibition de la voie du facteur tissulaire augmenterait la coagulation. 5.15. Un tudiant examine l'utilisation du temps de prothrombine (TP) et du temps de thromboplastine partielle activ e (TCA) pour valuer une d ficience soup onn e d'une prot ine de coagulation. Lequel des r sultats suivants serait correct pour une carence en FXIII ? Un. Le temps de prothrombine et le temps de thromboplastine partielle activ e sont diminu s. B. Le temps de prothrombine et le temps de thromboplastine partielle activ e sont augment s. C. Le temps de prothrombine et le temps de thromboplastine partielle activ e sont inchang s. D. Seul le temps de prothrombine est affect . E. Seul le temps de thromboplastine partielle activ e est affect . R ponse correcte = C. FXIII est une transglutaminase qui r ticule, les mol cules de fibrine dans un caillot mou pour former un caillot dur. Sa d ficience n'affecte pas les tests PT ou aPTT. [Remarque : Il est valu par un test de solubilit du caillot.] 5.16. Pourquoi les personnes atteintes du syndrome de Scott, une maladie rare caus e par des mutations de la scramblase dans les plaquettes, ont-elles tendance saigner ? Le scramblase d place la phosphatidyls rine (PS) du feuillet cytosolique vers le feuillet extracellulaire dans la membrane plasmique des plaquettes. Cela perturbe la localisation asym trique des phospholipides membranaires cr s par les flippases d pendantes de l'ATP (d placent le PS du feuillet extracellulaire au feuillet cytosolique) et les floppases (d placent la phosphatidylcholine [PC] dans la direction oppos e). Pr sence de PS sur la face externe des membranes plaquettaires Fournit un site o les facteurs de coagulation des prot ines interagissent et activent la thrombine. Si le scramblase est inactif, le PS n'est pas disponible pour ces facteurs, et des saignements en r sultent. 5.10. Plusieurs jours apr s avoir fait traiter leur maison pour une infestation de rats, les parents d'une fillette de 3 ans ont commenc craindre qu'elle n'ing re des granul s contenant du poison. Apr s avoir appel la ligne d'assistance antipoison, ils l'emm nent au service des urgences. Des analyses sanguines r v lent une prothrombine prolong e et un temps de thromboplastine partielle activ e ainsi qu'une diminution de la concentration de FII, FVII, FIX et FX. Pourquoi l'administration de vitamine K pourrait-elle tre une approche rationnelle pour le traitement de ce patient ? De nombreux poisons pour rongeurs sont des super warfarines, des drogues qui ont une longue demi-vie dans le corps. La warfarine inhibe la -carboxylation (production de r sidus de -carboxyglutamate, ou Gla), et les prot ines de coagulation signal es comme diminu es sont les prot ases contenant du Glas de la cascade de coagulation. [Remarque : Les prot ines C et S de l'anticoagulation sont galement des prot ines contenant du Gla.] Parce que la warfarine fonctionne comme un antagoniste de la vitamine K, l'administration de vitamine K est une approche rationnelle du traitement. I. I. Cas int gratifs Les voies m taboliques, initialement pr sent es de mani re isol e, sont en fait reli es pour former un r seau interconnect . Les quatre tudes de cas int gratives suivantes illustrent comment une perturbation dans un processus peut entra ner des perturbations dans d'autres processus du r seau. Cas 1 : Douleur thoracique Pr sentation du patient : BJ, un homme de 35 ans souffrant d'une douleur thoracique sous-sternale s v re d'une dur e de ~2 heures, est amen en ambulance son h pital local 5 heures du matin. La douleur s'accompagne d'une dyspn e (essoufflement), d'une diaphor se (transpiration) et de naus es. Histoire cibl e : BJ rapporte des pisodes de douleurs |
Biochimie_Lippincott | thoraciques l'effort au cours des derniers mois, mais ils taient moins graves et de courte dur e. Il fume (2 3 paquets par jour), ne boit que rarement de l'alcool, suit un r gime typique et se prom ne avec sa femme la plupart des week-ends. Sa tension art rielle est normale. Les ant c dents familiaux r v lent que son p re et sa tante paternelle sont morts d'une maladie cardiaque l' ge de 45 et 39 ans, respectivement. Sa m re et son fr re cadet (31 ans) seraient en bonne sant . Examen physique (constatations pertinentes) : BJ est p le et moite et est en d tresse en raison de douleurs thoraciques. La pression art rielle et la fr quence respiratoire sont lev es. Des d p ts lipidiques sont not s la p riph rie de ses corn es (arc corn en ; voir image de gauche) et sous la peau sur et autour de ses paupi res (xanth lasmas ; voir image de droite). Aucun d p t sur ses tendons (xanthomes) n'est d tect . R sultats de tests pertinents : L' lectrocardiogramme de BJ est compatible avec un infarctus du myocarde (IM). L'angiographie r v le des zones de st nose s v re (r tr cissement) de plusieurs art res coronaires. Les premiers r sultats du laboratoire clinique sont les suivants : H = lev ; L = Faible. [Remarque : BJ n'avait pas mang pendant ~8 heures avant la prise de sang.] Diagnostic : L'IM, la n crose irr versible (mort) du muscle cardiaque secondaire une isch mie (diminution de l'apport sanguin), est caus e par l'occlusion (blocage) d'un vaisseau sanguin, le plus souvent par un caillot sanguin (thrombus). Par la suite, on d termine que BJ souffre d'hypercholest rol mie familiale h t rozygote (HF), galement connue sous le nom d'hyperlipid mie de type IIa. Traitement imm diat : On administre BJ de l'O2, un vasodilatateur, des analg siques et des m dicaments pour dissoudre les caillots sanguins (thrombolytiques) et r duire la coagulation (antithrombotiques). Traitement long terme : M dicaments hypolipid miants (par exemple, statines tr s puissantes, ch lateurs des acides biliaires [AB] et niacine) ; aspirine quotidienne ; -bloqueurs ; et des conseils sur la nutrition, l'exercice et le sevrage tabagique feraient partie du plan de traitement long terme. Pronostic : Les patients atteints d'HF h t rozygote ont ~50 % du nombre normal de r cepteurs LDL fonctionnels et une hypercholest rol mie (deux trois fois normale) qui les expose un risque lev (>50 % de risque) de maladie coronarienne pr matur e (CHD). Cependant, <5 % des patients atteints d'hypercholest rol mie pr sentent une HF. Les recommandations di t tiques pour les personnes atteintes d'HF h t rozygote comprennent la limitation des graisses satur es <7 % des calories totales et du cholest rol <200 mg/jour, la substitution des graisses insatur es par des graisses satur es et l'ajout de fibres solubles (10 20 g / jour) et de st rols v g taux (2 g / jour) pour leurs effets hypocholest rol miques. Les fibres augmentent l'excr tion de BA. Il en r sulte une augmentation de l'absorption h patique des LDL riches en cholest rol pour fournir le substrat n cessaire la synth se des BA. Les st rols v g taux diminuent l'absorption du cholest rol dans l'intestin. La FH est caus e par des centaines de mutations diff rentes dans le g ne du r cepteur LDL (sur le chromosome 19) qui affectent la quantit et/ou la fonction du r cepteur. L'HF est une maladie autosomique dominante dans laquelle les homozygotes sont plus gravement touch s que les h t rozygotes. L'HF h t rozygote a une incidence de ~1:500 dans la population g n rale. Il est associ un risque accru de maladies cardiovasculaires. Le d pistage g n tique des parents au premier degr de BJ permettrait d'identifier les personnes touch es pour le traitement. Questions de r vision : Choisissez la meilleure r ponse. QR1. Les triacylglyc rols sont des lipides base de glyc rol. Lequel des l ments suivants est galement un lipide base de glyc rol ? A. Ganglioside GM2 B. Phosphatidylcholine C. Prostaglandine PGI2 D. Sphingomy line E. Vitamine D RQ2. Les statines sont b n fiques pour les patients atteints d'hypercholest rol mie car elles : A. diminuer une tape limitative et r gul e de la biosynth se de novo du cholest rol en inhibant l'hydroxym thylglutaryl coenzyme A (HMG CoA) r ductase. B. diminuer l'expression du g ne pour le r cepteur LDL en emp chant le mouvement de la prot ine de liaison l' l ment r gulateur des st rols-2 (SREBP 2) en complexe avec la prot ine d'activation du clivage de la SREBP (SCAP) de la membrane du r ticulum endoplasmique la membrane du Golgi. C. augmenter l'oxydation du cholest rol en CO2 + H2O. D. interf rent avec l'absorption des sels biliaires dans la circulation ent roh patique, amenant ainsi le foie absorber le cholest rol du sang pour l'utiliser dans la synth se de l'AB. E. r duire le cholest rol en augmentant la synth se des hormones st ro des et de la vitamine D. QR3. Les statines sont des inhibiteurs comp titifs de l'HMG CoA |
Biochimie_Lippincott | r ductase. Laquelle des affirmations suivantes sur les inhibiteurs de comp tition est correcte ? A. Les inhibiteurs comp titifs sont des exemples d'inhibiteurs irr versibles.B. Les inhibiteurs comp titifs augmentent la fois la constante de Michaelis apparente (Km) et la constante apparente maximale vitesse (Vmax).C. Les inhibiteurs de comp tition augmentent le Km apparent et n'ont aucun effet sur le Vmax. D. Les inhibiteurs de comp tition diminuent la fois le Km apparent et la Vmax apparente. E. Les inhibiteurs comp titifs n'ont aucun effet sur le Km et diminuent la Vmax apparente. QR4. Dans un infarctus du myocarde, un caillot sanguin se forme la suite d'une l sion d'un vaisseau sanguin qui entra ne la production d'un bouchon plaquettaire et d'un r seau de fibrine. Le caillot obstrue le vaisseau sanguin, emp chant la circulation sanguine et, par cons quent, la lib ration d'O2. La destruction du caillot (thrombolyse) r tablit la circulation sanguine. Lequel des nonc s suivants est un exemple d'agent thrombolytique ? A. Complexe de prot ine C activ B. Antithrombine IIIC. AspirinD. Facteur XIII E. H parine F. Activateur tissulaire du plasminog ne G. Vitamine K H. Warfarine QR5. La diminution de la perfusion tissulaire entra ne une hypoxie (diminution de la disponibilit de l'O2). Par rapport la normoxie, en hypoxie : La cha ne de transport d' lectrons sera r gul e la hausse pour fournir des protons pour la synth se de l'ATP. B. le rapport entre la forme oxyd e du nicotinamide ad nine dinucl otide (NAD+) et la forme r duite (NADH) augmentera. Le complexe C. pyruvate d shydrog nase sera actif.D. Le processus de phosphorylation au niveau du substrat sera augment dans le cytosol. Le cycle de l'acide tricarboxylique sera r gul la hausse pour fournir les quivalents r ducteurs n cessaires la phosphorylation oxydative. QR6. Le d pistage g n tique des parents au premier degr de BJ serait r alis par analyse des mutations par amplification bas e sur la r action en cha ne par polym rase, suivie d'un s quen age automatis de la r gion promotrice et des 18 exons du g ne du r cepteur LDL. Ce processus impliquerait : A. la g n ration et l'utilisation d'ADN compl mentaire (ADNc). B. initiation de la synth se de l'ADN avec des did soxynucl otides. C. Isolement de l'ADN g nomique partir de cellules germinales. D. l'utilisation de nucl otides marqu s par fluorescence. QT1. Par rapport un individu avec des r cepteurs LDL familiaux d fectueux, quel serait le ph notype attendu chez un individu avec une apolipoprot ine B-100 d fectueuse familiale ? Avec l'apolipoprot ine E-2, l'isoforme qui ne se lie que mal son r cepteur ? QT2. Pourquoi l'aspirine a-t-elle t prescrite ? Astuce : Quelle voie du m tabolisme des lipides est affect e par l'aspirine ? TQ3. Le muscle cardiaque utilise normalement le m tabolisme a robie pour r pondre ses besoins nerg tiques. Cependant, en cas d'hypoxie, la glycolyse ana robie est augment e. Quel activateur allost rique de la glycolyse est responsable de cet effet ? Avec l'hypoxie, quel sera le produit final de la glycolyse ? QT4. L'une des raisons d'encourager l'arr t du tabac et l'exercice pour le BJ est que ces changements augmentent le niveau de HDL, et qu'un HDL lev r duit le risque de coronaropathie. Comment une augmentation du HDL r duit-elle le risque de coronaropathie ? Cas 2 : Hypoglyc mie jeun s v re Pr sentation du patient : JS est un gar on de 4 mois dont la m re s'inqui te des mouvements de contraction qu'il fait juste avant les t t es. Elle dit au p diatre que les mouvements ont commenc il y a ~1 semaine, sont plus apparents le matin et disparaissent peu de temps apr s avoir mang . Histoire cibl e : Le JS est le produit d'une grossesse et d'un accouchement normaux. Il semblait normal la naissance. Sur ses courbes de croissance, il se situe au 30e percentile pour le poids et la taille depuis sa naissance. Ses vaccinations sont jour. JS a mang pour la derni re fois il y a quelques heures. Examen physique (constatations pertinentes) : JS semble somnolent et se sent moite au toucher. Son rythme respiratoire est lev . Sa temp rature est normale. Le JS a un abdomen protub rant et ferme qui semble ne pas tre sensible. Son foie est palpable 4 cm au-dessous du bord costal droit et est lisse. Ses reins sont hypertrophi s et sym triques. R sultats de test pertinents : H = lev ; L = Faible. JS est envoy l'h pital r gional pour enfants pour une valuation plus approfondie. Les tudes chographiques confirment l'h patom galie et la r nom galie et ne montrent aucun signe de tumeurs. Une biopsie du foie est effectu e. Les h patocytes sont distendus. La coloration r v le de grandes quantit s de lipides (principalement du triacylglyc rol) et de glucides. La quantit de glycog ne h patique est lev e et de structure normale. Le dosage enzymatique utilisant un homog nate de foie trait avec un d tergent r v le <10 % de l'activit norma |
Biochimie_Lippincott | le de la glucose 6-phosphatase, une enzyme de la membrane r ticulaire endoplasmique (RE) dans le foie et les reins. Diagnostic : JS est atteint d'un d ficit en glucose 6-phosphatase (glycog nose de type Ia, maladie de von Gierke). Traitement (imm diat) : JS a re u du glucose par voie intraveineuse, et sa glyc mie est remont e dans la fourchette normale. Cependant, au fur et mesure que la journ e avan ait, il est tomb bien en dessous de la normale. L'administration de glucagon n'a eu aucun effet sur la glyc mie mais a augment le lactate dans le sang. La glyc mie de JS a pu tre maintenue par une perfusion constante de glucose. Pronostic : Les personnes atteintes d'un d ficit en glucose 6-phosphatase d veloppent des ad nomes h patiques partir de la deuxi me d cennie de leur vie et courent un risque accru de carcinome h patique. La fonction glom rulaire r nale est alt r e et peut entra ner une insuffisance r nale. Les patients courent un risque accru de d velopper la goutte, mais cela se produit rarement avant la pubert . P pite de nutrition : La th rapie nutritionnelle m dicale long terme pour JS est con ue pour maintenir sa glyc mie dans la plage normale. Il est conseill de t t es diurnes fr quentes (toutes les 2 3 heures) riches en glucides (fournies par de l'amidon de ma s non cuit qui est lentement hydrolys ) et une perfusion nasogastrique nocturne (assist e par pompe) de glucose. Il est recommand d' viter le fructose et le galactose car ils sont m tabolis s en interm diaires glycolytiques et en lactate, ce qui peut exacerber les probl mes m taboliques. Des suppl ments de calcium et de vitamine D sont prescrits. La GSD Ia est une maladie autosomique r cessive caus e par >100 mutations connues du g ne de la glucose 6-phosphatase situ sur le chromosome 17. Il a une incidence de 1:100 000 et repr sente ~25% de tous les cas de GSD aux tats-Unis. C'est l'une des rares causes g n tiques de l'hypoglyc mie chez les nouveau-n s. La GSD Ia n'est pas syst matiquement d pist e chez les nouveau-n s. [Remarque : La d ficience du translocase qui d place le glucose 6phosphate dans le RE est la cause de la GSD Ib. Une hypoglyc mie et une neutrop nie sont observ es.] Questions de r vision : Choisissez la meilleure r ponse. QR1. Le JS est hypoglyc miant parce que : Le glucose libre (non phosphoryl ) ne peut pas tre produit partir de la glycog nolyse ou de la glucon ogen se en raison du d ficit en glucose 6-phosphatase. La phosphorylase de B. glycog ne est d phosphoryl e et inactive, et le glycog ne ne peut pas tre d grad . C. la lipase sensible aux hormones est d phosphoryl e et inactive, et les substrats d'acides gras pour la glucon ogen se ne peuvent pas tre g n r s. D. la diminution du rapport insuline/glucagon r gule la hausse les transporteurs de glucose dans le foie et les reins, ce qui entra ne une augmentation de l'absorption de la glyc mie. QR2. JS s'est vu prescrire des suppl ments de calcium parce que l'acidose chronique peut provoquer une d min ralisation osseuse, entra nant une ost op nie. La vitamine D (1,25-diOH-D3) a galement t prescrite parce que la vitamine D : A. se lie aux r cepteurs membranaires coupl s aux prot ines Gq et provoque une augmentation du trisphosphate d'inositol avec lib ration de calcium partir des r serves intracellulaires. B. ne peut pas tre synth tis par l'homme et, par cons quent, doit tre fourni dans l'alimentation. C. est une vitamine liposoluble qui augmente l'absorption intestinale du calcium. D. est le groupe coenzyme-proth tique de la calbindine, un transporteur de calcium dans l'intestin. QR3. L'h patom galie et la r nom galie observ es dans le JS sont principalement le r sultat d'une augmentation de la quantit de glycog ne stock e dans ces organes. Quelle est la base de l'accumulation de glycog ne dans ces organes ? R. La glycolyse est r gul e la baisse, ce qui pousse le glucose la glycogen se. B. L'oxydation accrue des acides gras pargne le glucose pour la glycogen se. C. Le glucose 6-phosphate est un activateur allost rique de la glycog ne synthase b. D. L'augmentation du rapport insuline/glucagon favorise la glycogen se. QR4. La glucose 6-phosphatase est une prot ine int grale de la membrane du RE. Laquelle des affirmations suivantes sur ces prot ines est correcte ? Un. S'il est glycosyl , le glucide se trouve sur la partie de la prot ine qui s' tend dans le cytosol. B. Ils sont synth tis s sur des ribosomes qui sont libres dans le cytosol.C. Le domaine membranaire est constitu d'acides amin s hydrophiles.D. Le signal de ciblage initial est une s quence de signal hydrophobe amino-terminale. QT1. Quelle est la raison probable des mouvements de contraction de JS ? QT2. Pourquoi l'homog nate de foie a-t-il t trait avec un d tergent ? Astuce : Pensez l'endroit o se trouve l'enzyme. TQ3. Pourquoi le glucagon n'affecte-t-il pas la glyc mie de JS ? Astuce : Quel est le r le du glucagon chez les personnes normales qui s |
Biochimie_Lippincott | ubissent une baisse de la glyc mie ? QT4. Pourquoi l'urate et le lactate sont-ils lev s dans un trouble du m tabolisme du glycog ne ? Astuce : C'est le r sultat d'une diminution du phosphate inorganique (Pi), mais pourquoi le Pi est-il diminu ? QT5. R.Pourquoi les triacylglyc rols et le cholest rol sont-ils lev s ? Astuce : Le glucose est la principale source de carbone pour leur synth se. B.Pourquoi les corps c toniques ne sont-ils pas lev s ? Cas 3 : Hyperglyc mie et hyperc ton mie Pr sentation du patient : MW, une femme de 40 ans, a t amen e l'h pital dans un tat d sorient et confus par son mari. Historique cibl : Comme indiqu sur son bracelet d'alerte m dicale, MW souffre de diab te de type 1 (DT1) depuis 24 ans. Son mari rapporte qu'il s'agit de sa premi re urgence m dicale en 2 ans. Examen physique (constatations pertinentes) : La MW pr sentait des signes de d shydratation (comme des muqueuses et une peau s ches, une faible turgescence cutan e et une pression art rielle basse) et d'acidose (comme une respiration profonde et rapide [respiration de Kussmaul]). Son haleine avait une l g re odeur fruit e. Sa temp rature tait normale. R sultats des tests pertinents : Les tests rapides au chevet du patient ont t fortement positifs pour le glucose et l'ac toac tate et n gatifs pour les prot ines. Les r sultats des analyses sanguines effectu es par le laboratoire clinique sont pr sent s ci-dessous : H = lev ; L = Faible.L'examen microscopique de son urine a r v l une infection des voies urinaires (IVU). Diagnostic : MW est une acidoc tose diab tique (ACD) qui a t pr cipit e par une infection urinaire. [Remarque : Le diab te augmente le risque d'infections telles que l'infection urinaire.] Traitement imm diat : MW a t r hydrat avec une solution saline normale administr e par voie intraveineuse (IV). Elle a galement re u de l'insuline IV. La glyc mie, les corps c toniques et les lectrolytes ont t mesur s p riodiquement. Un traitement antibiotique de son infection urinaire a t commenc . Traitement long terme : Le diab te augmente le risque de complications macrovasculaires (telles que la maladie coronarienne et les accidents vasculaires c r braux) et microvasculaires (telles que la r tinopathie, la n phropathie et la neuropathie). La surveillance continue de ces complications se poursuivra. Pronostic : Le diab te est la septi me cause de d c s par maladie aux tats-Unis. L'esp rance de vie des personnes atteintes de diab te est inf rieure celle des personnes non diab tiques. P pite de nutrition : La surveillance de l'apport total en glucides est primordiale dans le contr le de la glyc mie. Les glucides doivent provenir de grains entiers, de l gumes, de l gumineuses et de fruits. Les produits laitiers faibles en gras et les noix et le poisson riches en acides gras -3 sont encourag s. La consommation de graisses satur es et trans doit tre minimis e. Gemme g n tique : La destruction auto-immune des cellules de pancr atique est caract ristique du DT1. Parmi les loci g n tiques qui conf rent un risque de DT1, la r gion de l'antig ne leucocytaire humain (HLA) sur le chromosome 6 pr sente la plus forte association. La majorit des g nes de la r gion HLA sont impliqu s dans la r ponse immunitaire. Questions de r vision : Choisissez la meilleure r ponse. QR1. Laquelle des affirmations suivantes concernant le DT1 est correcte ? R. Le diagnostic peut tre pos en mesurant le taux de glucose ou d'h moglobine glyqu e (HbA1c) dans le sang. B. Pendant les p riodes de stress physiologique, l'urine d'une personne atteinte de DT1 serait probablement n gative pour r duire les sucres. C. Le DT1 est associ l'ob sit et un mode de vie s dentaire. D. Les anomalies m taboliques caract ristiques observ es dans le DT1 r sultent d'une insensibilit la fois l'insuline et au glucagon. E. Le traitement par insuline exog ne permet de normaliser la glyc mie (euglyc mie). QR2. L'acidoc tose diab tique se produit lorsque le taux de production de corps c toniques est sup rieur au taux d'utilisation. Laquelle des affirmations suivantes concernant le m tabolisme des corps c toniques est correcte ? Corps c toniques : A. sont fabriqu s dans les mitochondries partir de l'ac tyl coenzyme A (CoA) principalement produite par l'oxydation du glucose. B. sont utilis s par de nombreux tissus, en particulier le foie, apr s conversion en ac tyl CoA. C. inclure de l'ac toac tate, qui peut donner une odeur fruit e l'haleine. D. Besoin d'albumine pour le transport dans le sang. E. utilis s dans le m tabolisme nerg tique sont des acides organiques qui peuvent ajouter la charge de protons du corps. QR3. La lipolyse adipeuse suivie d'une -oxydation des produits d'acides gras (FA) est n cessaire la g n ration de corps c toniques. Laquelle des affirmations suivantes concernant la g n ration et l'utilisation de l'AF est correcte ? La -oxydation mitochondriale de l'AF est inhib e par l |
Biochimie_Lippincott | e malonyl-CoA. B. La production d'AF partir de la lipolyse adipeuse est r gul e la hausse par l'insuline. C. Le produit ac tyl-CoA de la -oxydation des acides gras favorise l'utilisation du pyruvate pour la glucon ogen se en activant le complexe pyruvate d shydrog nase. D. La -oxydation de l'AF utilise des quivalents r ducteurs g n r s par la glucon ogen se. E. Les AF produits par la lipolyse sont absorb s par le cerveau et oxyd s pour produire de l' nergie. QT1. l'admission, MW tait hypoinsulin mique et on lui a donn de l'insuline. Pourquoi l'hypoinsulin mie de MW a-t-elle entra n une hyperglyc mie ? Astuce : Quel est le r le de l'insuline dans le m tabolisme du glucose ? QT2. Pourquoi y a-t-il du glucose dans l'urine de MW (glucosurie) ? Comment la glucosurie est-elle li e son tat de d shydratation ? TQ3. Pourquoi la majorit de l'ac tylCoA issu de la -oxydation des acides gras est-elle utilis e pour la c togen se plut t que d' tre oxyd e dans le cycle de l'acide tricarboxylique ? QT4. MW avait-elle un bilan azot positif ou n gatif lorsqu'elle a t amen e l'h pital ? QT5. Quelle est la r ponse l'ACD dans MW ? Quelle r ponse se produit probablement dans le rein ? Astuce : En plus de la conversion en ur e, comment l'ammoniac toxique est-il limin du corps ? TQ6. Qu'est-ce qui serait vrai propos des niveaux de corps c toniques et de glucose pendant les p riodes de stress physiologique chez les personnes dont l'oxydation de l'AF est alt r e ? Cas 4 : Hypoglyc mie, hyperc ton mie et dysfonctionnement h patique Pr sentation du patient : AK, un homme de 59 ans souffrant de troubles de l' locution, d'ataxie (perte de coordination des muscles squelettiques) et de douleurs abdominales, a t d pos au service d'urgence (SU). Historique : L'AK est connu du personnel des urgences pour des visites pr c dentes. Il a des ant c dents de consommation chronique et excessive d'alcool depuis 6 ans. Il n'est pas connu pour prendre des drogues illicites. Lors de cette visite l'urgence, AK rapporte qu'il a beaucoup bu au cours des derniers jours environ. Il ne se souvient pas d'avoir mang quoi que ce soit pendant cette p riode. Il y a des signes de vomissements r cents, mais aucun sang n'est apparent. Examen physique (constatations pertinentes) : L'examen physique a t remarquable en raison de l'apparence maci e d'AK. (Son indice de masse corporelle a t d termin plus tard 17,5, ce qui l'a plac dans la cat gorie des sous-poids.) Ses joues faciales taient ryth mateuses (de couleur rouge) en raison de la dilatation des vaisseaux sanguins de la peau (t langiectasie). Les mouvements oculaires taient normaux. Ni l'ict re (jaunisse) ni l' d me (gonflement d la r tention d'eau) n'ont t observ s. Le foie tait l g rement largi. Les tests au chevet du patient ont r v l une hypoglyc mie et une hyperc ton mie (sous forme d'ac toac tate). Du sang a t pr lev et envoy au laboratoire clinique. R sultats de tests pertinents :DUI = conduite sous influence ; H = lev ; L = Faible. Tests suppl mentaires : La formule sanguine compl te (FSC) et le frottis sanguin ont r v l une an mie macrocytaire (voir l'image de droite). Des niveaux de folate et de B12 ont t command s. Diagnostic : La KA est diagnostiqu e avec l'alcoolisme. Traitement (imm diat) : La thiamine et le glucose ont t administr s par voie intraveineuse. Pronostic : L'alcoolisme (d pendance l'alcool) est la troisi me cause de d c s vitable dans les tats-Unis. Les personnes atteintes d'alcoolisme courent un risque accru de cirrhose du foie, de pancr atite, d'h morragie gastro-intestinale et de certains cancers. P pite de nutrition : Les personnes atteintes d'alcoolisme sont risque de carences en vitamines en raison d'une diminution de l'apport et de l'absorption. La carence en thiamine (vitamine B1) est fr quente et peut avoir des cons quences graves telles que le syndrome de Wernicke-Korsakoff avec ses effets neurologiques. Le pyrophosphate de thiamine (TPP), la forme coenzyme, est n cessaire l'oxydation m di e par la d shydrog nase des acides -c to (tels que le pyruvate) ainsi qu'au transfert de groupes c tol deux atomes de carbone par la transc tolase dans les interconversions de sucre r versibles dans la voie du phosphate de pentose. L'ac tald hyde, le produit de l'oxydation de l' thanol par l'enzyme ad nine d shydrog nase (ADH) h patique, cytosolique et nicotinamide (NAD+), est oxyd en ac tate par l'ald hyde d shydrog nase mitochondriale n cessitant le NAD+ (ALDH2). La majorit des individus d'origine est-asiatique (mais pas europ enne ou africaine) ont un polymorphisme nucl otidique unique (SNP) qui rend ALDH2 essentiellement inactif. Cela se traduit par des rougeurs faciales induites par les ald hydes et une intoxication l g re mod r e apr s la consommation de petites quantit s d' thanol. Questions de r vision : Choisissez la meilleure r ponse. QR1. De nombreuses cons quences m taboliques de la |
Biochimie_Lippincott | consommation excessive chronique d'alcool observ es dans la KA sont le r sultat d'une augmentation du rapport entre le nicotinamide ad nine dinucl otide (NADH) r duit et sa forme oxyd e (NAD+) dans le cytoplasme et les mitochondries. Laquelle des affirmations suivantes concernant les effets de l'augmentation du NADH mitochondrial est correcte ? A. L'oxydation des acides gras est augment e.B. La glucon ogen se est augment e.C. La lipolyse est inhib e.D. Le cycle de l'acide tricarboxylique est inhib . La r duction du malate en oxaloac tate dans la navette malate-aspartate est augment e. QR2. L' thanol peut galement tre oxyd par les enzymes du cytochrome P450 (CYP), et le CYP2E1 en est un exemple important. Le CYP2E1, qui est inductible par l' thanol, g n re des esp ces r actives de l'oxyg ne (ROS) dans son m tabolisme de l' thanol. Laquelle des affirmations suivantes concernant les prot ines CYP est correcte ? Les prot ines CYP sont des dioxyg nases contenant de l'h me. Les prot ines CYP de la membrane mitochondriale interne sont impliqu es dans les r actions de d toxification. C. Les prot ines CYP de la membrane r ticulaire endoplasmique lisse sont impliqu es dans la synth se des hormones st ro des, des acides biliaires et du calcitriol. D. Les ROS tels que le peroxyde d'hydrog ne g n r par le CYP2E1 peuvent tre oxyd s par la glutathion peroxydase. E. La voie du pentose phosphate est une source importante de nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate (NADPH) qui fournit les quivalents r ducteurs n cessaires l'activit des prot ines CYP et de la r g n ration fonctionnelle du glutathion. QR3. L'alcool est connu pour moduler les niveaux de s rotonine dans le syst me nerveux central, o la monoamine fonctionne comme un neurotransmetteur. Laquelle des affirmations suivantes sur la s rotonine est correcte ? La s rotonine est : A. associ l'anxi t et la d pression. B. d grad par m thylation par la monoamine oxydase, qui d grade galement les cat cholamines. C. lib r par les plaquettes activ es. D. synth tis partir de la tyrosine dans un processus en deux tapes qui utilise une hydroxylase n cessitant de la t trahydrobiopt rine et un phosphate de pyridoxal n cessitant de la carboxylase. QR4. La consommation chronique et excessive d'alcool est l'une des principales causes de pancr atite aigu , une affection inflammatoire douloureuse qui r sulte de l'autodigestion de la glande par l'activation pr matur e des enzymes pancr atiques. Laquelle des affirmations suivantes concernant le pancr as est correcte ? On s'attend ce que l'autodigestion du pancr as entra ne une diminution des prot ines pancr atiques dans le sang. B. Chez les personnes qui voluent d'une pancr atite aigu une pancr atite chronique, avec les changements structurels caract ristiques qui entra nent une diminution de la fonction pancr atique, le diab te et la st atorrh e sont des r sultats attendus. C. En r ponse la s cr tine, le pancr as exocrine s cr te des protons pour abaisser le pH dans la lumi re intestinale. D. La pancr atite peut galement tre observ e chez les personnes atteintes d'hypercholest rol mie. QT1. Un. Quel effet l'augmentation du NADH cytosolique observ e avec le m tabolisme de l' thanol a-t-elle sur la glycolyse ? Astuce : Quelle coenzyme est n cessaire la glycolyse ? B. Quel est le lien avec la st atose h patique (st atose h patique) couramment observ e chez les personnes d pendantes l'alcool ? QT2. Pourquoi pourrait-on conseiller aux personnes ayant des ant c dents d'attaques goutteuses de r duire leur consommation d' thanol ? TQ3. Pourquoi le temps de prothrombine pourrait-il tre affect chez les personnes d pendantes l'alcool ? QT4. Les carences en folate et en vitamine B12 provoquent une an mie macrocytaire qui peut tre observ e chez les personnes alcooliques. Pourquoi est-il conseill de mesurer les niveaux de vitamine B12 avant de prendre un suppl ment de folate chez une personne souffrant d'an mie macrocytaire ? Cas 1 : R ponses aux questions d'examen QR1. R ponse = B. La phosphatidylcholine est un phospholipide base de glyc rol d riv du phosphate de diacylglyc rol (acide phosphatidique) et de la diphosphatecholine de cytidine. Les gangliosides sont d riv s des c ramides, des lipides avec un squelette sphingosine. Les prostaglandines de la s rie 2 (telles que PGI2) sont d riv es de l'acide gras polyinsatur 20 atomes de carbone, l'acide arachidonique. La sphingomy line est un sphingophospholipide d riv de la c ramide. La vitamine D est d riv e d'un interm diaire dans la voie de biosynth se du cholest rol st rol. QR2. R ponse = A. Les statines inhibent l'hydroxym thylglutaryl coenzyme A (HMG CoA) r ductase, emp chant ainsi la r duction d pendante du nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate (NADPH) de HMG CoA en m valonate et diminuant la biosynth se du cholest rol (voir figure ci-dessous). La diminution de la teneur en cholest rol caus e par les statines entra ne |
Biochimie_Lippincott | le mouvement de la prot ine de liaison de l' l ment r gulateur des st rols-2 (SREBP-2) en complexe avec la prot ine d'activation du clivage de la SREBP (SCAP) de la membrane r ticulaire endoplasmique la membrane de Golgi. SREBP-2 est cliv , g n rant un facteur de transcription qui se d place vers le noyau et se lie l' l ment r gulateur des st rols en amont des g nes de l'HMG CoA r ductase et du r cepteur des lipoprot ines de basse densit (LDL), augmentant ainsi leur expression. Les humains sont incapables de d grader le noyau st ro dien en CO2 + H2O. Les ch lateurs des acides biliaires (AB), tels que la cholestyramine, emp chent l'absorption des sels biliaires par le foie, augmentant ainsi leur excr tion. Le foie absorbe ensuite le cholest rol via le r cepteur LDL et l'utilise pour fabriquer de l'AB, r duisant ainsi le taux de cholest rol sanguin. Les hormones st ro des sont synth tis es partir du cholest rol, et la vitamine D est synth tis e dans la peau partir d'un interm diaire (7d hydrocholest rol) dans la voie de biosynth se du cholest rol. Par cons quent, l'inhibition de la synth se du cholest rol devrait galement diminuer leur production. QR3. R ponse = C. Les inhibiteurs de comp tition se lient au m me site que le substrat (S) et emp chent le S de se lier. Il en r sulte une augmentation du Km apparent (constante de Michaelis, ou cette concentration S qui donne la moiti de la vitesse maximale [Vmax]). Cependant, comme l'inhibition peut tre invers e par l'ajout d'un substrat suppl mentaire, la Vmax reste inchang e (voir figure droite). Ce sont les inhibiteurs non comp titifs qui diminuent la Vmax apparente et n'ont aucun effet sur le Km. QR4. R ponse = F. L'activateur tissulaire du plasminog ne (TPA) convertit le plasminog ne en plasmine qui d grade la fibrine (fibrinolyse), d gradant ainsi le caillot (thrombolyse). L'aspirine, un inhibiteur de la cyclooxyg nase, est un m dicament antiplaquettaire. L'antithrombine III (ATIII) limine la thrombine du sang et son action est potentialis e par l'h parine. Le complexe de la prot ine C activ e (APC) clive les prot ines accessoires (F)Va et FVIIIa. L'ATIII et l'APC sont impliqu s dans l'anticoagulation. FXIII est une transglutaminase qui r ticule le r seau de fibrine. La vitamine K est une vitamine liposoluble n cessaire la -carboxylation de FII, FVII, FIX et FX. La warfarine emp che la r g n ration de la forme fonctionnelle et r duite de la vitamine K. RQ5. R ponse = D. En cas d'hypoxie, la phosphorylation au niveau du substrat dans la glycolyse fournit de l'ATP. La phosphorylation oxydative est inhib e par le manque d'O2. Parce que le taux de synth se de l'ATP par phosphorylation oxydative contr le le taux de respiration cellulaire, le transport d' lectrons est inhib . L'augmentation r sultante du rapport entre la forme r duite de nicotinamide ad nine dinucl otide (NADH) et la forme oxyd e (NAD+) inhibe le cycle de l'acide tricarboxylique et le complexe pyruvate d shydrog nase. QR6. R ponse = D. Les nucl otides marqu s par fluorescence permettent de d terminer la s quence de base de l'ADN d'int r t. L'ADN compl mentaire (ADNc) est g n r partir de l'ARN messager trait et ne contiendrait pas le promoteur. Les did soxynucl otides n'ont pas le 3'-OH n cessaire pour former la liaison 3 '5'-phosphodiester qui relie les nucl otides et, par cons quent, mettra fin la synth se de l'ADN. L'ADN g nomique obtenu partir de globules blancs isol s partir d'un chantillon de sang serait la source de l'ADN. Cas 1 : R ponses aux questions de r flexion QT1. Le ph notype serait le m me. Dans l'apolipoprot ine d fectueuse familiale (apo) B-100, les r cepteurs LDL sont normaux en nombre et en fonction, mais le ligand du r cepteur est alt r de telle sorte que la liaison au r cepteur est diminu e. Une diminution de la liaison ligand-r cepteur entra ne une augmentation des taux de LDL dans le sang avec l'hypercholest rol mie. [Remarque : Le ph notype serait le m me chez les individus pr sentant une mutation de gain de fonction de PCSK9, la prot ase qui diminue le recyclage du r cepteur LDL, augmentant ainsi sa d gradation.] Avec l'isoforme apo E-2, les restes de chylomicron riches en cholest rol et les lipoprot ines de densit interm diaire s'accumuleraient dans le sang. QT2. L'aspirine inhibe de mani re irr versible la cyclooxyg nase (COX) et, par cons quent, la synth se des prostaglandines (PG), telles que la PGI2 dans les cellules endoth liales vasculaires, et des thromboxanes (TX), telles que TXA2 dans les plaquettes activ es. TXA2 favorise la vasoconstriction et la formation d'un bouchon plaquettaire, tandis que PGI2 inhibe ces v nements. Parce que les plaquettes sont anucl es, elles ne peuvent pas surmonter cette inhibition en synth tisant plus de COX. Cependant, les cellules endoth liales ont un noyau. L'aspirine inhibe donc la formation de caillots sanguins en emp chant la production de TXA2 pendant la dur e de vie des plaquettes. TQ3. La |
Biochimie_Lippincott | diminution de l'ATP (r sultant d'une diminution de l'O2 et, par cons quent, d'une diminution de la phosphorylation oxydative) provoque une augmentation de l'ad nosine monophosphate (AMP). L'AMP active allost riquement la phosphofructokinase-1, l'enzyme cl r gul e de la glycolyse. L'augmentation de la glycolyse augmente la production d'ATP par phosphorylation au niveau du substrat. Il augmente galement le rapport entre les formes r duites et oxyd es du NAD. Dans des conditions ana robies, le pyruvate produit lors de la glycolyse est r duit en lactate par la lactate d shydrog nase lorsque le NADH est oxyd en NAD+. Le NAD+ est n cessaire la poursuite de la glycolyse. tant donn que moins de mol cules d'ATP sont produites par mol cule de substrat dans la phosphorylation au niveau du substrat par rapport la phosphorylation oxydative, il y a une augmentation compensatoire du taux de glycolyse dans des conditions ana robies. QT4. Les lipoprot ines de haute densit (HDL) jouent un r le dans le transport inverse du cholest rol. Il prend le cholest rol des tissus non h patiques (p riph riques) (par exemple, la couche endoth liale des art res) et l'am ne au foie (voir la figure la page suivante). Le transporteur ABCA1 m die l'efflux du cholest rol vers le HDL. Le cholest rol est est rifi par la l cithine-cholest rol acyltransf rase extracellulaire (LCAT) qui n cessite l'apo A-1 comme coenzyme. Une partie de l'ester de cholest ryle est transf r e aux lipoprot ines de tr s basse densit (VLDL) par la prot ine de transfert d'ester de cholest ryle (CETP) en change de triacylglyc rol. Le reste est absorb par un r cepteur pi geur (SR-B1) la surface des h patocytes. Le foie peut utiliser le cholest rol du HDL dans la synth se des acides biliaires. L' limination du cholest rol des cellules endoth liales emp che son accumulation (sous forme de cholest rol ou d'ester cholestylique), ce qui diminue le risque de maladie cardiaque. [Remarque : En revanche, le LDL transporte le cholest rol du foie vers les tissus p riph riques ou vers le foie.] Cas 2 : R ponses aux questions de r vision QR1. R ponse = A. La carence en glucose 6-phosphatase emp che la d phosphorylation et la lib ration dans le sang du glucose 6phosphate g n r par la glycog nolyse et la glucon ogen se (voir figure ci-dessous). La glyc mie chute et une hypoglyc mie s v re jeun en r sulte. [Remarque : Les sympt mes de JS ne sont apparus que r cemment car, l' ge de 4 mois, ses t t es sont moins fr quentes.] L'hypoglyc mie stimule la lib ration de glucagon, ce qui conduit la phosphorylation et l'activation de la glycog ne phosphorylase kinase qui phosphoryle et active la glycog ne phosphorylase. L' pin phrine est galement lib r e et conduit la phosphorylation et l'activation de la lipase hormonosensible. Cependant, les acides gras (AG) typiques ne peuvent pas servir de substrats pour la glucon ogen se. Les transporteurs de glucose dans le foie et les reins sont insensibles l'insuline. QR2. R ponse = C. La vitamine D est une vitamine liposoluble qui fonctionne comme une hormone st ro de. En complexe avec son r cepteur nucl aire intracellulaire, il augmente la transcription du g ne de la calbindine, une prot ine de transport du calcium (Ca2+) dans l'intestin (voir figure droite). La vitamine D ne se lie pas un r cepteur membranaire et ne produit pas de seconds messagers. Il peut tre synth tis dans la peau par l'action de la lumi re ultraviolette sur un interm diaire de la synth se du cholest rol, le 7d hydrocholest rol. Parmi les vitamines liposolubles (A, D, E et K), seule la K fonctionne comme une coenzyme. QR3. R ponse = C. Le glucose 6-phosphate est un effecteur allost rique positif de la glycog ne synthase b inhib e de mani re covalente (phosphoryl e). Avec l'augmentation du glucose 6-phosphate, la synth se du glycog ne est activ e et les r serves de glycog ne sont augment es dans le foie et les reins. La disponibilit accrue du glucose-6-phosphate est galement l'origine de la glycolyse. L'augmentation de la glycolyse fournit des substrats pour la lipogen se, augmentant ainsi la synth se des FA et des triacylglyc rols (TAG). En cas d'hypoglyc mie, le rapport insuline/glucagon est faible et non lev . QR4. R ponse = D. Les prot ines membranaires sont initialement cibl es sur le r ticulum endoplasmique (RE) par une s quence de signal hydrophobe aminoterminale. La glycosylation est la modification post-traductionnelle la plus courante trouv e dans les prot ines. La partie glycosyl e des prot ines membranaires se trouve sur la face extracellulaire de la membrane. Le domaine membranaire se compose de ~22 acides amin s hydrophobes. Prot ines destin es la s cr tion ou aux membranes, la lumi re du RE, les lysosomes de Golgi ou les lysosomes sont synth tis es sur les ribosomes associ s au RE. Cas 2 : R ponses aux questions de la pens e QT1. Les contractions sont le r sultat de la r ponse adr nergique l'hypoglyc mie et sont |
Biochimie_Lippincott | m di es par l'augmentation de l' pin phrine. La r ponse adr nergique comprend des tremblements et de la transpiration. La neuroglyc p nie (alt ration de l'apport de glucose au cerveau) entra ne une alt ration de la fonction c r brale qui peut entra ner des convulsions, le coma et la mort. Des sympt mes neuroglych niques se d veloppent si l'hyperglyc mie persiste. QT2. Les d tergents sont des mol cules amphipathiques (c'est- -dire qu'ils ont la fois des r gions hydrophiles [polaires] et hydrophobes [non polaires]). Les d tergents solubilisent les membranes, perturbant ainsi la structure de la membrane. Si le probl me tait le translocase n cessaire pour d placer le substrat de glucose 6-phosphate dans le RE, plut t que la phosphatase, la rupture de la membrane du RE permettrait au substrat d'acc der la phosphatase. TQ3. Le glucagon, une hormone peptidique lib r e par les cellules de pancr atiques en cas d'hypoglyc mie, se lie son r cepteur coupl la prot ine G de la membrane plasmique sur les h patocytes. La sous-unit s de la prot ine trim rique G associ e est activ e (la guanosine diphosphate est remplac e par la guanosine triphosphate), se s pare des sous-unit s et et active l'ad nylyl cyclase qui g n re l'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc) partir de l'ATP. L'AMPc active la prot ine kinase A (PKA) qui phosphoryle et active la glycog ne phosphorylase kinase, qui phosphoryle et active la glycog ne phosphorylase. La phosphorylase d grade le glycog ne, g n rant du glucose 1-phosphate qui est converti en glucose 6-phosphate. En cas de d ficit en glucose 6-phosphatase, le processus de d gradation s'arr te ici (voir figure ci-dessous). Par cons quent, l'administration de glucagon est incapable de provoquer une augmentation de la glyc mie. [Remarque : L' pin phrine serait tout aussi inefficace.] QT4. La disponibilit du phosphate inorganique (Pi) est diminu e parce qu'il est pi g sous forme d'interm diaires glycolytiques phosphoryl s en raison de la r gulation la hausse de la glycolyse par l'augmentation du glucose 6-phosphate. L'urate est lev parce que le pi geage de Pi diminue la capacit de phosphoryler l'ad nosine diphosphate (ADP) en ATP, et la chute de l'ATP provoque une augmentation de l'ad nosine monophosphate (AMP). L'AMP est d grad en urate. De plus, la disponibilit du glucose 6-phosphate entra ne la voie du pentose phosphate, ce qui entra ne une augmentation du ribose-5-phosphate ( partir du ribulose 5-phosphate) et, par cons quent, une augmentation de la synth se de purine. Le phosphate de nicotinamide ad nine dinucl otide (NADPH) augmente galement. Les purines produites au-del du besoin sont d grad es en urate (voir figure la page suivante). [Remarque : La diminution de Pi r duit l'activit de la glycog ne phosphorylase, ce qui entra ne une augmentation du stockage du glycog ne de structure normale.] Le lactate est lev parce que la diminution de la phosphorylation de l'ADP en ATP entra ne une diminution de la respiration cellulaire (contr le respiratoire) la suite du couplage de ces processus. En cons quence, le nicotinamide ad nine dinucl otide (NADH) r duit de la glycolyse ne peut pas tre oxyd par le complexe I de la cha ne de transport d' lectrons. Au lieu de cela, il est oxyd par la lactate d shydrog nase cytosolique avec sa coenzyme NADH alors que le pyruvate est r duit en lactate. [Remarque : Le pyruvate est augment la suite de l'augmentation de la glycolyse.] Le lactate s'ionise, lib rant des protons (H+) et entra nant une acidose m tabolique (pH bas caus ici par une production accrue d'acide). La compensation respiratoire entra ne une augmentation de la fr quence respiratoire. QT5. L'augmentation de la glycolyse entra ne une disponibilit accrue du glyc rol 3phosphate pour la synth se h patique du TAG. De plus, une partie du pyruvate g n r lors de la glycolyse sera d carboxyl e par oxydation en ac tyl coenzyme A (CoA). Cependant, le cycle de l'acide tricarboxylique est inhib par l'augmentation du NADH, et l'ac tyl-CoA est transport vers le cytosol sous forme de citrate. L'augmentation de l'ac tyl-CoA dans le cytosol entra ne une augmentation de la synth se des acides gras (AG). Rappelons que le citrate est un activateur allost rique de l'ac tyl CoA carboxylase (ACC). Le produit malonylique de l'ACC inhibe l'oxydation de l'AF l' tape I de la carnitine palmitoyltransf rase. Parce que l'oxydation mitochondriale de l'AF g n re le substrat d'ac tyl CoA pour la c togen se h patique, les niveaux de corps c toniques n'augmentent pas. L'AF est est rifi dans le squelette de glyc rol, ce qui entra ne une augmentation du TAG qui est envoy hors du foie en tant que composants des lipoprot ines de tr s basse densit (VLDL). [Remarque : L'hypoglyc mie entra ne la lib ration d' pin phrine et l'activation de la lipolyse TAG avec lib ration d'AGA libres dans le sang. Les FA sont oxyd s, l'exc s tant utilis dans la synth se h patique des TAG.] L'ac tyl CoA |
Biochimie_Lippincott | est galement un substrat pour la synth se du cholest rol. Ainsi, l'augmentation de la glycolyse entra ne l'hyperlipid mie observ e dans le JS (voir figure ci-dessous). Cas 3 : R ponses aux questions de l'avis QR1. Bonne r ponse = A. Le diab te se caract rise par une hyperglyc mie. L'hyperglyc mie chronique peut entra ner la glycosylation non enzymatique (glycation) de l'h moglobine (Hb), produisant l'HbA1c. Par cons quent, la mesure de la glyc mie ou L'HbA1c dans le sang est utilis e pour diagnostiquer le diab te. En r ponse un stress physiologique (par exemple, une infection des voies urinaires), la s cr tion d'hormones contre-r gulatrices (telles que les cat cholamines) entra ne une augmentation de la glyc mie. Le glucose est un sucre r ducteur. Il s'agit d'un diab te de type 2 (DT2) qui est associ l'ob sit et un mode de vie s dentaire et qui est caus par une insensibilit l'insuline (r sistance l'insuline). Le DT1 est caus par un manque d'insuline la suite de la destruction auto-immune des cellules pancr atiques. M me les personnes suivant un programme de contr le glyc mique strict n'atteignent pas l'euglyc mie. QR2. Bonne r ponse = E. Les corps c toniques 3-hydroxybutyrate et ac toac tate sont des acides organiques, et leur ionisation contribue la charge de protons de l'organisme. Les corps c toniques sont fabriqu s dans les mitochondries des cellules h patiques l'aide de l'ac tylcoenzyme A (CoA) g n r e principalement par la -oxydation des acides gras ([FA] ; voir la figure la page suivante). Parce qu'ils sont solubles dans l'eau, ils ne n cessitent pas de transporteur. Le foie ne peut pas les utiliser parce qu'il ne dispose pas de l'enzyme thiophorase, qui fait passer le CoA du succinyl CoA l'ac toac tate pour la conversion en deux mol cules d'ac tyl CoA. C'est l'ac tone lib r e dans l'haleine qui peut donner une odeur fruit e. QR3. Bonne r ponse = A. Le malonyl CoA, un interm diaire de la synth se des FA, inhibe la -oxydation des FA par inhibition de la carnitine palmitoyltransf rase I. La lipolyse se produit lorsque le rapport insuline/hormone contre-r gulatrice diminue. L'ac tyl-CoA, le produit de la -oxydation des FA, inhibe le complexe pyruvate d shydrog nase (PDH) par l'activation de la kinase PDH et active la pyruvate carboxylase. L'ac tyl-CoA pousse donc le pyruvate la glucon ogen se. La -oxydation g n re une r duction du nicotinamide ad nine dinucl otide (NADH), l' quivalent r ducteur n cessaire la glucon ogen se. Les FA ne sont pas facilement catabolis s pour l' nergie par le cerveau. Cas 3 : R ponses aux questions de la pens e QT1. L'hypoinsulin mie entra ne une hyperglyc mie car l'insuline est n cessaire l'absorption de la glyc mie par les tissus musculaires et adipeux. Leur transporteur de glucose (GLUT-4) est insulinod pendant en ce sens que l'insuline est n cessaire au mouvement du transporteur vers la surface cellulaire partir des sites de stockage intracellulaires. L'insuline est galement n cessaire pour supprimer la glucon ogen se h patique. L'insuline supprime la lib ration de glucagon par les cellules pancr atiques. L'augmentation du rapport insuline/glucagon qui en r sulte entra ne la d phosphorylation et l'activation du domaine kinase de la phosphofructokinase-2 bifonctionnelle (PFK-2). Le fructose 2,6bisphosphate produit par PFK-2 active la phosphofructokinase-1 de la glycolyse (voir figure ci-dessous). Il inhibe galement la fructose 1,6-bisphosphatase (FBP-2), inhibant ainsi la glucon ogen se. Dans le cas de l'hypoinsulin mie, le fait de ne pas absorber le glucose dans le sang tout en l'envoyant simultan ment dans le sang entra ne une hyperglyc mie. QT2. La glyc mie a d pass la capacit du rein r absorber le glucose (via un transporteur de glucose d pendant du sodium [SGLT]). La forte concentration de glucose dans l'urine puise osmotiquement l'eau du corps. Cela provoque une augmentation de la miction (polyurie) avec une perte d'eau qui entra ne une d shydratation. TQ3. Le NADH g n r lors de la -oxydation du FA inhibe le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) aux trois tapes de la d shydrog nase productrice de NADH. Cela loigne l'ac tylCoA de l'oxydation dans le cycle du TCA et l'utilise comme substrat dans la c togen se h patique. TQ4.MW tait en bilan azot n gatif : plus d'azote sortait qu'il n'en entrait. Cela se refl te dans le taux lev d'azote ur ique dans le sang (BUN) observ chez le patient (voir figure en haut droite). [Remarque : La valeur BUN refl te galement la d shydratation.] La prot olyse musculaire et le catabolisme des acides amin s se produisent la suite de la chute de l'insuline. (Rappelez-vous que le muscle squelettique n'exprime pas le r cepteur du glucagon.) Le catabolisme des acides amin s produit de l'ammoniac (NH3), qui est converti en ur e par le cycle de l'ur e h patique et envoy dans le sang. [Remarque : L'ur e dans l'urine est d clar e sous forme d'azote ur ique urinaire.] QT5. La r |
Biochimie_Lippincott | espiration de Kussmaul observ e chez MW est une r ponse respiratoire l'acidose m tabolique. L'hyperventilation expulse du CO2 et de l'eau, r duisant la concentration de protons (H+) et de bicarbonate (HCO3 ), comme le refl te ce qui suit quation : La r ponse r nale comprend, en partie, l'excr tion de H+ sous forme d'ammonium (NH4+). La d gradation des acides amin s cha ne ramifi e dans le muscle squelettique entra ne la lib ration de grandes quantit s de glutamine (Gln) dans le sang. Les reins absorbent et catabolisent le Gln, g n rant ainsi du NH3. Le NH3 est converti en NH4+ par le H+ s cr t et est excr t (voir figure au milieu droite). [Remarque : Lorsque les corps c toniques sont abondants, les ent rocytes les utilisent comme carburant au lieu de Gln. Cela augmente la quantit de Gln allant au rein.] TQ6. tant donn que la -oxydation de l'AF fournit le substrat d'ac tyl-CoA pour la c togen se, la -oxydation alt r e diminue la capacit fabriquer des corps c toniques. Les corps c toniques sont une alternative l'utilisation du glucose et, par cons quent, la d pendance au glucose augmente. Parce que l'oxydation de l' FA fournit le NADH et les nucl osides triphosphates n cessaires la glucon ogen se, la production de glucose diminue. Le r sultat est une hypoglyc mie hypoc tosique. Rappelons que cela a t observ avec un d ficit en acyl CoA d shydrog nase (MCAD) cha ne moyenne. Cas 4 : R ponses aux questions d'examen QR1. R ponse = D. L'augmentation de la r duction du nicotinamide ad nine dinucl otide (NADH) dans les mitochondries diminue le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA), l'oxydation des acides gras (FA) et la glucon ogen se. Le NADH inhibe la r action de l'isocitrate d shydrog nase, l' tape cl r gul e du cycle du TCA, et la r action de l' c toglutarate d shydrog nase (voir figure en bas droite). Il favorise galement la r duction de l'oxaloac tate (OAA) en malate (et non du malate en OAA), diminuant la disponibilit de l'OAA pour la condensation avec l'ac tyl coenzyme A (CoA) dans le cycle du TCA et pour la glucon ogen se. L'oxydation de l'AF n cessite la forme oxyd e du nicotinamide ad nine dinucl otide (NAD+) pour l' tape de la 3-hydroxyacyl CoA d shydrog nase et, par cons quent, est inhib e par l'augmentation du NADH. La diminution de l'oxydation de l'AF diminue la production d'ATP et d'ac tyl CoA (l'activateur allost rique de la pyruvate carboxylase) n cessaires la glucon ogen se. La lipolyse est activ e pendant le je ne la suite de la chute de l'insuline et de l'augmentation des cat cholamines qui entra nent l'activation de la lipase hormono-sensible. QR2. R ponse = E. La partie oxydative irr versible de la voie du pentose phosphate fournit le nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate (NADPH) qui fournit les quivalents r ducteurs n cessaires l'activit des prot ines du cytochrome P450 (CYP) et la r g n ration du glutathion fonctionnel (r duit). C'est galement une source importante de NADPH pour les processus de biosynth se r ducteurs dans le cytosol, tels que la synth se de l'AF et du cholest rol. [Remarque : l'enzyme malique est une autre source.] Les prot ines CYP sont des monooxyg nases (oxydases fonctions mixtes). Ils incorporent un atome O de O2 dans le substrat tandis que l'autre est r duit en eau. Ce sont les prot ines CYP de la membrane r ticulaire endoplasmique lisse qui sont impliqu es dans les r actions de d toxification. Celles de la membrane mitochondriale interne sont impliqu es dans la synth se des hormones st ro des, des acides biliaires et de la vitamine D. Les esp ces r actives de l'oxyg ne sont r duites par la glutathion peroxydase lorsque le glutathion est oxyd . QR3. R ponse = C. La s rotonine est lib r e par les plaquettes activ es et provoque une vasoconstriction et une agr gation plaquettaire. [Remarque : Les plaquettes ne synth tisent pas la s rotonine, mais elles absorbent ce qui a t fabriqu dans l'intestin et s cr t dans le sang.] La s rotonine est associ e une sensation de bien- tre. Il est d grad en acide 5-hydroxyindoleac tique par la monoamine oxydase qui catalyse la d samination oxydative. C'est la cat chol-O-m thyltransf rase qui catalyse l' tape de m thylation dans la d gradation des cat cholamines. La s rotonine est synth tis e partir du tryptophane dans un processus en deux tapes qui utilise la t trahydrobiopt rine (BH4) n cessitant la tryptophane hydroxylase et un phosphate de pyridoxal (PLP) n cessitant la d carboxylase (voir figure droite). QR4. R ponse = B. Le pancr as exocrine s cr te des enzymes n cessaires la digestion des glucides, des prot ines et des graisses alimentaires. Le pancr as endocrinien s cr te les hormones peptidiques insuline et glucagon. Les dommages qui affectent les fonctions du pancr as entra neraient le diab te (diminution de l'insuline) et la st atorrh e (selles graisseuses), ce dernier tant la cons quence d'une maldigestion des graisses alimentaires. Comme on l'a vu avec l' |
Biochimie_Lippincott | augmentation des troponines dans un infarctus du myocarde et des transaminases dans les l sions h patiques, la perte d'int grit cellulaire (comme on le verrait dans l'autodigestion du pancr as) fait en sorte que les prot ines qui sont normalement intracellulaires se trouvent des concentrations plus lev es que la normale dans le sang. La s cr tine provoque la lib ration de bicarbonate par le pancr as pour augmenter le pH du chyme provenant de l'estomac vers l'intestin. Les enzymes pancr atiques fonctionnent mieux un pH neutre ou l g rement alcalin. La pancr atite est observ e chez les individus avec hypertriglyc rid mie la suite d'un d ficit en lipoprot ine lipase ou en sa coenzyme, l'apolipoprot ine C-II. Cas 4 : R ponses aux questions de r flexion TQ1.A. L'augmentation du NADH cytosolique observ e avec le m tabolisme de l' thanol inhibe la glycolyse. L' tape glyc rald hyde 3-phosphate d shydrog nase n cessite du NAD+, qui est r duit mesure que le glyc rald hyde 3-phosphate s'oxyde. Avec l'augmentation du NADH, le glyc rald hyde 3-phosphate s'accumule. B. Le glyc rald hyde 3-phosphate issu de la glycolyse est converti en glyc rol 3phosphate, l'accepteur initial de l'AF dans la synth se du triacylglyc rol (TAG) (voir figure droite). Les AF sont disponibles en raison de l'augmentation de la synth se (de l'ac tylCoA, qui est augment e en raison de l'augmentation de la production du produit ac tate de l'oxydation de l'ac tald hyde et de la diminution de l'utilisation dans le cycle du TCA), de l'augmentation de la disponibilit de la lipolyse dans le tissu adipeux et de la diminution de la d gradation. Les TAG produites dans le foie s'accumulent (en partie en raison d'une diminution de la production de lipoprot ines de tr s basse densit ) et provoquent une st atose h patique (st atose). La st atose h patique est un stade pr coce (et r versible) de la maladie h patique li e l'alcool. Les stades ult rieurs sont l'h patite li e l'alcool (parfois r versible) et la cirrhose (irr versible). QT2. L'augmentation du NADH favorise la r duction du pyruvate en lactate par la lactate d shydrog nase. Le lactate diminue l'excr tion r nale d'acide urique, provoquant ainsi une hyperuric mie, une tape n cessaire dans une crise de goutte aigu . [Remarque : Le passage du pyruvate au lactate diminue la disponibilit du pyruvate, un substrat de la glucon ogen se. Cela contribue l'hypoglyc mie observ e dans l'AK.] TQ3. Le temps de prothrombine (TP) mesure le temps n cessaire la coagulation du plasma apr s l'ajout de facteur tissulaire (FIII), permettant ainsi d' valuer les voies extrins ques (et communes) de la coagulation. Dans la voie extrins que, FIII active le FVII dans un processus d pendant du calcium (Ca2+) et des phospholipides (PL) (voir figure en bas droite). Le FVII, comme la plupart des prot ines de la coagulation, est fabriqu par le foie. Les l sions h patiques induites par l'alcool peuvent diminuer sa synth se. De plus, le FVII a une courte demi-vie et, en tant que prot ine contenant du -carboxyglutamate (Gla), sa synth se n cessite de la vitamine K. Une mauvaise nutrition peut entra ner une diminution de la disponibilit de la vitamine K et, par cons quent, une diminution de la capacit de coagulation. [Remarque : Une maladie h patique grave entra ne une physioth rapie prolong e et un temps de thromboplastine partielle activ , ou aPPt.] QT4. L'administration de folate peut masquer une carence en vitamine B12 en inversant la manifestation h matologique (an mie macrocytaire) de la carence. Cependant, le folate n'a aucun effet sur les dommages neurologiques caus s par une carence en B12. Au fil du temps, les effets neurologiques peuvent devenir graves et irr versibles. Ainsi, le folate peut masquer une carence en B12 et pr venir le traitement jusqu' ce que la neuropathie soit apparente. III. Cas cibl sCas 1 : An mie microcytaire Pr sentation du patient : ME est un homme de 24 ans qui fait l'objet d'une valuation la suite d'une valuation m dicale de remplacement qu'il a subie avant de commencer son nouvel emploi. Histoire cibl e : L'EM n'a pas de probl mes m dicaux importants. Ses ant c dents familiaux ne sont pas remarquables, mais il sait peu de choses sur l' tat de sant des membres de sa famille qui sont rest s en Gr ce. R sultats pertinents : L'examen physique tait normal. L'analyse de routine de son sang a r v l les r sultats suivants : Sur la base des donn es, une lectrophor se de l'h moglobine (Hb) a t r alis e. Les r sultats sont les suivants : H = lev ; L = Faible. [Remarque : L'HbA comprend l'HbA1c.] Diagnostic : L'EM pr sente un trait de -thalass mie ( -thalass mie mineure) qui provoque une an mie microcytaire (voir image droite). L'origine ethnique (comme le fait d' tre d'origine m diterran enne) influence le risque de thalass mie. Traitement : Aucun n'est n cessaire pour le moment. Les patients sont inform s que les suppl ments de fer ne pr viennent pas leu |
Biochimie_Lippincott | r an mie. Pronostic : Le trait -thalass mie n'entra ne pas de mortalit ou de morbidit significative. Les patients doivent tre inform s de la nature g n tique de leur maladie autosomique r cessive pour des consid rations de planification familiale, car la -thalass mie homozygote (an mie de Cooley) est une maladie grave. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. Les mutations du g ne de la globine qui entra nent une diminution de la production de la prot ine sont l'origine de la -thalass mie. Les mutations affectent principalement la transcription des g nes ou le traitement post-transcriptionnel du produit de l'ARN messager (ARNm). Laquelle des affirmations suivantes concernant l'ARNm est correcte ? A. L'ARNm eucaryote est polycistronic.B. La synth se de l'ARNm implique des facteurs trans-agissant se liant des l ments cis-agissants.C. La synth se de l'ARNm se termine au niveau de la s quence de base de l'ADN thymine ad nine guanine (TAG). D. La polyad nylation de l'extr mit 5 de l'ARNm eucaryote n cessite un donneur de m thyle. L' pissage de l'ARNm eucaryote implique l'ablation des exons et l'assemblage des introns par le prot asome. Question 2. L'HbA, un t tram re de 2 et de 2 cha nes de globine, d livre l'O2 des poumons aux tissus et les protons et le CO2 des tissus aux poumons. Une concentration accrue de l'un des l ments suivants entra nera une diminution de l'apport d'O2 par l'HbA ? A. 2,3-bisphosphoglyc rate B. Dioxyde de carbone Monoxyde de carbone D. Protons Q3. Quelle est la base de l'augmentation de l'HbA2 et de l'HbF (Hb f tale) dans les thalass mies ? Question 4. Pourquoi la technique d'hybridation d'oligonucl otides sp cifiques d'all les (ASO) est-elle utile dans le diagnostic de tous les cas d'an mie falciforme mais pas de tous les cas de -thalass mie ? Cas 2 : ruption cutan e Pr sentation du patient : KL est une femme de 34 ans qui pr sente une ruption cutan e rouge et sans d mangeaisons sur la cuisse gauche et des sympt mes pseudo-grippaux. Histoire cibl e : KL rapporte que l' ruption cutan e est apparue pour la premi re fois il y a un peu plus de 2 semaines. Il a commenc petit, mais il est devenu plus grand. Elle pense aussi qu'elle attrape la grippe parce qu'elle a mal aux muscles et aux articulations (myalgie et arthralgie, respectivement) et qu'elle a mal la t te depuis quelques jours. Interrog e, KL rapporte qu'elle et son mari ont fait un voyage de camping en Nouvelle-Angleterre le mois dernier. R sultats pertinents : L'examen physique est remarquable pour la pr sence d'une l sion rouge, circulaire et plate de ~11 cm qui ressemble un il de b uf ( ryth me migrant) (voir l'image droite). KL a galement un Fi vre. Diagnostic : KL est atteint de la maladie de Lyme caus e par la bact rie Borrelia burgdorferi, qui est transmise par la morsure d'une tique du genre Ixodes. Les tiques infect es sont end miques dans la r gion du nord-est des tats-Unis. Traitement : On prescrit KL de la doxycycline, un antibiotique de la famille des t tracyclines. La surveillance de KL se poursuivra jusqu' ce que tous les sympt mes aient compl tement disparu. Du sang est pr lev pour des tests de laboratoire clinique. Pronostic : Les patients trait s avec l'antibiotique appropri aux premiers stades de la maladie de Lyme se r tablissent g n ralement rapidement et compl tement. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. Les antibiotiques de la classe des t tracyclines inhibent la synth se des prot ines (traduction) l' tape d'initiation. Laquelle des affirmations suivantes sur la traduction est correcte ? Un. Dans la traduction eucaryote, l'acide amin initiateur est la m thionine formyl e. B. Seul l'ARN de transfert initiateur charg va directement au site ribosomique A. C. La peptidyltransf rase est un ribozyme qui forme la liaison peptidique entre deux acides amin s. D. La traduction procaryote peut tre inhib e par la phosphorylation du facteur d'initiation 2. E. La terminaison de la traduction est ind pendante de l'hydrolyse de la guanosine triphosphate. F. La s quence de Shine-Dalgarno facilite la liaison de la grande sous-unit ribosomique l'ARN messager eucaryote (ARNm). Question 2. Les Centers for Disease Control and Prevention recommandent une proc dure de test en deux tapes pour la maladie de Lyme qui implique un test de d pistage immuno-enzymatique (ELISA) suivi d'une analyse de confirmation par western blot sur tout chantillon avec un r sultat ELISA positif ou quivoque. Laquelle des affirmations suivantes concernant ces proc dures de test est correcte ? Un. Les deux techniques sont utilis es pour d tecter des ARNm sp cifiques. B. Les deux techniques impliquent l'utilisation d'anticorps. C. ELISA n cessite l'utilisation de l' lectrophor se. D. Les transferts Western n cessitent l'utilisation de la r action en cha ne par polym rase. Question 3. Pourquoi les cellules eucaryo |
Biochimie_Lippincott | tes ne sont-elles pas affect es par les antibiotiques de la classe des t tracyclines ? Cas 3 : Du sang sur la brosse dentsPr sentation du patient : LT est un homme de 84 ans dont les gencives saignent depuis plusieurs mois. LT est veuf et vit seul dans une communaut de banlieue de la c te Est. Il ne conduit plus. Ses deux enfants vivent sur la c te ouest et viennent rarement l'est. Depuis la mort de sa femme il y a 11 mois, il est isol et a du mal sortir de la maison. Son app tit a chang et il se contente de c r ales, de caf et de collations emball es. La mastication est difficile. R sultats pertinents : L'examen physique a r v l la pr sence de gencives enfl es de couleur fonc e (voir l'image droite). Plusieurs des dents de LT taient desserr es, dont une qui ancre son pont dentaire. Plusieurs marques noires et bleues (ecchymoses) ont t not es sur les jambes, et une plaie non cicatris e tait pr sente sur le poignet droit. L'inspection de son cuir chevelu a r v l de minuscules taches rouges (p t chies) autour de certains follicules pileux. Du sang a t pr lev pour des tests. R sultats des tests sur le sang de LT : Le test de pr sence de sang dans ses selles (test de sang occulte) tait n gatif. Les r sultats des tests de suivi (obtenus plusieurs jours apr s le rendez-vous) comprenaient les l ments suivants : H = lev ; L = Faible. Diagnostic : LT pr sente une carence en vitamine C accompagn e d'une an mie microcytaire et hypochrome secondaire la carence. Traitement : LT s'est vu prescrire des suppl ments de vitamine C (sous forme d'acide ascorbique oral) et de fer (sous forme de sulfate ferreux oral). Il sera galement orient vers les services sociaux. Pronostic : Le pronostic de gu rison est excellent. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. Laquelle des affirmations suivantes sur la vitamine C est correcte ? La vitamine C est : A. un concurrent de l'absorption du fer dans l'intestin.B. une vitamine liposoluble avec un apport de 3 mois g n ralement stock e dans le tissu adipeux. C. une coenzyme dans plusieurs r actions enzymatiques telles que l'hydroxylation de la proline. D. n cessaire la r ticulation du collag ne. Question 2. Contrairement l'an mie microcytaire caract ristique d'une carence en fer (fr quente chez les personnes g es), une an mie macrocytaire est observ e avec des carences en vitamine B12 et/ou en acide folique. Ces carences en vitamines sont galement fr quentes chez les personnes g es. Laquelle des affirmations suivantes concernant ces vitamines est correcte ? Un. Une incapacit absorber la B12 entra ne une an mie pernicieuse. B. Les deux vitamines provoquent des changements dans l'expression des g nes. C. L'acide folique joue un r le cl dans le m tabolisme nerg tique de la plupart des cellules. D. Le traitement au m thotrexate peut entra ner des niveaux toxiques de la forme coenzyme de l'acide folique. E. La vitamine B12 est la coenzyme des enzymes qui catalysent les d saminations, les d carboxylations et les transaminations d'acides amin s. Question 3. En quoi l'an mie h molytique diff re-t-elle de l'an mie nutritionnelle ? Cas 4 : Rythme cardiaque rapide, maux de t te et transpiration Pr sentation du patient : BE est une femme de 45 ans qui pr sente des inqui tudes concernant des maux de t te soudains (paroxysmes), intenses et brefs, de la transpiration (diaphor se) et un rythme cardiaque rapide (palpitations). Historique cibl : BE rapporte que les attaques ont commenc il y a ~3 semaines. Ils durent de 2 10 minutes, pendant lesquelles elle se sent tr s anxieuse. Pendant les crises, elle a l'impression que son c ur saute des battements (arythmie). Au d but, elle pensait que les crises taient li es au stress r cent au travail et peut- tre m me la m nopause. La derni re fois que cela s'est produit, elle tait dans une pharmacie et sa tension art rielle a t prise. On lui a dit que c' tait 165/110 mm Hg. BE note qu'elle a perdu du poids (~8 livres) au cours de cette p riode, m me si son app tit a t bon. R sultats pertinents : L'examen physique a t remarquable pour l'apparence mince et p le de BE. La pression art rielle tait lev e (150/100 mm Hg), tout comme la fr quence cardiaque (110 120 battements/minute). Sur la base des ant c dents de BE, des taux sanguins de norm tan phrine et de m tan phrine ont t prescrits. Ils se sont av r s tre lev s. Diagnostic : BE est atteint d'un ph ochromocytome, une tumeur rare s cr tant des cat cholamines de la m dullosurr nale. Traitement : Des tudes d'imagerie de l'abdomen ont t effectu es pour localiser la tumeur. Une r section chirurgicale de la tumeur a t r alis e. La tumeur s'est av r e non maligne. La mesure de suivi des m tan phrines plasmatiques a t effectu e 2 semaines plus tard et se situait dans la plage normale. Pronostic : Le taux de survie 5 ans pour les ph ochromocytomes non malins est de >95 %. Questions relatives au cas : |
Biochimie_Lippincott | Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. Les ph ochromocytomes s cr tent de la noradr naline (NE) et de l' pin phrine. Laquelle des affirmations suivantes concernant la synth se et la d gradation de ces deux amines biog nes est correcte ? Un. Le substrat de leur synth se est le tryptophane, qui est hydroxyl en 3,4-dihydroxyph nylalanine (DOPA) par la tryptophane hydroxylase n cessitant de la t trahydrobiopt rine. B. La conversion de la DOPA en dopamine utilise un phosphate de pyridoxal n cessitant la carboxylase. C. La conversion de l'EN en pin phrine n cessite de la vitamine C. D. La d gradation implique la m thylation par la cat chol-O-m thyltransf rase et produit de la norm tan phrine partir de l'ent rine et de la m tan phrine partir de l' pin phrine. E. La norman phrine et la m tan phrine sont d samin es par oxydation en acide homovanillique par la monoamine oxydase. Question 2. Lesquelles des affirmations suivantes concernant les actions de l' pin phrine et/ou de l'EN sont correctes ? A. L'EN fonctionne comme un neurotransmetteur et une hormone.B. Ils sont initi s par l'autophosphorylation de r sidus de tyrosine s lectionn s dans leurs r cepteurs.C. Ils sont m di s par la liaison aux r cepteurs adr nergiques, qui sont une classe de r cepteurs nucl aires. D. Ils entra nent l'activation de la synth se du glycog ne et du triacylglyc rol. Question 3. L'ent rite n crotique li e certains r cepteurs provoque une vasoconstriction et une augmentation de la pression art rielle. Pourquoi l'ent rite n crotique pourrait-elle tre utilis e cliniquement dans le traitement du choc septique ? Cas 5 : Sensibilit au soleil Pr sentation du patient : AZ est un gar on de 6 ans qui est valu pour des zones d'hyperpigmentation ressemblant des taches de rousseur sur le visage, le cou, les avant-bras et le bas des jambes. Le p re d'AZ rapporte que le gar on a toujours t tr s sensible au soleil. Sa peau devient rouge ( ryth me) et ses yeux lui font mal (photophobie) s'il est expos au soleil pendant un certain temps. R sultats pertinents : L'examen physique a r v l la pr sence de zones paissies et squameuses (k ratose actinique) et de zones hyperpigment es sur la peau expos e aux rayons ultraviolets (UV) du soleil. De petits vaisseaux sanguins dilat s (t langiectasies) ont galement t observ s. Des tissus de plusieurs sites sur son visage ont t biopsi s, et deux ont ensuite t d termin s comme tant des carcinomes pidermo des. Diagnostic : AZ est atteint de xeroderma pigmentosum, un d faut rare dans la r paration de l'ADN par excision de nucl otides. Traitement : La protection contre la lumi re du soleil gr ce l'utilisation d' crans solaires tels que des v tements de protection qui r fl chissent les rayons UV et des produits chimiques qui les absorbent est essentielle. Des examens fr quents de la peau et des yeux sont recommand s. Pronostic : La plupart des patients atteints de xeroderma pigmentosum meurent un jeune ge des cancers de la peau. Cependant, la survie au-del de l' ge moyen est possible. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. Laquelle des affirmations suivantes sur les m canismes de r paration de l'ADN est correcte ? R paration de l'ADN : A. n'est pratiqu que par des eucaryotes. B. des ruptures double brin est sans erreur. C. des bases non appari es implique la r paration du brin parental. D. des dim res de pyrimidine induits par le rayonnement UV implique l' limination d'un oligonucl otide court contenant le dim re. E. de l'uracile produit par la d samination de la cytosine n cessite l'action des endonucl ases et des exonucl ases pour liminer la base de l'uracile. Question 2. Laquelle des affirmations suivantes sur la synth se de l'ADN (r plication) est correcte ? R plication : A. chez les eucaryotes et les procaryotes n cessite une amorce d'ARN.B. chez les eucaryotes n cessite la condensation de la chromatine.C. chez les procaryotes est r alis e par une seule ADN polym rase. D. est initi des sites al atoires du g nome. E. produit un polym re de d soxyribonucl osides monophosphates li s par des liaisons 5' 3'-phosphodiester. . Quelle est la diff rence entre la relecture et la r paration de l'ADN ? Cas 6 : Urine fonc e et scl rotiques jaunes Pr sentation du patient : JF est un gar on de 13 ans qui pr sente de la fatigue et des scl rotiques jaunes. Ant c dents cibl s : JF a commenc le traitement il y a ~4 jours avec un antibiotique sulfamide et un analg sique urinaire pour une infection des voies urinaires. On lui avait dit que son urine changerait de couleur (deviendrait rouge tre) avec l'analg sique, mais il rapporte qu'elle est devenue plus fonc e (plus brun tre) au cours des 2 derniers jours. Hier soir, sa m re a remarqu que ses yeux avaient une teinte jaune. JF dit qu'il a l'impression de ne pas avoir d' nergie. R sultats pertinents : L'examen physique a r v l la p leur de JF, un l ger ict re scl ral (jaunisse) |
Biochimie_Lippincott | , une l g re spl nom galie et une augmentation du rythme cardiaque (tachycardie). L'urine de JF a t test e positive pour l'h moglobine (h moglobinurie). Un frottis sanguin p riph rique r v le un nombre inf rieur la normale de globules rouges (GR), certains contenant de l'h moglobine pr cipit e (corps de Heinz ; voir l'image droite), et un nombre sup rieur la normale de r ticulocytes (GR immatures). Les r sultats de la formule sanguine compl te (FSC) et des analyses biochimiques sanguines sont en attente. Diagnostic : JF est atteint d'un d ficit en glucose 6-phosphate d shydrog nase (G6PD), une maladie li e l'X qui provoque une h molyse (lyse des globules rouges). Traitement : Un d ficit en G6PD peut entra ner une an mie h molytique chez les personnes atteintes expos es des agents oxydatifs. JF sera remplac par un autre antibiotique. On lui informera qu'il est sensible certains m dicaments (par exemple, les sulfamides), aux aliments (f ves ou f ves) et certains produits chimiques (par exemple, le naphtal ne) et qu'il doit viter de s'y exposer. Pronostic : En l'absence d'exposition des agents oxydatifs, le d ficit en G6PD n'entra ne pas de mortalit ou de morbidit significative. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. G6PD catalyse l' tape r gul e dans la voie du pentose phosphate. Laquelle des affirmations suivantes concernant G6PD et la voie du pentose phosphate est correcte ? R. La carence en G6PD ne se produit que chez les GR.B. La carence en G6PD entra ne une incapacit conserver le glutathion sous sa forme fonctionnelle et r duite. C. La voie du phosphate de pentose comprend une r action r ductrice r versible suivie d'une s rie d'interconversions de sucres phosphoryl s. D. Le produit r duit de nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate (NADPH) de la voie du pentose phosphate est utilis dans des processus tels que l'oxydation des acides gras. Question 2. Les r sultats de la FSC de JF taient compatibles avec une an mie h molytique. Les analyses biochimiques sanguines ont r v l une l vation du taux de bilirubine. Laquelle des affirmations suivantes concernant la bilirubine est correcte ? A. L'hyperbilirubin mie peut provoquer un d p t de bilirubine dans la peau et les scl rotiques, entra nant une jaunisse.B. La solubilit de la bilirubine est augment e en la conjuguant avec deux mol cules d'acide ascorbique dans le foie. C. La forme conjugu e de la bilirubine augmente dans le sang avec une an mie h molytique.D. La phototh rapie peut augmenter la solubilit de l'exc s de bilirubine g n r dans les porphyries. Question 3. Pourquoi l'urobilinog ne urinaire est-il plus lev par rapport la normale dans la jaunisse h molytique et absent chez Jaunisse obstructive ? Cas 7 : Douleurs articulaires Pr sentation du patient : IR est un homme de 22 ans qui se pr sente pour un suivi 10 jours apr s avoir t trait l'urgence pour une inflammation s v re la base du pouce. Histoire cibl e : Il s'agissait de la premi re occurrence de douleur articulaire s v re chez IR. l'urgence, on lui a administr un m dicament anti-inflammatoire. Le liquide aspir de l'articulation carpom tacarpienne du pouce tait n gatif pour les organismes mais positif pour les cristaux d'urate monosodique en forme d'aiguille (MSU) (voir l'image droite). Les sympt mes inflammatoires ont depuis disparu. L'IR rapporte qu'il est en bonne sant , sans ant c dents m dicaux importants. Son indice de masse corporelle (IMC) est de 31. Aucun tophi (d p ts de cristaux de MSU sous la peau) n'a t d tect lors de l'examen physique. R sultats pertinents : Les r sultats obtenus sur un chantillon d'urine de 24 heures et les analyses de sang demand es avant cette visite r v lent que l'IR n'est pas un sous-s cr teur de l'acide urique. Son urate sanguin tait de 8,5 mg/dl (r f rence = 2,5 8,0). L' ge inhabituellement jeune de la pr sentation sugg re une enzymopathie du m tabolisme des purines, et des tests sanguins suppl mentaires sont prescrits. Diagnostic : L'IR est atteint de goutte (maladie de d p t de cristaux MSU), un type d'arthrite inflammatoire. Traitement : IR a re u des ordonnances d'allopurinol et de colchicine. Les objectifs du traitement sont de r duire son taux d'urate sanguin <6,0 mg/dl et de pr venir d'autres crises. On lui a conseill de perdre du poids car le surpoids ou l'ob sit est un facteur de risque de goutte. Son IMC de 31 le place dans la cat gorie des ob ses. Il a galement re u des informations crites sur l'association entre l'alimentation et la goutte. Pronostic : La goutte augmente le risque de d velopper des calculs r naux. Il est galement associ l'hypertension, au diab te et aux maladies cardiaques. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. L'allopurinol est converti dans le corps en oxypurinol, qui fonctionne comme un inhibiteur non comp titif d'une enzyme dans le m tabolisme des purines. Laquelle des aff |
Biochimie_Lippincott | irmations suivantes concernant le m tabolisme des purines et sa r gulation est correcte ? Un. En tant qu'inhibiteur non comp titif, l'oxypurinol augmente la constante de Michaelis apparente (Km) de l'enzyme cible. B. La colchicine inhibe la xanthine oxydase, une enzyme de d gradation de la purine. C. Le glutamate fournit deux des atomes d'azote du cycle purique. D. Dans la synth se des nucl otides puriques, le syst me cyclique est d'abord construit, puis attach au phosphate de ribose-5. E. L'oxypurinol inhibe l'amidotransf rase qui initie la d gradation du syst me cyclique purique. F. Les d ficiences enzymatiques partielles ou compl tes dans le sauvetage des bases puriques sont caract ris es par une hyperuric mie. Question 2. Les purines sont un type de base azot e que l'on trouve dans les nucl otides. Les pyrimidines sont l'autre. Laquelle des affirmations suivantes est vraie pour les pyrimidines ? La carbamoylphosphate synth tase I est l'activit enzymatique r gul e dans la synth se des cycles pyrimidine. B. Le m thotrexate diminue la synth se du nucl otide de la pyrimidine thymidine monophosphate. C. L'acidurie orotique est une pathologie de la d gradation de la pyrimidine. D. La synth se des nucl otides de la pyrimidine est ind pendante du 5-phosphoribosyl-1pyrophosphate (PRPP). Question 3. Par la suite, on a montr que l'IR a une forme de PRPP synth tase qui montre une activit enzymique accrue. Pourquoi cela entra ne-t-il une hyperuric mie ? Cas 8 : Pas de selles Pr sentation du patient : DW est une femme de 48 heures qui n'a pas encore re u de selles. Histoire cibl e : DW est le produit terme d'une grossesse et d'un accouchement normaux. Elle semblait normale la naissance. DW est le premier enfant de parents d'origine nord-europ enne. Les parents sont tous les deux en bonne sant et leurs ant c dents familiaux ne sont pas remarquables. Constatations pertinentes : La DW a un abdomen distendu. Elle a r cemment vomi de petites quantit s de mati re bilieuse (de couleur verte). Diagnostic : L'il us m conial (obstruction de l'il on par le m conium, les premi res selles produites par les nouveau-n s) a t confirm par des radiographies abdominales. Environ 98 % des nouveau-n s n s terme atteints d'il us m conial sont atteints de fibrose kystique (FK). Le diagnostic de FK a ensuite t confirm par un test de sueur au chlorure. Traitement : L'il us a t trait avec succ s de mani re non chirurgicale. Pour la prise en charge des FK, la famille a t dirig e vers le centre de FK de l'h pital r gional pour enfants. Pronostic : La mucoviscidose est la maladie autosomique r cessive limitant l'esp rance de vie la plus courante chez les Caucasiens. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. La mucoviscidose est le r sultat de mutations du g ne qui code pour la prot ine CFTR (CF transmembrane conductance regulator) qui fonctionne comme un canal chlorure dans la membrane apicale des cellules pith liales la surface d'une muqueuse. Laquelle des affirmations suivantes concernant la FK est correcte ? R. Les manifestations cliniques de la mucoviscidose sont la cons quence de la r tention de chlorure avec une r absorption d'eau accrue qui rend le mucus la surface de l' pith lium excessivement pais et collant. B. La s cr tion excessive d'insuline dans le pancr as chez les personnes atteintes de mucoviscidose entra ne souvent une hypoglyc mie. C. Les tests g n tiques pour la mucoviscidose peuvent impliquer l'utilisation d'un ensemble de sondes pour les mutations les plus courantes, une technique connue sous le nom d'analyse de polymorphisme de longueur de fragment de restriction. D. Certaines mutations entra nent une d gradation pr matur e de la prot ine CFTR par marquage l'ubiquinone suivi d'une prot olyse m di e par le prot asome. E. La mutation la plus courante, F508, entra ne la perte d'un codon pour la ph nylalanine (F) et est class e comme une mutation par d calage de trame. Question 2. La prot ine CFTR est une glycoprot ine intrins que de la membrane plasmique. Ciblage de prot ines destin es fonctionner comme composants de membranes : A. comprend le transport destination et travers le Golgi. B. implique une s quence de signal amino-terminal qui est conserv e dans la prot ine fonctionnelle. C. se produit apr s que la prot ine a t compl tement synth tis e (c'est- -dire post-traductionnelle). D. n cessite la pr sence de r sidus de mannose 6-phosphate sur la prot ine. Question 3. Pourquoi peut-on observer une st atorrh e avec la mucoviscidose ? Cas 9 : Teneur lev e en ammoniac Pr sentation du patient : RL est un homme de 40 heures pr sentant des signes d' d me c r bral. Histoire cibl e : Le RL est le produit terme d'une grossesse et d'un accouchement normaux. Il semblait normal la naissance. l' ge de 36 heures, il est devenu irritable, l thargique et hypothermique. Il ne se nourrissait que mal et vomissait. Il pr sentait galem |
Biochimie_Lippincott | ent une respiration tachypn ique (rapide) et des postures neurologiques. l' ge de 38 heures, il a eu une crise d' pilepsie. R sultats pertinents : Une alcalose respiratoire (augmentation du pH, diminution du CO2 [hypocapnie]), une augmentation de l'ammoniac et une diminution de l'azote ur ique dans le sang ont t observ es. Un d pistage des acides amin s a r v l que l'argininosuccinate tait multipli par >60 par rapport la ligne de base et que la citrulline tait multipli e par 4. La glutamine a t lev e et l'arginine (Arg) a diminu par rapport la normale. Diagnostic : Le lsrr pr sente une anomalie du cycle de l'ur e avec apparition n onatale. Traitement : Une h modialyse a t r alis e pour liminer l'ammoniac. Du ph nylac tate de sodium et du benzoate de sodium ont t administr s pour aider l'excr tion de l'azote des d chets, tout comme l'Arg. Le traitement long terme comprendra une limitation vie des prot ines alimentaires ; suppl mentation en acides amin s essentiels ; et l'administration d'Arg, de ph nylac tate de sodium et de ph nylbutyrate de sodium. Pronostic : La survie jusqu' l' ge adulte est possible. Le degr d'atteinte neurologique est li au degr et l' tendue de l'hyperammoni mie. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. D'apr s les r sultats, quelle enzyme du cycle de l'ur e est la plus susceptible d' tre d ficiente chez ce patient ? A. ArginaseB. Argininosuccinate lyaseC. Argininosuccinate synth taseD. Carbamoyl phosphate synth tase IE. Ornithine transcarbamoylase Q2. Pourquoi la suppl mentation en Arg est-elle utile dans ce cas ? Question 3. Chez les personnes pr sentant une carence partielle (plus l g re) en enzymes du cycle de l'ur e, dont le taux de l'un des l ments suivants devrait diminuer pendant les p riodes de stress physiologique ? A. Alanine B. L'ammoniac C. Glutamine D. Insuline E. pH Cas 10 : Douleur au mollet Pr sentation du patient : CR est une femme de 19 ans qui est valu e pour une douleur et une enflure au mollet droit. Il y a dix jours, CR a subi une ablation de la rate la suite d'un accident de v lo au cours duquel elle s'est fractur l' minence tibiale, n cessitant une immobilisation du genou droit. Elle s'est bien r tablie de l'op ration. CR ne prend plus d'analg siques mais a continu prendre des contraceptifs oraux (PCO). R sultats pertinents : Le mollet droit de CR est de couleur rouge tre ( ryth mateuse) et chaud au toucher. Il est visiblement gonfl . Le mollet gauche est d'apparence normale et n'a pas de douleur. Une chographie est demand e. Diagnostic : La RC est caract ris e par une thrombose veineuse profonde (TVP). Les PCO sont un facteur de risque de TVP, tout comme la chirurgie et l'immobilisation. Traitement (imm diat) : De l'h parine et de la warfarine sont administr es. Pronostic : Dans les 10 ans suivant une TVP, environ un tiers des personnes pr sentent une r cidive. Questions relatives au cas : Choisissez la meilleure r ponse. Question 1. Une TVP est un caillot sanguin qui obstrue la lumi re d'une veine profonde, le plus souvent dans la jambe. Laquelle des affirmations suivantes sur la cascade de coagulation est correcte ? Un. Une carence en facteur (F)IX de la voie intrins que entra ne l'h mophilie A. B. FIII de la voie extrins que est une prot ase s rine. C. La formation du r seau de fibrine est appel e h mostase primaire. D. La thrombine active prot olytiquement les composants des voies extrins ques, intrins ques et communes. E. La vitamine K est n cessaire l'activation du fibrinog ne. Question 2. Lequel des l ments suivants augmenterait le risque de thrombose ? A. Production excessive d'antithrombine B. Production excessive de prot ine SC. Expression de FV LeidenD. Hypoprothrombin mie Maladie d'E. von Willebrand Q3. Comparez et opposez les actions de l'h parine et de la warfarine. Cas cibl s : r ponses des questions bas es sur des casCas 1 : An mie avec -thalass mie mineure R ponse = B. La transcription (synth se d'ARN simple brin partir du brin matrice d'ADN double brin) n cessite la liaison de prot ines (facteurs de transactivit ) des s quences de l'ADN ( l ments agissant cis). L'ARN messager eucaryote (ARNm) est monocistronique car il contient des informations provenant d'un seul g ne (cistron). La s quence de base TAG (thymine ad nine guanine) dans le brin codant de l'ADN est U(uracile)AG dans l'ARNm. L'UAG est un signal qui met fin la traduction (synth se des prot ines), et non la transcription. C'est la formation de la 5 coiffe de l'ARNm eucaryote qui n cessite la m thylation ( l'aide de la S-ad nosylm thionine), et non la polyad nylation 3 extr mit s. L' pissage est le processus m di par l' pissage par lequel les introns sont retir s de l'ARNm eucaryote et les exons joints. R ponse = C. Le monoxyde de carbone (CO) augmente l'affinit de l'h moglobine (Hb)A pour l'O2, diminuant ainsi la capacit de l'HbA d charger l'O2 dans les tis |
Biochimie_Lippincott | sus. Le CO stabilise la forme R (d tendue) ou oxyg n e et d place la courbe de dissociation de l'O2 vers la gauche, diminuant ainsi l'apport d'O2 (voir figure en haut droite). Les autres choix diminuent l'affinit pour l'O2, stabilisent la forme T (tendue) ou d soxyg n e, et provoquent un d calage vers la droite de la courbe. L'HbA2 et l'Hb f tale (HbF) ne contiennent pas de globine . mesure que la production de globine diminue, la synth se de HbA2 ( 2 2) et d'HbF ( 2 2) augmente. L'an mie falciforme est caus e par une mutation ponctuelle (A T) dans le g ne de la globine qui entra ne le remplacement du glutamate par la valine la position du sixi me acide amin dans la prot ine. L'analyse mutationnelle l'aide de sondes d'oligonucl otides sp cifiques d'all les (ASO) pour cette mutation ( S) et pour la s quence normale ( A) est utilis e pour le diagnostic (voir figure en bas droite). -thalass mie, en revanche, est caus e par des centaines de mutations diff rentes. L'analyse mutationnelle l'aide de sondes ASO permet d' valuer les mutations courantes, y compris les mutations ponctuelles, dans les populations risque (par exemple, celles d'ascendance grecque). Cependant, les mutations moins courantes ne sont souvent pas incluses dans le panel et ne peuvent tre d tect es que par s quen age de l'ADN. Cas 2 : ruption cutan e avec la maladie de Lyme R ponse = C. La formation d'une liaison peptide entre l'acide amin du site A du ribosome et l'acide amin ajout en dernier au peptide en croissance du site P est catalys e par un ARN de la grande sous-unit ribosomique. Tout ARN ayant une activit catalytique est appel ribozyme (voir figure la page suivante). La m thionine formyl e est utilis e pour initier la traduction procaryote. L'ARNt charg est le seul ARNt qui se rend directement au site P, laissant le site A disponible pour l'ARNt portant l'acide amin suivant de la prot ine fabriqu e. La traduction eucaryote est inhib e par la phosphorylation du facteur d'initiation 2 (eIF-2). La s quence de Shine-Dalgarno se trouve dans l'ARN messager procaryote (ARNm) et facilite l'interaction de l'ARNm avec la petite sous-unit ribosomique. Chez les eucaryotes, les prot ines de liaison la coiffe effectuent cette t che. R ponse = B. Le test immuno-enzymatique (ELISA) et le western blot sont utilis s pour analyser les prot ines. Chacun utilise des anticorps pour d tecter et quantifier la prot ine d'int r t. Ce sont les Western Blots qui utilisent l' lectrophor se. La r action en cha ne par polym rase (PCR) est utilis e pour amplifier l'ADN. Les antibiotiques de la famille des t tracyclines inhibent la synth se des prot ines en se liant et en bloquant le site A de la petite sous-unit ribosomique (30S) chez les procaryotes. La t tracycline interagit sp cifiquement avec le composant de l'ARN ribosomique (ARNr) 16S de la sous-unit 30S, inhibant l'initiation de la traduction. Les eucaryotes ne contiennent pas d'ARNr 16S. Leur petite sous-unit (40S) contient de l'ARNr 18S, qui ne se lie pas la t tracycline. Cas 3 : Sang sur la brosse dents avec carence en vitamine C R ponse = C. La vitamine C (acide ascorbique) fonctionne comme une coenzyme dans l'hydroxylation de la proline et de la lysine dans la synth se du collag ne, une prot ine fibreuse de la matrice extracellulaire. La vitamine C est galement la coenzyme du cytochrome b duod nal (Dcytb) qui r duit le fer alimentaire de la forme ferrique (Fe3+) la forme ferreuse (Fe2+) n cessaire l'absorption via le transporteur de m taux divalents (DMT) des ent rocytes (voir figure ci-dessous). Avec une carence en vitamine C, l'absorption de fer alimentaire est alt r e et entra ne une an mie microcytaire et hypochrome. En tant que vitamine hydrosoluble, la vitamine C n'est pas stock e. La r ticulation du collag ne par la lysyl oxydase n cessite du cuivre, et non de la vitamine C. R ponse = A. L'incapacit absorber la vitamine B12 entra ne une an mie pernicieuse et est le plus souvent caus e par une diminution de la production de facteur intrins que (FI) par les cellules pari tales de l'estomac (voir figure droite). Les vitamines D et A, en complexe avec leurs r cepteurs, se lient l'ADN et modifient l'expression des g nes. La thiamine (vitamine B1) est une coenzyme dans la d carboxylation oxydative du pyruvate et de l' c toglutarate et, par cons quent, est importante dans le m tabolisme nerg tique de la plupart des cellules. Le m thotrexate inhibe la dihydrofolate r ductase, l'enzyme qui r duit le dihydrofolate en t trahydrofolate (THF), la forme coenzyme fonctionnelle de l'folate. Cela entra ne une diminution de la disponibilit du THF. C'est la pyridoxine (vitamine B6) sous forme de phosphate de pyridoxal qui est la coenzyme pour la plupart des r actions impliquant des acides amin s. [Remarque : La t trahydrobiopt rine est requise par les hydroxylases d'acides amin s aromatiques et les oxydes nitriques synthases.] Les an mies nutritionnelle |
Biochimie_Lippincott | s sont caract ris es par une augmentation de la taille des globules rouges (carences en folate et en B12) ou une diminution de la taille des globules rouges (carences en fer et en vitamine C). Dans les an mies h molytiques, comme on le voit dans les d ficits en glucose 6-phosphate d shydrog nase et pyruvate kinase et dans l'an mie falciforme, la taille des globules rouges est g n ralement normale et le nombre de globules rouges est diminu . Cas 4 : Rythme cardiaque rapide, maux de t te et transpiration avec un ph ochromocytome R ponse = D. La d gradation de l' pin phrine et de la noradr naline (NE) implique la m thylation par la cat chol-O-m thyltransf rase (COMT) qui produit la norm tan phrine partir de l'EN et la m tan phrine partir de l' pin phrine (voir la figure droite). Ces deux produits sont d samin s en acide vanillylmand lique par la monoamine oxydase (MAO). Le substrat pour la synth se des cat cholamines est la tyrosine, qui est hydroxyl e en 3,4dihydroxyph nylalanine (DOPA) par la tyrosine hydroxylase n cessitant de la t trahydrobiopt rine. La DOPA est convertie en dopamine par un phosphate de pyridoxal, ce qui n cessite une d carboxylase. [Remarque : la plupart des carboxylases n cessitent de la biotine.] L'EN est converti en pin phrine par m thylation, et la S-ad nosylm thionine fournit le groupe m thyle. R ponse = A. L'ent rite n crotique lib r e par le syst me nerveux sympathique fonctionne comme un neurotransmetteur qui agit sur les neurones postsynaptiques et provoque, par exemple, une augmentation du rythme cardiaque. Il est galement lib r par la m dullosurr nale et, avec l' pin phrine, fonctionne comme une hormone contre-r gulatrice qui entra ne la mobilisation des carburants stock s (par exemple, le glucose et les triacylglyc rols). Ces actions sont m di es par la liaison de l'EN, aux r cepteurs adr nergiques, qui sont des r cepteurs coupl s aux prot ines G de la membrane plasmique, et non aux r cepteurs nucl aires comme ceux des hormones st ro des ou aux r cepteurs de la tyrosine kinase membranaire comme celui de l'insuline. Le choc septique est une hypotension vasodilatatrice (pression art rielle basse caus e par la dilatation des vaisseaux sanguins) r sultant de la production de grandes quantit s d'oxyde nitrique par l'oxyde nitrique synthase inductible en r ponse l'infection. L'ent rite n crotique li e aux r cepteurs des cellules musculaires lisses provoque une vasoconstriction et, par cons quent, augmente la pression art rielle. Cas 5 : Sensibilit au soleil avec Xeroderma Pigmentosum R ponse = D. Les dim res de pyrimidine sont les l sions caract ristiques de l'ADN caus es par le rayonnement ultraviolet (UV). Leur r paration implique l'excision d'un oligonucl otide contenant le dim re et le remplacement de cet oligonucl otide, un processus connu sous le nom de r paration par excision de nucl otides (NER). (Voir la figure de droite pour une repr sentation du processus chez les procaryotes.) Les syst mes de r paration de l'ADN se trouvent chez les procaryotes et les eucaryotes. Rien n'est exempt d'erreurs, mais la m thode de recombinaison homologue (HR) de r paration des cassures double brin est beaucoup moins sujette l'erreur que la m thode de jonction d'extr mit s non homologues (NHEJ), car tout ADN qui a t perdu est remplac . La r paration de bases non appari es (MMR) implique l'identification et la r paration du brin nouvellement synth tis (fille). Chez les procaryotes, l' tendue de la m thylation des brins est utilis e pour discriminer entre les brins. La r paration par excision de base (BER), le m canisme par lequel l'uracile est limin de l'ADN, utilise une glycosylase pour liminer la base, cr ant ainsi un site apyrimidinique ou apurinique (AP). Le phosphate de sucre est ensuite limin par l'action d'une endonucl ase et d'une exonucl ase. R ponse = A. Toute r plication n cessite une amorce d'ARN car les ADN polym rases (pol) ne peuvent pas initier la synth se de l'ADN. La chromatine des eucaryotes est d condens e (d tendue) pour la r plication. La relaxation peut tre r alis e, par exemple, par ac tylation via les histones ac tyltransf rases. Les procaryotes ont plus d'un ADN pol. Par exemple, pol III tend l'amorce d'ARN avec de l'ADN, et pol I supprime l'amorce et la remplace par de l'ADN. La r plication est initi e des endroits sp cifiques (un chez les procaryotes, beaucoup chez les eucaryotes) qui sont reconnus par des prot ines (par exemple, l'ADNa chez les procaryotes). Les d soxynucl osides monophosphates (dNMP) sont reli s par une liaison phosphodiester qui relie le groupe 3'hydroxyle du dernier dNMP ajout au groupe 5'-phosphate du nucl otide entrant, formant ainsi une liaison 3 '5'-phosphodiester lorsque le pyrophosphate est lib r . La relecture se produit pendant la r plication dans la phase S (synth se de l'ADN) du cycle cellulaire et implique l'activit d'exonucl ase 3' 5' poss d e par certains pol d'ADN (voir figure ci-dessous). tant d |
Biochimie_Lippincott | onn que la r paration peut se produire ind pendamment de la r plication, elle peut tre effectu e en dehors de la phase S. Cas 6 : Urine fonc e et scl rotiques jaunes avec R ponse = B. Le glutathion sous sa forme r duite (G-SH) est un antioxydant important. L'enzyme glutathion peroxydase, contenant du s l nium, r duit le peroxyde d'hydrog ne (H2O2, une esp ce r active de l'oxyg ne) en eau lorsque la glutathionine est oxyd e (G-S-S-G). La r duction du nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate (NADPH) n cessitant la glutathionine r ductase r g n re G-SH partir de G-S-S-G (voir Figure A). Le NADPH est fourni par les r actions oxydatives de la voie du pentose phosphate (voir figure B), qui est r gul e par la disponibilit du NADPH l' tape catalys e par la glucose 6-phosphate d shydrog nase (G6PD) (la premi re tape). La carence en G6PD se produit dans toutes les cellules, mais les effets sont observ s dans les globules rouges o la voie du pentose phosphate est la seule source de NADPH. La voie implique deux r actions oxydatives irr versibles, chacune g n rant du NADPH. Le NADPH est utilis dans les processus r ducteurs tels que la synth se des acides gras (et non l'oxydation) ainsi que la synth se des hormones st ro des et du cholest rol. R ponse = A. La jaunisse (ict re) fait r f rence la couleur jaune de la peau, des lits des ongles et des scl rotiques qui r sulte du d p t de bilirubine lorsque le taux de bilirubine dans le sang est lev (hyperbilirubin mie ; voir Image C). La bilirubine a une faible solubilit dans les solutions aqueuses et sa solubilit est augment e par la conjugaison avec l'acide uridine diphosphate-glucuronique dans le foie, formant du diglucuronide de bilirubine ou de la bilirubine conjugu e (CB). Dans les conditions h molytiques, telles que le d ficit en G6PD, les CB et la bilirubine non conjugu e (UCB) sont augment es, mais c'est l'UCB qui se trouve dans le sang. Le CB est envoy dans l'intestin. La phototh rapie est utilis e pour traiter l'hyperbilirubin mie non conjugu e car elle convertit la bilirubine en formes isom res plus solubles dans l'eau. La bilirubine est le produit de la d gradation de l'h me dans les cellules du syst me phagocytaire mononucl aire, en particulier dans le foie et la rate. Les porphyries sont des pathologies de la synth se de l'h me et, par cons quent, ne sont pas caract ris es par une hyperbilirubin mie. Avec l'h molyse, plus de bilirubine est produite et conjugu e. Le CB est envoy dans l'intestin o il est converti en urobilinog ne, dont une partie est r absorb e, p n tre dans le sang porte et se rend au rein. tant donn que la source de l'urobilinog ne urinaire est l'urobilinog ne intestinal, l'urobilinog ne urinaire sera faible dans la jaunisse obstructive parce que l'urobilinog ne intestinal sera faible en raison de l'obstruction du canal chol doque (voir la figure D). Cas 7 : Douleurs articulaires avec goutte R ponse = F. R cup ration des bases puriques hypoxanthine et guanine en nucl otides puriques inosine monophosphate (IMP) et guanosine monophosphate (GMP) par hypoxanthine-guanine La phosphoribosyltransf rase (HGPRT) n cessite le 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP) comme source du ribose-1phosphate. La r cup ration diminue la quantit de substrat disponible pour la d gradation en acide urique. Par cons quent, une carence en r cup ration entra ne une hyperuric mie (voir figure droite). Les inhibiteurs non comp titifs tels que l'oxypurinol n'ont aucun effet sur la constante de Michaelis (Km) mais diminuent la vitesse maximale apparente (Vmax). La colchicine est un m dicament anti-inflammatoire. Il n'a aucun effet sur les enzymes de synth se ou de d gradation des purines. La glutamine (et non le glutamate) est une source d'azote pour la synth se des cycles puriques. Dans la synth se des nucl otides puriques, le syst me d'anneau purique est construit sur le ribose 5-phosphate fourni par le PRPP. L'allopurinol et son m tabolite, l'oxypurinol, inhibent la xanthine oxydase de la d gradation de la purine. L'amidotransf rase est l'enzyme r gul e de la synth se des purines. Son activit est diminu e par les nucl otides puriques et augment e par le PRPP. R ponse = B. Le m thotrexate inhibe la dihydrofolate r ductase, diminuant la disponibilit du N5,N10-m thyl ne t trahydrofolate n cessaire la synth se de la d soxythymidine monophosphate (dTMP) partir de la d soxyuridine monophosphate (dUMP) par la thymidylate synthase (voir la figure droite). La carbamoylphosphate synth tase (CPS) II est l'activit enzymique r gul e de la biosynth se de la pyrimidine chez l'homme. La CPS I est une enzyme du cycle de l'ur e. L'acidurie orotique est une pathologie rare de la synth se de la pyrimidine caus e par un d ficit de l'une ou des deux activit s enzymatiques de l'uridine monophosphate synthase bifonctionnelle. La synth se des nucl otides de la pyrimidine, tout comme la synth se et le sauvetage des purines, n cessite un PRPP. L'augment |
Biochimie_Lippincott | ation de l'activit de la PRPP synth tase entra ne une augmentation de la synth se du PRPP. Cela se traduit par une augmentation de la synth se des nucl otides puriques au-del des besoins. L'exc s de nucl otides puriques se d grade en acide urique, provoquant ainsi une hyperuric mie. Cas 8 : Pas de selles avec la mucoviscidose R ponse = A. Les manifestations cliniques de la mucoviscidose (FK) sont la cons quence de la r tention de chlorure avec une absorption d'eau accrue qui rend le mucus la surface de l' pith lium excessivement pais et collant. Il en r sulte des probl mes pulmonaires et gastro-intestinaux tels qu'une infection respiratoire et une alt ration des fonctions pancr atiques exocrines et endocriniennes (insuffisance pancr atique). Une alt ration de la fonction pancr atique endocrine peut entra ner un diab te avec une hyperglyc mie associ e. La technique de test g n tique d crite, et utilis e dans le diagnostic de la FK, est l'utilisation d'oligonucl otides sp cifiques des all les (ASO). Certaines mutations entra nent une d gradation accrue de la prot ine CF transmembrane conductance regulator (CFTR), mais la d gradation est initi e par le marquage de la prot ine avec de l'ubiquitine. Les mutations par d calage de cadre modifient le cadre de lecture par l'ajout ou la suppression de nucl otides par un nombre non divisible par trois. tant donn que la mutation F509 est caus e par la perte de trois nucl otides qui codent pour la ph nylalanine (F) en position 509 dans la prot ine CFTR, il ne s'agit pas d'une mutation par d calage de cadre. R ponse = A. Le ciblage de prot ines destin es fonctionner comme des composants de la membrane plasmique est un exemple de ciblage cotraductionnel. Il implique l'initiation de la traduction sur les ribosomes cytosoliques ; reconnaissance de la s quence de signal amino (N)terminale dans la prot ine par la particule de reconnaissance du signal ; mouvement du complexe de synth se des prot ines vers la face externe de la membrane du r ticulum endoplasmique (RE) ; et la poursuite de la synth se des prot ines, de sorte que la prot ine est enfil e dans la lumi re du RE et emball e dans des v sicules qui se d placent vers et travers le Golgi et finissent par fusionner avec la membrane plasmique. La s quence du signal N-terminal est limin e par une peptidase dans la lumi re du RE. Le mannose 6-phosphate est le signal qui cible les prot ines de mani re cotranslationnelle vers la matrice du lysosome o elles fonctionnent comme des hydrolases acides. L'insuffisance pancr atique observ e chez certains patients atteints de mucoviscidose entra ne une diminution de la capacit dig rer les aliments, et la digestion est n cessaire l'absorption. Les graisses alimentaires se d placent dans l'intestin et sont excr t es dans les selles (voir figure droite), qui sont naus abondes et volumineuses et peuvent flotter. Les patients sont risque de malnutrition et de carences en vitamines liposolubles. La suppl mentation orale en enzymes pancr atiques est le traitement. Cas 9 : Hyperammoni mie avec un d faut du cycle de l'ur e R ponse = B. L'argininosuccinate lyase (ASL) clive l'argininosuccinate en arginine (Arg) et en fumarate. L'augmentation de l'argininosuccinate et de la citrulline et la diminution de l'Arg observ es dans la LR indiquent une carence en ASL (voir figure ci-dessous). Avec une carence en arginase, l'Arg serait augment , et non diminu . De plus, avec une carence en arginase, l'hyperammoni mie serait moins grave car deux azotes sont excr t s. Une carence en argininosuccinate synth tase (ASS) entra nerait galement une augmentation de la citrulline, mais l'argininosuccinate serait faible ou absente. La carence en carbamoylphosphate synth tase (CPS) I se caract rise par de faibles niveaux d'Arg et de citrulline. Une carence en ornithine transcarbamoylase (OTC), la seule enzyme li e l'X du cycle de l'ur e, entra nerait de faibles niveaux d'Arg et de citrulline et des taux lev s d'acide orotique urinaire. [Remarque : L'acide orotique est lev parce que le substrat de phosphate de carbamoyle (CP) de l'OTC est utilis dans le cytosol comme substrat pour la synth se de la pyrimidine.] La suppl mentation en Arg est utile car l'Arg sera hydrolys en ur e + ornithine par l'arginase. L'ornithine sera combin e avec de la PC pour former de la citrulline (voir figure ci-dessus). En cas de carence en ASL (et en ASS), la citrulline s'accumule et est excr t e, transportant ainsi l'azote des d chets hors du corps. R ponse = D. Chez les personnes pr sentant des d ficiences plus l g res (partielles) des enzymes du cycle de l'ur e, l'hyperammoni mie peut tre d clench e par un stress physiologique (par exemple, une maladie ou un je ne prolong ) qui diminue le rapport insuline/hormone contre-r gulatrice. [Remarque : Le degr d'hyperammoni mie est g n ralement moins grave que celui observ dans les formes n onatales.] Le changement dans le rapport entra ne, en partie, un |
Biochimie_Lippincott | e prot olyse des muscles squelettiques, et les acides amin s lib r s sont d grad s. La d gradation implique la transamination par les aminotransf rases n cessitant du phosphate de pyridoxal qui g n rent le d riv de l'acide -c to de l'acide amin + glutamate. Le glutamate subit une d samination oxydative en -c toglutarate et en ammoniac (NH3) par la glutamate d shydrog nase (GDH ; voir figure droite). [Remarque : La GDH est inhabituelle en ce sens qu'elle utilise la fois du nicotinamide ad nine dinucl otide (NAD) et du nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate (NADP) comme coenzymes.] Le NH3, qui est toxique, peut tre transport vers le foie sous forme de glutamine (Gln) et d'alanine (Ala). Le Gln est g n r par l'amination du glutamate par la glutamine synth tase n cessitant de l'ATP. Dans le foie, l'enzyme glutaminase limine le NH3, qui peut tre converti en ur e par le cycle de l'ur e ou excr t sous forme d'ammonium (NH4+) (voir la figure droite). Le Gln est donc un v hicule non toxique de transport du NH3 dans le sang. L'Ala est g n r dans le muscle squelettique partir du catabolisme des acides amin s cha ne ramifi e (BCAA). Dans le foie, l'Ala est transamin par l'alanine transaminase (ALT) en pyruvate (utilis dans la glucon ogen se) et en glutamate. Ainsi, Ala transporte l'azote vers le foie pour le convertir en ur e (voir figure ci-dessous). Par cons quent, des d fauts dans le cycle de l'ur e entra neraient une l vation de NH3, Gln et Ala. L' l vation du NH3 stimule la respiration et l'hyperventilation provoque une augmentation du pH (alcalose respiratoire). [Remarque : L'hyperammoni mie est toxique pour le syst me nerveux. Bien que les m canismes exacts ne soient pas compl tement compris, on sait que le m tabolisme de grandes quantit s de NH3 en Gln (dans les astrocytes du cerveau) entra ne des effets osmotiques qui font gonfler le cerveau. De plus, l'augmentation de Gln diminue la disponibilit du glutamate, un neurotransmetteur excitateur.] Cas 10 : Mollet enfl et douloureux avec thrombose veineuse profonde R ponse = D. La thrombine, une prot ase s rine, est activ e par le complexe prothrombinase du facteur (F)Xa + FVa. Une fois form e, la thrombine activ e (FIIa) active prot olytiquement les composants des voies extrins que (FVII) et intrins que (FXI, FVIII), g n rant ainsi le FXa. La thrombine peut galement activer FV, FI et FXIII de la voie commune (voir figure ci-dessous). L'h mophilie A est caus e par une carence en FVIII. Le d ficit en FIX entra ne l'h mophilie B. FIII, galement connu sous le nom de facteur tissulaire (TF), est une glycoprot ine transmembranaire de l'endoth lium vasculaire. Il fonctionne comme une prot ine accessoire et non comme une prot ase. La formation du bouchon plaquettaire est une h mostase primaire, et la formation du r seau de fibrine est une h mostase secondaire. La vitamine K est n cessaire l'activation ( -carboxylation) de FII, FVII, FIX et FX (prot ases n cessitant du calcium [Ca2+] et des phospholipides [PL]), mais pas pour FI (fibrinog ne). R ponse = C. FV Leiden est une forme mutante de FV qui r siste la prot olyse par le complexe de prot ine C activ . La diminution de la capacit d grader la VF permet une production continue de thrombine activ e et entra ne un risque accru de formation de caillots ou de thrombophilie. L'antithrombine III (ATIII) et la prot ine S sont des prot ines d'anticoagulation. Une production accrue, et non diminu e, de prothrombine entra nerait une thrombophilie. Une carence en facteur de von Willebrand provoque une coagulopathie ou une d ficience de la coagulation par des effets sur le FVIII et les plaquettes. L'h parine et la warfarine sont des anticoagulants. L'h parine, un glycosaminoglycane, augmente l'affinit de l'ATIII pour la thrombine. La liaison de l'ATIII limine la thrombine du sang et l'emp che de convertir le fibrinog ne en fibrine. La warfarine, un analogue synth tique de la vitamine K, inhibe la vitamine K poxyde r ductase et emp che la r g n ration de la forme hydroquinone fonctionnelle de la vitamine qui est n cessaire la -carboxylation des r sidus de glutamate en r sidus de -carboxyglutamate (Gla) dans FII, FVII, FIX et FX (voir figures ci-dessous). |
Histologie de Ross | APER U DES M THODES UTILIS ES EN HISTOLOGIE / 1 PR PARATION DES TISSUS / 2 Coloration l'h matoxyline et l' osine avec fixation au formol / 2 Autres fixateurs / 2 Autres proc dures de coloration / 3 HISTOCHIMIE ET CYTOCHIMIE / 3 Composition chimique des chantillons histologiques / 3 Bases chimiques de la coloration / 5 Digestion enzymatique / 7 Histochimie enzymatique / 7 Immunocytochimie / 7 Techniques d'hybridation / 10 Autoradiographie / 12 MICROSCOPIE / 13 Microscopie optique / 13 Examen de la pr paration d'une lame histologique dans le Microscope optique / 14 Autres syst mes optiques / 15 Microscopie lectronique / 18 Microscopie force atomique / 20 Dossier 1.1 Corr lation clinique : coupes congel es / 4 Dossier 1.2 Consid rations fonctionnelles : Microspectrophotom trie Feulgen / 7 Dossier 1.3 Corr lation clinique : Anticorps monoclonaux en m decine / 9 Dossier 1.4 Utilisation appropri e du microscope optique / 11 L'objectif d'un cours d'histologie est d'amener l' tudiant comprendre la microanatomie des cellules, des tissus et des organes et corr ler la structure avec la fonction. Les m thodes utilis es par les histologistes sont extr mement diverses. Une grande partie du contenu des cours d'histologie peut tre encadr e en termes de microscopie optique. Aujourd'hui, les tudiants des laboratoires d'histologie utilisent soit des microscopes optiques, soit, de plus en plus fr quemment, la microscopie virtuelle, qui repr sente une m thode de visualisation d'un chantillon microscopique num ris sur un cran d'ordinateur. Dans le pass , l'interpr tation plus d taill e de la microanatomie se faisait l'aide du microscope lectronique (EM), la fois le microscope lectronique transmission (MET) et le microscope lectronique balayage (MEB). Aujourd'hui, le microscope force atomique (AFM) peut galement fournir des images haute r solution, dont la r solution est comparable celle obtenue par TEM. L'EM et l'AFM, en raison de leur plus grande r solution et de leur amplification utile, sont souvent la derni re tape de l'acquisition de donn es partir de nombreuses techniques auxiliaires de biologie cellulaire et mol culaire. Ces techniques auxiliaires comprennent : l'histochimie et la cytochimie, l'immunocytochimie et les techniques d'hybridation, l'autoradiographie, la culture d'organes et de tissus, la s paration de cellules et d'organites par centrifugation diff rentielle, ainsi que des techniques microscopiques et des microscopes sp cialis s. L' tudiant peut se sentir loign de ces techniques et proc dures exp rimentales parce qu'il n'y a g n ralement pas d'exp rience directe avec celles-ci dans les programmes actuels. N anmoins, il est important de conna tre les proc dures sp cialis es et les donn es qu'elles fournissent. Ce chapitre fournit un aper u des m thodes et offre une explication de la fa on dont les donn es fournies par ces m thodes peuvent aider l' tudiant acqu rir une meilleure compr hension des cellules, des tissus et du fonctionnement des organes. L'un des probl mes auxquels sont confront s les tudiants en histologie est de comprendre la nature de l'image bidimensionnelle d'une lame histologique ou d'une micrographie lectronique et comment l'image se rapporte la structure tridimensionnelle dont elle provient. Pour combler cette lacune conceptuelle, nous devons d'abord pr senter une br ve description des m thodes par lesquelles les lames et les chantillons de microscopie lectronique sont produits. La coupe color e l'h matoxyline et l' osine, pr par e r guli rement, est l' chantillon le plus souvent tudi . L'ensemble de lames remis chaque tudiant pour tudier au microscope optique se compose principalement d' chantillons fix s au formol, incorpor s la paraffine, color s l'h matoxyline et l' osine (H&E). Presque toutes les micrographies optiques de la section Atlas de ce livre sont des diapositives provenant de v ritables ensembles d' tudiants. De plus, la plupart des photomicrographies utilis es pour illustrer les tissus et les organes dans les cours et les conf rences d'histologie sont tir es de ces lames. D'autres techniques de coloration sont parfois utilis es pour mettre en vidence des composants cellulaires et tissulaires sp cifiques ; Plusieurs de ces m thodes sont abord es ci-dessous. La premi re tape de la pr paration d'un chantillon de tissu ou d'organe est la fixation pour pr server la structure. La fixation, g n ralement par un produit chimique ou un m lange de produits chimiques, pr serve de fa on permanente la structure tissulaire pour les traitements ult rieurs. Les chantillons doivent tre immerg s dans un fixateur imm diatement apr s avoir t retir s du corps. La fixation est utilis e pour : terminer le m tabolisme cellulaire, emp cher la d gradation enzymatique des cellules et des tissus par autolyse (autodigestion), tuer les micro-organismes pathog nes tels que les bact ries, les champignons et les virus, et durcir le |
Histologie de Ross | tissu la suite de la r ticulation ou de la d coloration des mol cules de prot ines. Le formol, une solution aqueuse 37 % de formald hyde, diverses dilutions et en combinaison avec d'autres produits chimiques et tampons, est le fixateur le plus couramment utilis . Le formald hyde pr serve la structure g n rale de la cellule et les composants extracellulaires en r agissant avec les groupes amin s des prot ines (le plus souvent des r sidus de lysine r ticul s). Parce que le formald hyde ne modifie pas de mani re significative leur structure tridimensionnelle, les prot ines conservent leur capacit r agir avec des anticorps sp cifiques. Cette propri t est importante dans les m thodes de coloration immunocytochimique (voir page 7). La solution commerciale standard de formald hyde tamponn e avec des phosphates (pH 7) agit relativement lentement mais p n tre bien dans les tissus. Cependant, parce qu'il ne r agit pas avec les lipides, c'est un mauvais fixateur des membranes cellulaires. Dans la deuxi me tape, l' chantillon est pr par pour tre int gr dans de la paraffine afin de permettre le sectionnement. La pr paration d'un chantillon pour l'examen n cessite son infiltration l'aide d'un substrat d'enrobage qui permet de le trancher finement, g n ralement dans la plage de 5 15 m (1 microm tre [ m] quivaut 1/1 000 de millim tre [mm] ; voir le tableau 1.1). L' chantillon est lav apr s la fixation et d shydrat dans une s rie de solutions d'alcool de concentration croissante allant jusqu' 100% d'alcool pour liminer l'eau. Dans l' tape suivante, le nettoyage, des solvants organiques tels que le xylol ou le toluol, qui sont miscibles la fois dans l'alcool et la paraffine, sont utilis s pour liminer l'alcool avant l'infiltration de l' chantillon avec de la paraffine fondue. TABLEAU quivalents lin aires couramment utilis s1.1 1 picom tre (pm) 0.01 angstr m ( ) 1 angstr m 0.1 nanom tre (nm) 10 angstr m 1.0 nanom tre 1 nanom tre 1 000 picom tres 1.0 nanom tres 1.0 microm tre ( m) 1 000 microm tres 1,0 millim tre (mm) Lorsque la paraffine fondue est froide et durcie, elle est coup e en un bloc de taille appropri e. Le bloc est ensuite mont dans une trancheuse sp cialement con ue un microtome et coup avec un couteau en acier. Les sections r sultantes sont ensuite mont es sur des lames de verre l'aide d'un support de montage (pin ne ou r sines acryliques) comme adh sif. Dans la troisi me tape, l' chantillon est color pour permettre l'examen. Comme les sections de paraffine sont incolores, l' chantillon n'est pas encore adapt l'examen microscopique l ger. Pour colorer ou colorer les sections de tissus, la paraffine doit tre dissoute, nouveau avec du xylol ou du toluol, et la lame doit ensuite tre r hydrat e travers une s rie de solutions de concentration d'alcool d croissante. Le tissu des lames est ensuite color l'h matoxyline dans de l'eau. Parce que la contre-teinture, l' osine, est plus soluble dans l'alcool que dans l'eau, l' chantillon est nouveau d shydrat par une s rie de solutions alcooliques de concentration croissante et color avec de l' osine dans l'alcool. La figure 1.1 montre les r sultats de la coloration l'h matoxyline seule, l' osine seule et l'h matoxyline avec l' osine de contre-coloration. Apr s coloration, l' chantillon est ensuite pass travers du xylol ou du toluol dans un milieu d'enrobage non aqueux et recouvert d'une lamelle pour obtenir une pr paration permanente. Le formol ne pr serve pas tous les composants cellulaires et tissulaires. Bien que les coupes color es en H&E des chantillons fix s au formol soient pratiques utiliser parce qu'elles pr sentent correctement les caract ristiques structurelles g n rales, elles ne peuvent pas lucider la composition chimique sp cifique des composants cellulaires. De plus, de nombreux composants sont perdus dans la pr paration de l' chantillon. Pour conserver ces composants et structures, d'autres m thodes de fixation doivent tre utilis es. Ces m thodes sont g n ralement bas es sur une compr hension claire de la chimie impliqu e. Par exemple, l'utilisation d'alcools et de solvants organiques dans les pr parations de routine limine les lipides neutres. Pour conserver les lipides neutres, tels que ceux des cellules adipeuses, il faut utiliser des sections congel es de tissu fix au formol et des colorants qui se dissolvent dans les graisses ; Pour retenir les structures membranaires, fixateurs sp ciaux FIGURE 1.1 Coloration l'h matoxyline et l' osine (H&E). Cette s rie d' chantillons du pancr as est constitu e de coupes en s rie (adjacentes) qui d montrent l'effet de l'h matoxyline et de l' osine utilis es seules et de l'h matoxyline et de l' osine utilis es en combinaison. un. Cette photomicrographie r v le la coloration l'h matoxyline uniquement. Bien qu'il y ait une coloration globale g n rale de l' chantillon, les composants et les structures qui ont une grande affinit pou |
Histologie de Ross | r le colorant sont les plus fortement color s, par exemple, l'ADN nucl aire et les zones de la cellule contenant de l'ARN cytoplasmique. b. Dans cette photomicrographie, l' osine, la contre-teinture, a galement un effet de coloration global lorsqu'elle est utilis e seule. Notons cependant que les noyaux sont moins visibles que dans l' chantillon color l'h matoxyline seule. Une fois que l' chantillon est color l'h matoxyline, puis pr par pour la coloration l' osine dans une solution d'alcool, l'h matoxyline qui n'est pas troitement li e est perdue, et l' osine colore alors les composants avec lesquels elle a une grande affinit . c. Cette photomicrographie r v le l'effet combin de coloration de H&E. 480. contenant des m taux lourds qui se lient aux phospholipides, tels que le permanganate et l'osmium, sont utilis s (dossier 1.1). L'utilisation syst matique du t troxyde d'osmium comme fixateur pour la microscopie lectronique est la principale raison de l'excellente conservation des membranes dans les micrographies lectroniques. L'h matoxyline et l' osine sont utilis es en histologie principalement pour pr senter les caract ristiques structurelles. Malgr les m rites de la coloration H&E, la proc dure ne r v le pas de mani re ad quate certains composants structurels des coupes histologiques tels que le mat riau lastique, les fibres r ticulaires, les membranes basales et les lipides. Lorsqu'il est souhaitable d'exposer ces composants, d'autres proc dures de coloration, la plupart d'entre elles s lectives, peuvent tre utilis es. Ces proc dures comprennent l'utilisation d'orc ine et de r sorcine-fuchsine pour le mat riau lastique et l'impr gnation l'argent pour les fibres r ticulaires et le mat riau de la membrane basale. Bien que les bases chimiques de nombreuses m thodes de coloration ne soient pas toujours comprises, elles fonctionnent. Il est plus important de conna tre les composants qu'une proc dure r v le que de savoir pr cis ment comment elle fonctionne. Des proc dures chimiques sp cifiques peuvent fournir des informations sur la fonction des cellules et des composants extracellulaires des tissus. Les proc dures histochimiques et cytochimiques peuvent tre bas es sur la liaison sp cifique d'un colorant, l'utilisation d'un anticorps marqu par un colorant fluorescent avec un composant cellulaire particulier ou l'activit enzymatique inh rente d'un composant cellulaire. De plus, de nombreuses grosses mol cules pr sentes dans les cellules peuvent tre localis es par le processus d'autoradiographie, dans lequel des pr curseurs radioactivement marqu s de la mol cule sont incorpor s par les cellules et les tissus avant la fixation. Bon nombre de ces proc dures peuvent tre utilis es avec des pr parations de microscopie optique et de microscopie lectronique. Avant de discuter de la chimie de la coloration de routine et des m thodes histochimiques et cytochimiques, il est utile d'examiner bri vement la nature d'une coupe fix e et encastr e d'un chantillon. Composition chimique des chantillons histologiques La composition chimique d'un tissu pr t pour la coloration de routine diff re de celle d'un tissu vivant. Les composants qui restent apr s la fixation sont principalement constitu s de grosses mol cules qui ne se dissolvent pas facilement, surtout apr s un traitement avec le fixateur. Ces grosses mol cules, en particulier celles qui r agissent avec d'autres grosses mol cules pour former des complexes macromol culaires, sont g n ralement conserv es dans une coupe de tissu. Des exemples de tels grands complexes macromol culaires comprennent : les nucl oprot ines form es partir d'acides nucl iques li s des prot ines, les prot ines cytosquelettiques intracellulaires complex es avec des prot ines associ es, les prot ines extracellulaires en grands agr gats insolubles, li es des mol cules similaires par r ticulation de mol cules voisines, comme dans la formation de fibres de collag ne, et FOLDER 1.1 Corr lation clinique : sections congel es Parfois, on peut demander au pathologiste d' valuer imm diatement les tissus obtenus lors de la chirurgie, en particulier lorsque le diagnostic pathologique initial peut d terminer comment la chirurgie se d roulera. Il existe plusieurs indications pour effectuer une telle valuation, commun ment appel e section congel e. Le plus souvent, un chirurgien en salle d'op ration demande une section congel e lorsqu'aucun diagnostic pr op ratoire n' tait disponible ou lorsque des r sultats perop ratoires inattendus doivent tre identifi s. De plus, le chirurgien peut vouloir savoir si toute la masse pathologique l'int rieur de la limite du tissu sain a t relev e et si la marge de la r section chirurgicale est exempte de tissu malade. Des coupes congel es sont galement effectu es en combinaison avec d'autres proc dures telles que l'endoscopie ou la biopsie l'aiguille mince pour confirmer si le mat riel de biopsie obtenu sera utilisable lors d'exa |
Histologie de Ross | mens pathologiques ult rieurs. La pr paration d'une section congel e comporte trois tapes principales : La cong lation de l' chantillon de tissu. De petits chantillons de tissus sont congel s soit l'aide de dioxyde de carbone comprim , soit par immersion dans un fluide froid (isopentane) une temp rature de 50 C. La cong lation peut tre r alis e dans un r frig rateur sp cial haut rendement. La cong lation rend le tissu solide et permet de sectionner avec un microtome. Section du tissu congel . Le sectionnement est g n ralement r alis l'int rieur d'un cryostat, un compartiment r frig r contenant un microtome. Comme le tissu est congel , il peut tre coup en sections extr mement fines (5 10 m). Les sections sont ensuite mont es sur des lames de verre. Coloration des sections coup es. La coloration est effectu e pour diff rencier les noyaux cellulaires du reste du tissu. Les colorants les plus couramment utilis s pour les sections gel es sont les colorants H&E, bleu de m thyl ne (Fig. F1.1.1) et PAS. L'ensemble du processus de pr paration et d' valuation des sections congel es peut prendre aussi peu que 10 minutes. Le temps total n cessaire pour obtenir des r sultats d pend en grande partie du temps de transport du tissu de la salle d'op ration au laboratoire de pathologie, de la technique pathologique utilis e et de l'exp rience du pathologiste. Les r sultats sont ensuite directement communiqu s au chirurgien qui attend dans la salle d'op ration. aba b FIGURE F1.1.1 valuation d'un chantillon obtenu lors d'une intervention chirurgicale par la technique de la section congel e. un. Cette photomicrographie montre un chantillon obtenu partir du gros intestin qui a t pr par par la technique de la section congel e et color au bleu de m thyl ne. 160 b. Une partie de l' chantillon a t fix e dans du formol et trait e comme une pr paration de routine H&E. L'examen de la section congel e a r v l qu'elle tait normale. Ce diagnostic a t confirm plus tard par l'examen de l' chantillon H&E pr par r guli rement. 180. (Avec l'aimable autorisation du Dr Daniel W. Visscher.) Complexes membranaires phospholipides-prot ines (ou glucides). Ces mol cules constituent la structure des cellules et des tissus, c'est- -dire qu'elles constituent les l ments form s du tissu. Ils sont la base de l'organisation que l'on observe dans les tissus au microscope. Dans de nombreux cas, un l ment structurel est galement une unit fonctionnelle. Par exemple, dans le cas des prot ines qui constituent les filaments contractiles des cellules musculaires, les filaments sont les composants structurels visibles et les participants r els du processus contractile. L'ARN du cytoplasme est visualis comme faisant partie d'un composant structurel (par exemple, l'ergastoplasme des cellules s cr toires, les corps de Nissl des cellules nerveuses) et participe galement la synth se des prot ines. De nombreux composants tissulaires sont perdus lors de la pr paration de routine des coupes color es H&E. Malgr le fait que les acides nucl iques, les prot ines et les phospholipides sont principalement conserv s dans les coupes de tissus, beaucoup sont galement perdus. Les petites prot ines et les petits acides nucl iques, tels que l'ARN de transfert, sont g n ralement perdus lors de la pr paration du tissu. Comme d crit pr c demment, les lipides neutres sont g n ralement dissous par les solvants organiques utilis s dans la pr paration des tissus. D'autres grosses mol cules peuvent galement tre perdues, par exemple, en tant hydrolys es en raison du pH d favorable des solutions fixatrices. Des exemples de grosses mol cules perdues lors de la fixation de routine dans les fixateurs aqueux sont : le glycog ne (un glucide de stockage intracellulaire commun dans les cellules h patiques et musculaires), et les prot oglycanes et glycosaminoglycanes (glucides complexes extracellulaires pr sents dans le tissu conjonctif). Ces mol cules peuvent cependant tre pr serv es en utilisant un fixateur non aqueux pour le glycog ne ou en ajoutant la solution fixatrice des agents liants sp cifiques qui pr servent les mol cules extracellulaires contenant des glucides. Les composants solubles, les ions et les petites mol cules sont galement perdus lors de la pr paration des sections de paraffine. chapitre 1 TABLEAU Quelques colorants basiques et acides1.2 Couleur des colorants Colorants basiques Vert m thyle Vert Bleu m thyl ne Bleu Pyronine G Rouge Bleu Toluidine Bleu Colorants acides Fuchsin acide Rouge Aniline Bleu osine Rouge Orange G Orange Les m tabolites interm diaires, le glucose, le sodium, le chlorure et les substances similaires sont perdus lors de la pr paration des coupes de paraffine H&E. Beaucoup de ces substances peuvent tre tudi es dans des pr parations sp ciales, parfois avec une perte consid rable d'int grit structurelle. Ces petits ions et mol cules solubles ne constituent pas les l ments form s d'un tissu ; Ils p |
Histologie de Ross | articipent des processus de synth se ou des r actions cellulaires. Lorsqu'ils peuvent tre conserv s et mis en vidence par des groupes sp cifiques un pH l g rement acide neutre (5 7), les groupes sulfate et phosphate sont ionis s et disponibles pour r agir avec le colorant basique par liaisons lectrostatiques. faible pH (inf rieur 4), seuls les groupes sulfates restent des m thodes ionis es, ils fournissent des informations pr cieuses sur le m tabolisme cellulaire, le transport actif et d'autres processus cellulaires vitaux. L'eau, une mol cule tr s polyvalente, participe ces r actions et processus et contribue la stabilisation de la structure macromol culaire par liaison hydrog ne. Base chimique de la coloration L'h matoxyline et l' osine sont les colorants les plus couramment utilis s en histologie. Un colorant acide, tel que l' osine, porte une charge n gative nette sur sa partie color e et est d crit par la formule g n rale [colorant Na]. Un colorant basique porte une charge positive nette sur sa partie color e et est d crit par la formule g n rale [colorant Cl ]. L'h matoxyline ne r pond pas la d finition d'un colorant basique strict, mais poss de des propri t s qui ressemblent beaucoup celles d'un colorant basique. La couleur d'un colorant n'est pas li e au fait qu'il soit basique ou acide, comme on peut le noter dans les exemples de colorants basiques et acides num r s dans le tableau 1.2. Les colorants basiques r agissent avec les composants anioniques des cellules et des tissus (composants qui portent une charge n gative nette). Les composants anioniques comprennent les groupes phosphate des acides nucl iques, les groupes sulfates des glycosaminoglycanes et les groupes carboxyles des prot ines. La capacit de tels groupes anioniques r agir avec un colorant basique est appel e basophilie. Les composants tissulaires qui se colorent l'h matoxyline pr sentent galement une basophilie. La r action des groupes anioniques varie avec le pH. Ainsi, un pH lev (environ 10), les trois groupes sont ionis s et peuvent tre r actionn s par des liaisons lectrostatiques avec le colorant basique. et r agir avec des colorants basiques. Par cons quent, la coloration avec des colorants basiques un pH sp cifique peut tre utilis e pour se concentrer sur des groupes anioniques sp cifiques ; tant donn que les groupes anioniques sp cifiques se trouvent principalement sur certaines macromol cules, la coloration sert d'indicateur de ces macromol cules. Comme mentionn , l'h matoxyline n'est pas, proprement parler, un colorant de base. Il est utilis avec un mordant (c'est- -dire un lien interm diaire entre le composant tissulaire et le colorant). Le mordant fait ressembler la tache un colorant basique. La liaison dans le complexe tissu-mordant-h matoxyline n'est pas une simple liaison lectrostatique ; Lorsque des sections sont plac es dans l'eau, l'h matoxyline ne se dissocie pas du tissu. L'h matoxyline se pr te aux s quences de coloration dans lesquelles elle est suivie de solutions aqueuses de colorants acides. Les vrais colorants basiques, par opposition l'h matoxyline, ne sont g n ralement pas utilis s dans les s quences o le colorant basique est suivi d'un colorant acide. Le colorant basique a alors tendance se dissocier du tissu lors des lavages en solution aqueuse entre les deux solutions de colorant. Les colorants acides r agissent avec les groupes cationiques dans les cellules et les tissus, en particulier avec les groupes amin s ionis s des prot ines. La r action des groupes cationiques avec un colorant acide est appel e acidophilie. Les r actions des composants cellulaires et tissulaires avec des colorants acides ne sont ni aussi sp cifiques ni aussi pr cises que les r actions avec des colorants basiques. Bien que la liaison lectrostatique soit le principal facteur de liaison primaire d'un colorant acide au tissu, ce n'est pas le seul ; Pour cette raison, des colorants acides sont parfois utilis s en combinaison pour colorer s lectivement diff rents constituants tissulaires. Par exemple, trois colorants acides sont utilis s dans la technique de coloration Mallory : le bleu d'aniline, le fuchsin acide et l'orange G. Ces colorants colorent s lectivement le collag ne, le cytoplasme ordinaire et les globules rouges, respectivement. La fuchsine acide colore galement les noyaux. Dans d'autres techniques de colorants acides multiples, l'h matoxyline est d'abord utilis e pour colorer les noyaux, puis des colorants acides sont utilis s pour colorer s lectivement le cytoplasme et les fibres extracellulaires. La coloration s lective des composants tissulaires par des colorants acides est attribuable des facteurs relatifs tels que la taille et le degr d'agr gation des mol cules de colorant et la perm abilit et la compacit du tissu. Les colorants basiques peuvent galement tre utilis s en combinaison ou s quentiellement (par exemple, le vert de m thyle |
Histologie de Ross | et la pyronine pour tudier la synth se et la s cr tion de prot ines), mais ces combinaisons ne sont pas aussi largement utilis es que les combinaisons de colorants acides. Un nombre limit de substances dans les cellules et la matrice extracellulaire pr sentent une basophilie. Ces substances comprennent : l'h t rochromatine et les nucl oles du noyau (principalement cause des groupes phosphate ionis s dans les acides nucl iques des deux), les composants cytoplasmiques tels que l'ergastoplasme ( galement cause des groupes phosphate ionis s dans l'ARN ribosomique), et les mat riaux extracellulaires tels que les glucides complexes de la matrice du cartilage ( cause des groupes sulfate ionis s). La coloration avec des colorants acides est moins sp cifique, mais plus de substances l'int rieur des cellules et de la matrice extracellulaire pr sentent une acidophilie. Ces substances comprennent : la plupart des filaments cytoplasmiques, en particulier ceux des cellules musculaires, la plupart des composants membraneux intracellulaires et une grande partie du cytoplasme autrement non sp cialis , et la plupart des fibres extracellulaires (principalement cause des groupes amin s ionis s). Certains colorants de base r agissent avec les composants tissulaires qui changent leur couleur normale du bleu au rouge ou au violet ; Ce changement d'absorbance est appel m tachromasie. Le m canisme sous-jacent de la m tachromasie est la pr sence de polyanions dans le tissu. Lorsque ces tissus sont color s avec une solution de colorant basique concentr e, comme le bleu de toluidine, les mol cules de colorant sont suffisamment proches pour former des agr gats dim riques et polym res. Les propri t s d'absorption de ces agr gations diff rent de celles des mol cules de colorant non agr g es individuelles. Les structures cellulaires et tissulaires qui ont de fortes concentrations de sulfates ionis s et de groupes phosphates, tels que la substance broy e du cartilage, les granules contenant de l'h parine des mastocytes et le r ticulum endoplasmique rugueux des plasmocytes, pr sentent une m tachromasie. Par cons quent, le bleu de toluidine appara tra violet rouge lorsqu'il tachera ces composants. Groupes ald hydes et r actif de Schiff La capacit de la fuchsine basique blanchie (r actif de Schiff) r agir avec les groupes ald hydes donne une couleur rouge distinctive et constitue la base des r actions p riodiques acide-Schiff et Feulgen. La r action p riodique acide-Schiff (PAS) colore les glucides et les macromol cules riches en glucides. Il est utilis pour mettre en vidence le glycog ne dans les cellules, le mucus dans diverses cellules et tissus, la membrane basale qui sous-tend les pith liums et les fibres r ticulaires dans le tissu conjonctif. La r action de Feulgen, qui repose sur une l g re hydrolyse de l'acide chlorhydrique, est utilis e pour colorer l'ADN. La r action PAS est bas e sur les faits suivants : Les anneaux Hexose des glucides contiennent des carbones adjacents, chacun portant un groupe hydroxyle ( OH). Les hexosamines des glycosaminoglycanes contiennent des carbones adjacents, dont l'un porte un groupe -OH, tandis que l'autre porte un groupe amino (-NH2). L'acide p riodique clive la liaison entre ces atomes de carbone adjacents et forme des groupes ald hydes. Ces groupes ald hydes r agissent avec le r actif de Schiff pour donner une couleur magenta distinctive. La coloration PAS de la membrane basale (Fig. 1.2) et des fibres r ticulaires est bas e sur la teneur ou l'association de prot oglycanes (glucides complexes associ s un noyau prot ique). La coloration PAS est une alternative aux m thodes d'impr gnation l'argent, qui sont galement bas es sur la r action avec les mol cules de sucre dans les prot oglycanes. La r action de Feulgen est bas e sur le clivage des purines du d soxyribose de l'ADN par hydrolyse acide l g re ; Le cycle glucidique s'ouvre alors avec la formation de groupes ald hydes. Encore une fois, les groupes ald hydes nouvellement form s r agissent avec la FIGURE 1.2 Photomicrographie de tissu r nal color par la m thode PAS. Cette m thode histochimique met en vidence et localise les glucides et les macromol cules riches en glucides. Les membranes basales sont positives au PAS, comme en t moigne la coloration magenta de ces sites. Les tubules r naux (T) sont nettement d limit s par la membrane basale color e qui entoure les tubules. Les capillaires glom rulaires (C) et l' pith lium de la capsule de Bowman (BC) pr sentent galement des membranes basales positives au PAS. 360. DOSSIER 1.2 Consid rations fonctionnelles : La microspectrophotom trie Feulgen est un d veloppement technique. Actuellement, la microspectrophotom trie Feulgen est utilis e pour tudier les changements dans le contenu de l'ADN dans les cellules en division en cours de diff renciation. Il est galement utilis en clinique pour analyser le nombre chromosomique anormal (c'est- -dire les mod les |
Histologie de Ross | de plo die) dans les cellules malignes. Certaines cellules malignes qui ont un motif largement diplo de sont dites bien diff renci es ; les tumeurs avec ces types de cellules ont un meilleur pronostic que les tumeurs avec des cellules aneuplo des (multiples non int graux de la quantit haplo de d'ADN) et des cellules t traplo des. La microspectrophotom trie Feulgen s'est av r e particuli rement utile dans l' tude des ad nocarcinomes sp cifiques (cancers pith liaux), du cancer du sein, du rein, du c lon et d'autres cancers gastro-intestinaux, du cancer de l'endom tre ( pith lium ut rin) et du cancer de l'ovaire. C'est l'un des outils les plus pr cieux pour les pathologistes dans l' valuation du potentiel m tastatique de ces tumeurs et dans la prise de d cisions pronostiques et th rapeutiques. de r action. Dans une r action typique pour afficher une enzyme hydrolytique, la section de tissu est plac e dans une solution contenant un substrat (AB) et un agent de pi geage (T) qui pr cipite l'un des produits comme suit : o AT est le produit final pi g et B est le substrat hydrolys . En utilisant de telles m thodes, le lysosome, identifi pour la premi re fois dans des tudes de centrifugation diff rentielle de cellules, a t assimil un composant vacuolaire observ en micrographie lectronique. Dans les tissus l g rement fix s, les hydrolases acides et les est rases contenues dans les lysosomes r agissent avec un substrat appropri . Le m lange r actionnel contient galement des ions plomb pour pr cipiter (par exemple, le phosphate de plomb d riv de l'action de la phosphatase acide). Le produit de r action pr cipit peut ensuite tre observ la fois au microscope optique et au microscope lectronique. Des proc dures histochimiques similaires en microscopie optique et lectronique ont t mises au point pour mettre en vidence la phosphatase alcaline, l'ad nosine triphosphatase (ATPases) de nombreuses vari t s (y compris la Na /K -ATPase qui est la base enzymatique de la pompe sodium dans les cellules et les tissus), diverses est rases et de nombreuses enzymes respiratoires (Fig. 1.3). La sp cificit d'une r action entre un antig ne et un anticorps est la base sous-jacente de l'immunocytochimie. Les anticorps, galement connus sous le nom d'immunoglobulines, sont des glycoprot ines produites par des cellules sp cifiques du syst me immunitaire en r ponse une prot ine trang re, ou antig ne. En laboratoire, les anticorps peuvent tre purifi s partir du sang et conjugu s (attach s) un colorant fluorescent. En g n ral, les colorants fluorescents (fluorochromes) sont des produits chimiques qui absorbent l'ADN n cessaire pour tudier les augmentations de l'ADN dans les cellules en d veloppement et pour analyser la plo die, c'est- -dire le nombre de fois o le contenu normal de l'ADN d'une cellule est multipli (une cellule normale qui ne se divise pas est dite diplo de ; un spermatozo de ou un ovule est haplo de). Deux techniques, la cytom trie statique pour les coupes de tissus et la cytom trie en flux pour les cellules isol es, sont utilis es pour quantifier la quantit d'ADN nucl aire. La technique de cytom trie statique de coupes de tumeurs color es Feulgen utilise la microspectrophotom trie coupl e un syst me d'imagerie num rique pour mesurer l'absorption de la lumi re mise par les cellules et les amas de cellules une longueur d'onde de 560 nm. En revanche, la technique de cytom trie en flux utilise des instruments capables de scanner uniquement des cellules individuelles passant devant un capteur dans un milieu liquide. Cette technique permet une analyse quantitative rapide d'une seule cellule bas e sur la mesure des missions de lumi re fluorescente. R actif Schiff pour donner la couleur magenta distinctive. La r action du r actif de Schiff avec l'ADN est st chiom trique, ce qui signifie que le produit de cette r action est mesurable et proportionnel la quantit d'ADN. Il peut donc tre utilis dans des m thodes spectrophotom triques pour quantifier la quantit d'ADN dans le noyau d'une cellule. L'ARN ne se colore pas avec le r actif de Schiff car il manque de d soxyribose. La digestion enzymatique d'une section adjacente une section color e pour un composant sp cifique, tel que le glycog ne, l'ADN ou l'ARN, peut tre utilis e pour confirmer l'identit du mat riau color . Le mat riel intracellulaire qui se colore avec la r action PAS peut tre identifi comme du glycog ne par pr traitement de coupes avec de la diastase ou de l'amylase. L'abolition de la coloration apr s ces traitements identifie positivement le mat riau color comme tant du glycog ne. De m me, le pr traitement de coupes de tissus avec de la d soxyribonucl ase (DNAse) abolira la coloration de Feulgen dans ces sections, et le traitement de sections d' pith liums s cr toires de prot ines avec de la ribonucl ase (RNAse) abolira la coloration de l'ergastoplasme avec des colorants basiques. Les m thodes histochimiqu |
Histologie de Ross | es sont galement utilis es pour identifier et localiser les enzymes dans les cellules et les tissus. Pour localiser les enzymes dans les coupes de tissus, un soin particulier doit tre apport la fixation pour pr server l'activit enzymatique. Habituellement, la fixation l g re des ald hydes est la m thode pr f r e. Dans ces proc dures, le produit r actionnel de l'activit enzymatique, plut t que l'enzyme elle-m me, est visualis . En g n ral, un r actif de capture, qu'il s'agisse d'un colorant ou d'un m tal lourd, est utilis pour pi ger ou lier le produit de r action de l'enzyme par pr cipitation sur le site FIGURE 1.3 Proc dure histochimique lectronique pour la localisation de l'ATPase membranaire dans les cellules pith liales de la v sicule biliaire du lapin. Les zones sombres visibles sur la micrographie lectronique indiquent l'emplacement de l'enzyme ATPase. Cette enzyme est d tect e dans la membrane plasmique au niveau des domaines lat raux des cellules pith liales, qui correspondent l'emplacement des pompes sodium. Ces cellules pith liales sont impliqu es dans le transport actif des mol cules travers la membrane plasmique. 26,000. lumi re de diff rentes longueurs d'onde (par exemple, la lumi re ultraviolette) et met ensuite de la lumi re visible d'une longueur d'onde sp cifique (par exemple, verte, jaune, rouge). La fluoresc ine, le colorant le plus couramment utilis , absorbe la lumi re ultraviolette et met de la lumi re verte. Les anticorps conjugu s la fluoresc ine peuvent tre appliqu s sur des sections de tissus l g rement fix s ou congel s sur des lames de verre pour localiser un antig ne dans les cellules et les tissus. La r action de l'anticorps avec l'antig ne peut ensuite tre examin e et photographi e l'aide d'un microscope fluorescence ou d'un microscope confocal qui produit une reconstruction tridimensionnelle du tissu examin (Fig. 1.4). Deux types d'anticorps sont utilis s en immunocytochimie : les anticorps polyclonaux produits par des animaux immunis s et les anticorps monoclonaux produits par des lign es cellulaires productrices d'anticorps immortalis es (se r pliquant continuellement). Dans une proc dure typique, une prot ine sp cifique, telle que l'actine, est isol e d'une cellule musculaire d'une esp ce, comme un rat, et inject e dans la circulation d'une autre esp ce, comme un lapin. Chez le lapin immunis , les mol cules d'actine du rat sont reconnues par le syst me immunitaire du lapin comme un antig ne tranger. Cette reconnaissance d clenche une cascade de r actions immunologiques impliquant plusieurs groupes (clones) de cellules immunitaires appel es lymphocytes B. Le clonage des lymphocytes B conduit finalement la production d'anticorps anti-actine. Collectivement, ces anticorps polyclonaux repr sentent des m langes de diff rents anticorps produits par de nombreux clones de lymphocytes B qui FIGURE 1.4 Image de microscopie confocale d'une cellule du muscle cardiaque d'un rat. Cette image a t obtenue partir du microscope confocal en utilisant la m thode d'immunofluorescence indirecte. Deux anticorps primaires ont t utilis s. Le premier anticorps primaire reconna t un transporteur de lactate sp cifique (MCT1) et est d tect par un anticorps secondaire conjugu de la rhodamine (rouge). Le deuxi me anticorps primaire est dirig contre la prot ine transmembranaire CD147, qui est troitement associ e MCT1. Cet anticorps a t d tect par un anticorps secondaire marqu la fluoresc ine (vert). La couleur jaune est visible au point o les deux anticorps secondaires marqu s co-localisent exactement dans la cellule du muscle cardiaque. Cette image tridimensionnelle montre que les deux prot ines sont distribu es la surface de la cellule musculaire, tandis que le transporteur de lactate seul est visible en profondeur jusqu' la membrane plasmique. (Avec l'aimable autorisation des Drs Andrew P. Halestrap et Catherine Heddle.) Chacun reconna t diff rentes r gions de la mol cule d'actine. Les anticorps sont ensuite retir s du sang, purifi s et conjugu s avec un colorant fluorescent. Ils peuvent maintenant tre utilis s pour localiser des mol cules d'actine dans les tissus ou les cellules du rat. Si l'actine est pr sente dans une cellule ou un tissu, tel qu'un fibroblaste dans le tissu conjonctif, l'anticorps marqu la fluoresc ine s'y lie et la r action est visualis e par microscopie fluorescence. Les anticorps monoclonaux (dossier 1.3) sont ceux produits par une lign e cellulaire productrice d'anticorps compos e d'un seul groupe (clone) de lymphocytes B identiques. Le clone unique qui devient une lign e cellulaire est obtenu partir d'un individu atteint d'un my lome multiple, une tumeur d riv e d'une seule cellule plasmog ne productrice d'anticorps. Les individus atteints de my lomes multiples produisent une grande population d'anticorps identiques et homog nes avec une sp cificit identique contre un antig ne. Pour produire des anti |
Histologie de Ross | corps monoclonaux contre un antig ne sp cifique, une souris ou un rat est immunis avec cet antig ne. Les lymphocytes B activ s sont ensuite isol s du tissu lymphatique (rate ou ganglions lymphatiques) de l'animal et fusionn s avec la lign e cellulaire du my lome. Cette fusion produit un hybridome, une lign e cellulaire individuelle immortalis e s cr tant des anticorps. Pour obtenir des anticorps monoclonaux contre les mol cules d'actine du rat, par exemple, les lymphocytes B des organes lymphatiques des lapins immunis s doivent tre fusionn s avec des cellules my lomateuses. DOSSIER 1.3 Corr lation clinique : les anticorps monoclonaux en m decine Les anticorps monoclonaux sont aujourd'hui largement utilis s dans les techniques im-munocytochimiques et ont galement de nombreuses applications cliniques. Les anticorps monoclonaux conjugu s des compos s radioactifs sont utilis s pour d tecter et diagnostiquer les m tastases tumorales dans la pathologie, diff rencier les sous-types de tumeurs et les stades de leur diff renciation, et dans le diagnostic des maladies infectieuses pour identifier les microorganismes dans le sang et les liquides. Dans des tudes cliniques r centes, des anticorps monoclonaux conjugu s des immunotoxines, des agents de chimioth rapie ou des radio-isotopes ont t utilis s pour d livrer des agents th rapeutiques des cellules tumorales sp cifiques du corps. Des m thodes immunocytochimiques directes et indirectes sont utilis es pour localiser un antig ne cible dans les cellules et les tissus. La plus ancienne technique d'immunocytochimie utilis e pour identifier la distribution d'un antig ne dans les cellules et les tissus est connue sous le nom d'immunofluorescence directe. Cette technique utilise un anticorps primaire marqu au fluorochrome (polyclonal ou monoclonal) qui r agit avec l'antig ne contenu dans l' chantillon (Fig. 1.5a). En tant que proc dure en une seule tape, cette m thode n'implique qu'un seul anticorps marqu . La visualisation des structures n'est pas id ale en raison de la faible intensit de l' mission du signal. Les m thodes d'immunofluorescence directe sont maintenant remplac es par la m thode indirecte en raison d'une sensibilit sous-optimale. L'immunofluorescence indirecte offre une sensibilit beaucoup plus grande que les m thodes directes et est souvent appel e technique sandwich ou technique double couche . Au lieu de conjuguer un fluorochrome avec un anticorps sp cifique (primaire) dirig contre l'antig ne d'int r t (par exemple, une mol cule d'actine de rat), le fluorochrome est conjugu avec un anticorps secondaire dirig contre un anticorps primaire de rat (c'est- -dire un anticorps anti-rat de ch vre ; Fig. 1.5b). Par cons quent, lorsque la fluoresc ine est conjugu e directement avec l'anticorps primaire sp cifique, la m thode est directe ; Lorsque la fluoresc ine est conjugu e un anticorps secondaire, la m thode est indirecte. La m thode indirecte am liore consid rablement l' mission du signal de fluorescence du tissu. Un avantage suppl mentaire de la m thode de marquage indirect est qu'un seul anticorps secondaire peut tre utilis pour localiser la liaison tissulaire sp cifique de plusieurs anticorps primaires diff rents (Fig. 1.6). Pour les tudes microscopiques, l'anticorps secondaire peut tre conjugu diff rents colorants fluorescents afin que plusieurs marqueurs puissent tre affich s dans la m me coupe de tissu (voir Fig. 1.4). Les inconv nients de l'immunofluorescence indirecte sont qu'elle est co teuse, qu'elle demande beaucoup de main-d' uvre et qu'elle n'est pas facilement adapt e aux proc dures automatis es. Il est galement possible de conjuguer des anticorps polyclonaux ou monoclonaux avec d'autres substances, telles que des enzymes FIGURE 1.5 Immunofluorescence directe et indirecte. un. Dans l'immunofluorescence directe, un anticorps primaire marqu au fluorochrome r agit avec un antig ne sp cifique dans l' chantillon de tissu. Des structures marqu es sont ensuite observ es au microscope fluorescence dans lesquelles une longueur d'onde d'excitation (g n ralement la lumi re ultraviolette) d clenche l' mission d'une autre longueur d'onde. La longueur de cette longueur d'onde d pend de la nature du fluorochrome utilis pour le marquage des anticorps. b. La m thode indirecte implique deux processus. Tout d'abord, les anticorps primaires sp cifiques r agissent avec l'antig ne d'int r t. Deuxi mement, les anticorps secondaires, qui sont marqu s au fluorochrome, r agissent avec les anticorps primaires. La visualisation des structures marqu es dans le tissu est la m me dans les deux m thodes et n cessite le microscope fluorescence. FIGURE 1.6 Microtubules visualis s par des m thodes immunocytochimiques. Le comportement des microtubules ( l ments du cytosquelette cellulaire) obtenus partir de cellules tumorales du sein humain peut tre tudi in vitro en mesurant leur activit de nucl ation, qui est initi e p |
Histologie de Ross | ar le centrosome. Cette image a t photographi e au microscope fluorescence. l'aide de techniques d'immunofluorescence indirecte, les microtubules ont t marqu s avec un m lange d'anticorps monoclonaux anti--tubuline et anti--tubuline (anticorps primaires) et visualis s par des anticorps secondaires conjugu s un colorant fluoresc ine (isothiocyanate de fluoresc ine-immunoglobuline G anti-souris de ch vre). La r action antig ne-anticorps, r alis e directement sur la lamelle de verre, permet de visualiser les mol cules de tubuline responsables de la formation de plus de 120 microtubules visibles sur cette image. Ils prennent naissance dans le centriole et s' tendent vers l'ext rieur sur environ 20 25 m dans un r seau radial uniforme. 1 400. (Photomicrographie avec l'aimable autorisation des Drs Wilma L. Lingle et Vivian A. Negron.) (par exemple, la peroxydase de raifort), qui convertissent les substrats incolores en un produit insoluble d'une couleur sp cifique qui pr cipite sur le site de la r action enzymatique. La coloration qui r sulte de cette m thode d'immunoperoxydase peut tre observ e au microscope optique (Dossier 1.4) avec des m thodes immunocytochimiques directes ou indirectes. Dans une autre variante, l'or collo dal ou la ferritine (une mol cule contenant du fer) peuvent tre attach s la mol cule d'anticorps. Ces marqueurs denses en lectrons peuvent tre visualis s directement au microscope lectronique. L'hybridation est une m thode de localisation de l'ARN messager (ARNm) ou de l'ADN en hybridant la s quence d'int r t avec un brin compl mentaire d'une sonde nucl otidique. En g n ral, le terme hybridation d crit la capacit des mol cules d'ARN ou d'ADN monocat naires interagir (s'hybrider) avec des s quences compl mentaires. En laboratoire, l'hybridation n cessite l'isolement de l'ADN ou de l'ARN, qui est ensuite m lang une s quence nucl otidique compl mentaire (appel e sonde nucl otidique). Les hybrides sont d tect s le plus souvent l'aide d'un marqueur radioactif attach un composant de l'hybride. La liaison de la sonde et de la s quence peut avoir lieu dans une solution ou sur une membrane de nitrocellulose. Dans l'hybridation in situ, la liaison de la sonde nucl otidique la s quence d'ADN ou d'ARN d'int r t est effectu e l'int rieur de cellules ou de tissus, tels que des cellules cultiv es ou des embryons entiers. Cette technique permet de localiser des s quences nucl otidiques sp cifiques aussi petites que 10 20 copies d'ARNm ou d'ADN par cellule. Plusieurs sondes nucl otidiques sont utilis es dans l'hybridation in situ. Les sondes oligonucl otidiques peuvent tre aussi petites que 20 40 paires de bases. Les sondes d'ADN simple ou double brin sont beaucoup plus longues et peuvent contenir jusqu' 1 000 paires de bases. Pour la localisation sp cifique de l'ARNm, des sondes d'ARN compl mentaires sont utilis es. Ces sondes sont marqu es avec des isotopes radioactifs (par exemple, 32P, 35S, 3H), un nucl otide sp cifiquement modifi (digoxig nine) ou de la biotine (un marqueur polyvalent covalent couramment utilis ). Les sondes radioactives peuvent tre d tect es et visualis es par autoradiographie. La digoxig nine et la biotine sont d tect es respectivement par des m thodes immunocytochimiques et cytochimiques. La force des liaisons entre la sonde et la s quence compl mentaire d pend du type d'acide nucl ique dans les deux brins. La liaison la plus forte se forme entre une sonde d'ADN et un brin d'ADN compl mentaire et la plus faible entre une sonde d'ARN et un brin d'ARN compl mentaire. Si l'on s'attend ce qu'un chantillon de tissu contienne une infime quantit de ARNm ou un transcrit viral, on peut utiliser l'amplification par r action en cha ne par polym rase (PCR) pour l'ADN ou la transcriptase-PCR inverse (RT-PCR) pour l'ARN. Les transcrits amplifi s obtenus au cours de ces proc dures sont g n ralement d tect s l'aide de sondes nucl otidiques compl mentaires marqu es dans des techniques d'hybridation in situ standard. R cemment, des colorants fluorescents ont t combin s des sondes nucl otidiques, ce qui permet de visualiser plusieurs sondes en m me temps (Fig. 1.7). Cette technique, appel e FIGURE 1.7 Exemple de la technique FISH utilis e dans un test de d pistage pr natal. Des noyaux interphasiques de cellules obtenues partir d' chantillons de liquide amniotique ont t hybrid s avec deux sondes d'ADN sp cifiques. La sonde orange (LSI 21) est sp cifique du locus du chromosome 21, et la sonde verte (LSI 13) est sp cifique du locus du chromosome 13. Le noyau droit provient d'un chantillon de liquide amniotique normal et pr sente deux signaux verts et deux signaux orange, ce qui indique deux copies des chromosomes 13 et 21, respectivement. Le noyau gauche a trois signaux orange, qui indiquent la trisomie 21 (syndrome de Down). L'ADN a t contre-color avec une coloration bleue non sp cifique (coloration DAPI) pour rendre le noyau visible. |
Histologie de Ross | 1 250. (Avec l'aimable autorisation du Dr Robert B. Jenkins.) DOSSIER 1.4 L'utilisation appropri e du microscope optique Suite de la page suivante Cette br ve introduction l'utilisation appropri e du microscope optique s'adresse aux tudiants qui utiliseront le microscope pour l'examen de routine des tissus. Si les commentaires suivants semblent l mentaires, c'est uniquement parce que la plupart des utilisateurs du microscope ne l'utilisent pas son plein avantage. Malgr la disponibilit de l' quipement de pointe d'aujourd'hui, peu d'instructions formelles sont donn es sur l'utilisation correcte du microscope optique. Les optiques co teuses et hautement corrig es ne fonctionnent de mani re optimale que lorsque les trajets d' clairage et d'observation des faisceaux sont centr s et correctement ajust s. L'utilisation de r glages appropri s et l'alignement correct de la voie optique contribueront de mani re substantielle la reconnaissance des moindres d tails de l' chantillon et l'affichage fid le des couleurs pour l'image visuelle et pour la photomicrographie. L' clairage de K hler est l'une des cl s d'une bonne microscopie et est int gr dans la conception de pratiquement tous les microscopes de laboratoire et de recherche modernes. La figure F1.4.1 montre les deux trajets de lumi re et toutes les commandes d'alignement sur un microscope de laboratoire moderne ; Il doit tre mentionn en suivant les instructions donn es ci-dessous pour fournir un clairage appropri dans votre microscope. Les tapes d'alignement n cessaires pour obtenir un bon clairage Kler sont peu nombreuses et simples : Focaliser l' chantillon. Fermez le diaphragme de champ. Faites la mise au point du condenseur en le d pla ant vers le haut ou vers le bas jusqu' ce que le contour de son diaphragme de champ apparaisse net. Centrez le diaphragme de champ avec les commandes de centrage sur le sous- tage (condenseur). Ouvrez ensuite le diaphragme de champ jusqu' ce que le faisceau lumineux couvre tout le champ observ . Retirez l'oculaire (ou utilisez un t lescope de centrage ou un accessoire de t lescope de phase si disponible) et observez la pupille de sortie de l'objectif. Vous verrez un champ circulaire clair qui a un rayon directement proportionnel l'ouverture num rique de l'objectif. Au fur et mesure que vous fermez le diaphragme plus dense, son contour appara tra dans ce champ circulaire. Pour la plupart des mat riaux tach s, r glez le diaphragme du condenseur pour couvrir environ les deux tiers de l'ouverture cible. Ce r glage permet d'obtenir le meilleur compromis entre la r solution et le contraste (le contraste tant simplement la diff rence d'intensit entre les zones sombres et claires de l' chantillon). FIGURE F1.4.1 Sch ma d'un microscope optique typique. Ce dessin montre une vue en coupe transversale du microscope, de ses composants de fonctionnement et du trajet de la lumi re. (Avec l'aimable autorisation de Carl Zeiss, Inc., Thornwood, NY.) Oculaire Pupille de sortie de l'image finale (point oculaire) V ritable image interm diaire Sortie de l'image Pupille de sortie de l'objectif chantillon Condenseur Champ de diaphragme Diaphragme Source lumineuse Contr le de focalisation Source lumineuse Tube Objectif Lentille de condenseur auxiliaire tage de condenseur Diaphragme de champ de contr le de condenseur K HLER CLAIRAGE TRAVERS LE CHEMIN DE FAISCEAU D'IMAGERIE MICROSCOPE CHEMIN DE FAISCEAU D' CLAIRAGE La proc dure d'hybridation in situ de fluorescence (FISH) est largement utilis e en clinique pour les tests g n tiques. Par exemple, une sonde hybrid e des chromosomes en m taphase peut tre utilis e pour identifier la position chromosomique d'un g ne. La proc dure FISH est utilis e pour examiner simultan ment les chromosomes, l'expression des g nes et la distribution de produits g niques tels que les prot ines pathologiques ou anormales. De nombreuses sondes fluorescentes sp cifiques sont maintenant disponibles dans le commerce et sont utilis es cliniquement dans les proc dures de d pistage du cancer du col de l'ut rus ou pour la d tection des cellules infect es par le VIH. La proc dure FISH peut galement tre utilis e pour examiner les chromosomes des lymphocytes des astronautes afin d'estimer la dose de rayonnement qu'ils ont absorb e pendant leur s jour dans l'espace. La fr quence des translocations chromosomiques dans les lymphocytes est proportionnelle la dose de rayonnement absorb e. L'autoradiographie utilise une mulsion photographique plac e sur une section de tissu pour localiser la mati re radioactive dans les tissus. De nombreux petits pr curseurs mol culaires de mol cules plus grandes, tels que les acides amin s qui composent les prot ines et les nucl otides qui composent les acides nucl iques, peuvent tre marqu s en incorporant un ou plusieurs atomes radioactifs dans leur structure mol culaire. La radioactivit est ensuite retrac e pour localiser les plus grosses mol cules dans les c |
Histologie de Ross | ellules et les tissus. Les mol cules pr curseurs marqu es peuvent tre inject es dans des animaux ou introduites dans des cultures de cellules ou d'organes. De cette fa on, la synth se de l'ADN et la division cellulaire ult rieure, la synth se et la s cr tion de prot ines par les cellules, ainsi que la localisation des produits synth tiques l'int rieur des cellules et dans la matrice extracellulaire ont t tudi es. FIGURE 1.8 Exemples d'autoradiographie utilis e en microscopie optique et lectronique. un. Photomicrographie d'une section de ganglion lymphatique d'un animal qui on a inject de la [3H]thymidine triti e. Certaines cellules pr sentent des agr gats de grains d'argent m talliques, qui apparaissent sous la forme de petites particules noires (fl ches). Ces cellules ont synth tis de l'ADN en pr paration de la division cellulaire et ont incorpor la [3H]thymidine dans l'ADN nouvellement form . Au fil du temps, les particules radioactives de basse nergie mises par la [3H]thymidine frappent les cristaux d'halog nure d'argent dans une mulsion photographique recouvrant l' chantillon (exposition) et cr ent une image latente (un peu comme la lumi re frappant un film photographique dans un appareil photo). Lors du d veloppement photographique de la lame avec son mulsion de couverture, l'image latente, en fait l'halog nure d'argent activ dans l' mulsion, est r duite l'argent m tallique, qui appara t alors sous forme de grains noirs au microscope. 1 200. (Sp cimen original de la diapositive avec l'aimable autorisation du Dr Ernst Kallenbach.) b. Autoradiographie au microscope lectronique de la r gion apicale d'une cellule d'absorption intestinale. Dans cet chantillon, du 125I li au facteur de croissance nerveuse (NGF) a t inject l'animal, et le tissu a t retir 1 heure plus tard. L' chantillon a t pr par d'une mani re similaire celle de la microscopie optique. La taille relativement petite des grains d'argent permet de localiser pr cis ment les complexes 125I-NGF. A noter que les grains d'argent sont concentr s sur les invaginations apicales (inv) et les profils tubulaires endosomaux pr coces (tub). 32 000. (Micrographie lectronique avec l'aimable autorisation du Dr Marian R. Neutra.) Des sections d' chantillons contenant des mati res radioactives sont mont es sur des lames. Dans l'obscurit , la lame est g n ralement tremp e dans une mulsion photographique fondue, produisant ainsi un mince film photographique la surface de la lame. Apr s une exposition appropri e dans une bo te tanche la lumi re, g n ralement pendant des jours ou des semaines, l' mulsion expos e sur la lame est d velopp e par des techniques photographiques standard et mont e en permanence avec une lamelle. Les lames peuvent tre color es avant ou apr s l'exposition et le d veloppement. Les grains d'argent de l' mulsion sur les mol cules marqu es radioactivement sont expos s et d velopp s par ce proc d et apparaissent comme des grains sombres recouvrant le site de l' mission radioactive lorsqu'ils sont examin s au microscope optique (Fig. 1.8a). Ces grains peuvent tre utilis s simplement pour indiquer l'emplacement d'une substance, ou ils peuvent tre compt s pour fournir des informations semi-quantitatives sur la quantit d'une substance donn e un endroit pr cis. Par exemple, apr s l'injection d'un animal avec de la thymidine triti e, les cellules qui ont incorpor ce nucl otide dans leur ADN avant de se diviser auront environ deux fois plus de grains d'argent recouvrant leur noyau que les cellules qui se sont divis es apr s avoir incorpor le nucl otide marqu . L'autoradiographie peut galement tre r alis e en utilisant de fines sections de plastique pour l'examen avec l'EM. Essentiellement, les m mes proc dures sont utilis es, mais comme pour toutes les techniques de pr paration TEM, les processus sont beaucoup plus d licats et difficiles ; cependant, ils offrent galement une r solution beaucoup plus grande et une localisation plus pr cise (Fig. 1.8b). Un microscope, qu'il soit simple (une lentille) ou compos (plusieurs lentilles), est un instrument qui agrandit une image et permet de visualiser plus de d tails que ce qui est possible avec l' il nu. Le microscope le plus simple est une loupe ou une paire de lunettes de lecture. TABLEAU Oeil Versus instrument R solution1.3 Distance entre les points r solvables Oeil humain 0.2 mm Microscope fond clair 0.2 m MEB 2.5 nm MET Th orique 0.05 nm Coupe tissulaire 1.0 nm Microscopie force atomique 50.0 pm Le pouvoir de r solution de l' il humain, c'est- -dire la distance laquelle deux objets doivent tre s par s pour tre vus comme deux objets (0,2 mm), est d termin par l'espacement des cellules photor ceptrices dans la r tine. Le r le d'un microscope est d'agrandir une image un niveau auquel la r tine peut r soudre l'information qui serait autrement en dessous de sa limite de r solution. Le tableau 1.3 compare la r solution de l' il avec ce |
Histologie de Ross | lle de divers instruments. Le pouvoir de r solution est la capacit d'un objectif de microscope ou d'un syst me optique produire des images distinctes d'objets positionn s proximit . La r solution d pend non seulement du syst me optique, mais aussi de la longueur d'onde de la source lumineuse et d'autres facteurs tels que l' paisseur de l' chantillon, la qualit de la fixation et l'intensit de la coloration. Avec une lumi re de longueur d'onde de 540 nm (voir tableau 1.1), une lumi re filtr e en vert laquelle l' il est extr mement sensible, et avec des objectifs et des lentilles condenseur appropri s, le plus grand pouvoir de r solution possible d'un microscope fond clair serait d'environ 0,2 m (voir le dossier 1.4, page 12 pour la m thode de calcul). Il s'agit de la r solution th orique et, comme nous l'avons mentionn , elle d pend de l'optimalit de toutes les conditions. La lentille oculaire ou oculaire agrandit l'image produite par la lentille de l'objectif, mais elle ne peut pas augmenter la r solution. Divers microscopes optiques sont disponibles pour une utilisation g n rale et sp cialis e dans la recherche biologique moderne. Leurs diff rences reposent en grande partie sur des facteurs tels que la longueur d'onde de l' clairage de l' chantillon, l'alt ration physique de la lumi re entrant ou sortant de l' chantillon et des processus analytiques sp cifiques qui peuvent tre appliqu s l'image finale. Ces instruments et leurs applications sont d crits bri vement dans la pr sente section. Le microscope utilis par la plupart des tudiants et des chercheurs est le microscope fond clair. Le microscope fond clair est le descendant direct des microscopes qui sont devenus largement disponibles dans les ann es 1800 et ont ouvert la premi re grande re de la recherche histologique. Le microscope fond clair (Fig. 1.9) se compose essentiellement d'une source lumineuse pour l' clairage de l' chantillon (par exemple, une lampe de sous-platine), d'une lentille condensateur pour focaliser le faisceau de lumi re au niveau de l' chantillon, d'une platine sur laquelle la lame ou un autre chantillon est plac , d'une lentille d'objectif pour recueillir la lumi re qui a travers l' chantillon, et une lentille oculaire (ou une paire de lentilles oculaires dans les microscopes binoculaires les plus couramment utilis s) travers laquelle l'image form e par la lentille de l'objectif peut tre examin e directement. jur plus t t sont utilis s. Examen de la pr paration d'une lame histologique au microscope optique Les organes sont tridimensionnels, tandis que les coupes histologiques ne sont que bidimensionnelles. Comme nous l'avons vu dans la section pr c dente Pr paration des tissus , chaque chantillon de tissu pr par pour un examen au microscope optique doit tre coup en sections minces. Ainsi, des coupes bidimensionnelles sont obtenues partir d'un chantillon tridimensionnel original de tissu. L'un des aspects les plus difficiles pour les tudiants qui utilisent le microscope pour tudier l'histologie est la capacit de reconstruire mentalement la troisi me dimension manquante . Par exemple, des tranches dans diff rents plans travers une orange sont illustr es la Figure 1.10. Notez que chaque surface de coupe (indiqu e par la ligne pointill e) de l'ensemble de l'orange r v le diff rentes tailles et motifs de surface, en fonction de l'orientation de la coupe. Ainsi, il est important, lors de l'observation d'une section donn e coup e travers l'orange, de pouvoir reconstituer mentalement la l'organisation de la structure et de ses composants. Un exemple de structure histologique dans ce cas, un corpuscule r nal r nal est repr sent tel qu'il appara trait dans diff rents plans de coupe (Fig. 1.10). Notez la diff rence marqu e dans chaque section du corpuscule r nal. En examinant un certain nombre de ces sections bidimensionnelles, il est possible de cr er la configuration tridimensionnelle de la structure examin e. Les artefacts dans les lames histologiques peuvent tre g n r s toutes les tapes de la pr paration des tissus. La pr paration d'une lame histologique n cessite une s rie d' tapes commen ant par le pr l vement de l' chantillon et se terminant par la mise en place de la lamelle. Au cours de chaque tape, un artefact (une erreur dans le processus de pr paration) peut tre introduit. En g n ral, les artefacts qui apparaissent sur la lame de verre finie sont li s la m thodologie, l' quipement ou aux r actifs utilis s lors de la pr paration. La puret inf rieure des produits chimiques et des r actifs utilis s dans le proc d (fixateurs, r actifs et colorants), les imperfections dans l'ex cution de la m thodologie (intervalles de fixation trop courts ou trop longs, d shydratation, incrustation, coloration ou montage et placement n gligents de la lamelle) ou l' quipement inad quat (p. ex., un microtome avec un FIGURE 1.9 Sch ma comparant les chemins optiques |
Histologie de Ross | dans diff rents types de microscopes. Pour une meilleure comparaison entre les trois types de microscopes, le microscope optique ( gauche) est repr sent comme s'il tait retourn ; le TEM (au milieu) ; et le SEM ( droite). Il convient de noter que dans le MET et le MEB, les chantillons doivent tre ins r s dans un environnement de vide pouss (10 4 10 7 Pa). image dans le d tecteur d' il lectronique avec cam ra CCD lame d fectueuse) peut produire des artefacts lors de la pr paration finale. Il est important que les l ves reconnaissent que toutes les diapositives de leur collection de diapositives ne sont pas parfaites et qu'ils doivent conna tre les artefacts les plus courants que l'on trouve sur leurs diapositives. Outre la microscopie fond clair, qui est couramment utilis e pour l'examen de routine des lames histologiques, d'autres syst mes optiques (d crits ci-dessous) sont utilis s dans les laboratoires cliniques et de recherche. Certains d'entre eux sont utilis s pour am liorer le contraste sans coloration (comme le microscope contraste de phase), tandis que d'autres sont con us pour visualiser des structures l'aide de techniques sp cifiques telles que l'immunofluorescence (microscopes fluorescence et confocaux). Le microscope contraste de phase permet d'examiner des cellules et des tissus non color s et est particuli rement utile pour les cellules vivantes. Le microscope contraste de phase tire parti des petites diff rences d'indice de r fraction dans diff rentes parties d'un chantillon de cellule ou de tissu. La lumi re traversant des zones d'indice de r fraction relativement lev (zones plus denses) est d vi e et devient d phas e par rapport au reste du faisceau de lumi re qui a travers l' chantillon. Le microscope contraste de phase ajoute d'autres longueurs d'onde induites et d phas es travers une s rie d'anneaux optiques dans le condenseur et les lentilles de l'objectif, abolissant essentiellement l'amplitude de la partie initialement d vi e du faisceau et produisant du contraste dans l'image. Les parties sombres de l'image correspondent des parties denses de l' chantillon ; Les parties claires de l'image correspondent aux parties moins denses de l' chantillon. Le microscope contraste de phase est donc utilis pour examiner les cellules et les tissus vivants (tels que les cellules en culture tissulaire) et est largement utilis pour examiner des sections semi-minces non color es (environ 0,5 m) de tissus incrust s de plastique. Deux modifications du microscope contraste de phase sont le microscope interf rentiel, qui permet galement de quantifier la masse tissulaire, et le microscope interf rentiel diff rentiel (utilisant l'optique Nomarski), qui est particuli rement utile pour valuer les propri t s de surface des cellules et d'autres objets biologiques. En microscopie fond noir, aucune lumi re directe de la source lumineuse n'est recueillie par la lentille de l'objectif. En microscopie fond noir, seule la lumi re qui a t diffus e ou diffract e par les structures de l' chantillon atteint l'objectif. Le microscope fond noir est quip d'un condenseur sp cial qui claire l' chantillon avec une forte FIGURE 1.10 Exemple de coupes d'un corpuscule r nal orange et d'un corpuscule r nal. Les lignes pointill es trac es sur l'orange intact indiquent le plan de section qui correspond chaque surface coup e. De m me, les diff rentes coupes d'un corpuscule r nal r nal, qui est galement une structure sph rique, pr sentent des diff rences d'aspect. La taille et l'aspect structurel interne se refl tent dans le plan de section. lumi re. Ainsi, le champ de vision appara t comme un fond sombre sur lequel apparaissent brillantes de petites particules de l' chantillon qui r fl chissent une partie de la lumi re dans l'objectif. L'effet est similaire celui des particules de poussi re observ es dans le faisceau lumineux manant d'un projecteur de diapositives dans une pi ce sombre. La lumi re r fl chie par les particules de poussi re atteint la r tine de l' il, rendant ainsi les particules visibles. La r solution du microscope fond noir ne peut pas tre meilleure que celle du microscope fond clair, en utilisant, comme il le fait, la m me source de longueur d'onde. Cependant, des particules individuelles plus petites peuvent tre d tect es dans les images en fond noir, en raison du contraste am lior qui est cr . Le microscope fond noir est utile pour examiner les autoradiographies, dans lesquelles les grains d'argent d velopp s apparaissent blancs sur un fond sombre. Sur le plan clinique, la microscopie fond noir est utile pour examiner l'urine la recherche de cristaux, tels que ceux de l'acide urique et de l'oxalate, et pour mettre en vidence des bact ries sp cifiques telles que les spiroch tes, en particulier Treponema pallidum, le micro-organisme qui cause la syphilis, une maladie sexuellement transmissible. Le microscope fluorescence utilis |
Histologie de Ross | e la capacit de certaines mol cules devenir fluorescentes sous la lumi re ultraviolette. Une mol cule fluorescente met de la lumi re de longueurs d'onde dans le domaine visible lorsqu'elle est expos e une source ultraviolette (UV). Le microscope fluorescence est utilis pour afficher des mol cules fluorescentes naturelles (autofluorescentes) telles que la vitamine A et certains neurotransmetteurs. Cependant, comme les mol cules autofluorescentes ne sont pas nombreuses, l'application la plus r pandue du microscope est l'affichage des fluorescences introduites, comme dans la d tection d'antig nes ou d'anticorps dans les proc dures de coloration immunocytochimique (voir Fig. 1.6). Des mol cules fluorescentes sp cifiques peuvent galement tre inject es dans un animal ou directement dans les cellules et utilis es comme traceurs. De telles m thodes ont t utiles pour tudier les jonctions intercellulaires (lacunaires), pour tracer le parcours des fibres nerveuses en neurobiologie et pour d tecter les marqueurs de croissance fluorescents des tissus min ralis s. Diff rents filtres sont ins r s entre la source de lumi re UV et l' chantillon pour produire une lumi re monochromatique ou quasi monochromatique (longueur d'onde unique ou longueur d'onde bande troite). Un deuxi me ensemble de filtres ins r s entre l' chantillon et l'objectif ne permet qu' la bande troite de longueur d'onde de la fluorescence d'atteindre l' il ou d'atteindre une mulsion photographique ou un autre processeur analytique. Le microscope confocal balayage combine les composants d'un microscope optique optique avec un syst me de balayage pour diss quer optiquement un chantillon. Le microscope confocal balayage permet de visualiser un chantillon biologique en trois dimensions. Les deux lentilles du microscope confocal (objectif et lentille phototube) sont parfaitement align es pour focaliser la lumi re du point focal d'une lentille au point focal de l'autre lentille. La principale diff rence entre un microscope conventionnel et un microscope confocal est l'ajout d'une ouverture de d tecteur (st nop ) conjugu e avec le point focal de l'objectif ; Par cons quent, il est confocal. Ce st nop positionn avec pr cision ne permet qu' la lumi re focale de passer dans un dispositif photomultiplicateur (d tecteur), tandis que la lumi re floue est bloqu e pour p n trer dans le d tecteur (Fig. 1.11). Ce syst me FIGURE 1.11 Sch ma de la lumi re mise nette et floue dans le microscope confocal. un. Ce sch ma montre la trajectoire du faisceau laser et de la lumi re mise lorsque la structure d'imagerie est directement au foyer de la lentille. L' cran avec un st nop de l'autre c t du syst me optique du microscope confocal permet la lumi re de la structure mise au point de passer travers le st nop . La lumi re est ensuite traduite en image par un logiciel informatique. tant donn que le point focal de la lentille de l'objectif du microscope forme une image nette au niveau o se trouve le st nop , ces deux points sont appel s points confocaux. b. Ce sch ma montre la trajectoire du faisceau laser et la lumi re mise, qui est floue par rapport au st nop . Ainsi, la lumi re de l' chantillon qui est bloqu e par le st nop n'est jamais d tect e. FIGURE 1.12 Structure du microscope confocal et sch ma de la trajectoire du faisceau. La source lumineuse du microscope confocal provient d'un laser. Le faisceau laser (ligne rouge) se d place vers l' chantillon de tissu via un s parateur de faisceau dichro que, puis vers deux miroirs de balayage mobiles ; Ces miroirs balaient le faisceau laser travers l' chantillon dans les directions X et Y. Enfin, le faisceau laser entre dans le microscope fluorescence et se d place travers son syst me optique pour clairer un chantillon de tissu examin . La lumi re mise par l' chantillon de tissu clair (ligne bleue) traverse le syst me optique du microscope, les deux miroirs de balayage, passe travers le s parateur de faisceau et est focalis e sur le st nop . La lumi re qui passe travers le st nop est re ue et enregistr e par le d tecteur reli un ordinateur qui construit l'image un pixel la fois. a la capacit d'obtenir une r solution exceptionnelle (0,2 0,5 m) et une clart partir d'une section mince d'un chantillon biologique simplement en rejetant la lumi re floue. Le microscope confocal utilise un syst me de lumi re laser clairante qui est fortement convergent et produit donc une lumi re d'excitation de haute intensit sous la forme d'un point de balayage peu profond. Un syst me de miroir est utilis pour d placer le faisceau laser sur l' chantillon, clairant un seul point la fois (Fig. 1.12). De nombreux points uniques dans le m me plan focal sont scann s, et un logiciel informatique reconstruit l'image partir des donn es enregistr es pendant le balayage. De ce point de vue, la microscopie confocale ressemble au processus d'imagerie d'une tomodensitom tr |
Histologie de Ross | ie (TOM). De plus, en utilisant uniquement la faible profondeur de l'image nette, il est possible de cr er plusieurs images diff rentes profondeurs dans l' chantillon. Ainsi, on peut litt ralement diss quer couche par couche travers l' paisseur de l' chantillon. Il est galement possible d'utiliser l'ordinateur pour faire des reconstructions tridimensionnelles d'une s rie de ces images. tant donn que chaque image individuelle situ e une profondeur sp cifique dans l' chantillon est extr mement nette, l'image tridimensionnelle assembl e qui en r sulte est tout aussi nette. De plus, une fois que l'ordinateur a assembl chaque image coup e, l'image tridimensionnelle reconstruite peut tre tourn e et visualis e dans n'importe quelle orientation souhait e (voir Fig. 1.4). Le microscope ultraviolets utilise des lentilles quartz avec une source de lumi re ultraviolette. L'image au microscope ultraviolet (UV) d pend de l'absorption de la lumi re UV par les mol cules de l' chantillon. La source UV a une longueur d'onde d'environ 200 nm. Ainsi, le microscope UV peut atteindre une r solution de 0,1 m. En principe, la microscopie UV ressemble au fonctionnement d'un spectrophotom tre ; Les r sultats sont g n ralement enregistr s photographiquement. L' chantillon ne peut pas tre inspect directement travers un oculaire car la lumi re UV n'est pas visible et est nocive pour l' il. La m thode est utile pour d tecter les acides nucl iques, en particulier les bases puriques et pyrimidines des nucl otides. Il est galement utile pour d tecter les prot ines qui contiennent certains acides amin s. l'aide de longueurs d'onde clairantes sp cifiques, des mesures spectrophotom triques UV sont couramment effectu es l'aide d'un microscope UV pour d terminer quantitativement la quantit d'ADN et d'ARN dans les cellules individuelles. Comme d crit dans le dossier 1.2 la page 7, la microspectrophotom trie de Feulgen est utilis e cliniquement pour valuer le degr de plo die (multiples de la quantit normale d'ADN) dans des sections de tumeurs. Le microscope polarisant utilise le fait que des mol cules hautement ordonn es ou des r seaux de mol cules peuvent faire pivoter l'angle du plan de la lumi re polaris e. Le microscope polarisant est une simple modification du microscope optique dans lequel un filtre polarisant (le polariseur) est situ entre la source lumineuse et l' chantillon, et un deuxi me polariseur (l'analyseur) est situ entre la lentille de l'objectif et le spectateur. Le polariseur et l'analyseur peuvent tre tourn s ; La diff rence entre leurs angles de rotation est utilis e pour d terminer le degr d'influence d'une structure sur le faisceau de lumi re polaris e. La capacit d'un r seau cristallin ou paracristallin faire pivoter le plan de la lumi re polaris e est appel e bir fringence (double r fraction). Le muscle stri et les inclusions cristallo des dans les cellules interstitielles testiculaires (cellules de Leydig), entre autres structures courantes, pr sentent une bir fringence. Deux types d'EM peuvent fournir des donn es morphologiques et analytiques sur les cellules et les tissus : le microscope lectronique transmission et le microscope lectronique balayage. La principale am lioration de l'EM par rapport au microscope optique est que la longueur d'onde du faisceau EM est d'environ 1/2 000 de celle du faisceau du microscope optique, augmentant ainsi la r solution d'un facteur 103. Le MET utilise l'interaction d'un faisceau d' lectrons avec un chantillon pour produire une image. L'optique du MET est, en principe, similaire celle du microscope optique (voir Fig. 1.9), sauf que le MET utilise un faisceau d' lectrons plut t qu'un faisceau de lumi re. Le principe du microscope est le suivant : Une source d' lectrons (cathode, canon lectrons), comme un filament de tungst ne chauff , met des lectrons. Les lectrons sont attir s vers une anode. Une diff rence lectrique entre le couvercle de la cathode et l'anode conf re une tension d'acc l ration comprise entre 20 000 et 200 000 volts aux lectrons, cr ant ainsi le faisceau d' lectrons. Le faisceau passe ensuite travers une s rie de lentilles lectromagn tiques qui remplissent la m me fonction que les lentilles en verre d'un microscope optique. La lentille du condenseur fa onne et modifie le diam tre du faisceau d' lectrons qui atteint le plan de l' chantillon. Le faisceau qui a travers l' chantillon est ensuite focalis et amplifi par une lentille d'objectif, puis amplifi par une ou plusieurs lentilles de projecteur. L'image finale est visualis e sur un cran fluorescent recouvert de phosphore ou captur e sur une plaque photographique. Les parties de l' chantillon travers es par des lectrons apparaissent brillantes ; Les parties sombres de l' chantillon ont absorb ou dispers des lectrons en raison de leur densit inh rente ou cause des m taux lourds ajout s lors de la pr paration de l' chantillon. Souvent, un |
Histologie de Ross | d tecteur d' lectrons dot d'un capteur sensible la lumi re, tel qu'un dispositif couplage de charge (CCD), est plac au-dessus ou en dessous de l' cran de visualisation pour observer l'image en temps r el sur un moniteur. Cela permet de faciliter l'archivage d'images ou de vid os au format num rique sur des ordinateurs. La pr paration des chantillons pour la microscopie lectronique transmission est similaire celle de la microscopie optique, sauf qu'elle n cessite des m thodes plus fines. Les principes utilis s dans la pr paration des coupes pour l'observation avec le MET sont essentiellement les m mes que ceux utilis s en microscopie optique, avec la contrainte suppl mentaire qu' chaque tape, il faut travailler avec des chantillons de trois quatre ordres de grandeur plus petits ou plus minces que ceux utilis s pour la microscopie optique. Le MET, qui a une longueur d'onde de faisceau d' lectrons d'environ 0,1 nm, a une r solution th orique de 0,05 nm. En raison de la r solution exceptionnelle du TEM, la qualit de la fixation, c'est- -dire le degr de pr servation de la structure subcellulaire, doit tre la meilleure possible. La pr paration r guli re des chantillons pour la microscopie lectronique transmission commence par une fixation au glutarald hyde, suivie d'un rin age tampon et d'une fixation au t troxyde d'osmium. Le glutarald hyde, un diald hyde, pr serve les constituants prot iques en les r ticulant ; Le t troxyde d'osmium r agit avec les lipides, en particulier les phospholipides. L'osmium conf re galement une densit lectronique aux structures cellulaires et tissulaires, car il s'agit d'un m tal lourd, am liorant ainsi la formation ult rieure d'images dans le MET. Id alement, les tissus devraient tre impr gn s de glutarald hyde tamponn avant l'excision de l'animal. Le plus souvent, des morceaux de tissu ne d passant pas 1 mm3 sont fix s pour la MET (par rapport aux chantillons de microscope optique, qui peuvent tre mesur s en centim tres). Le processus de d shydratation est identique celui utilis en microscopie optique, et le tissu est infiltr avec une r sine monom re, g n ralement une r sine poxy, qui est ensuite polym ris e. Le tissu incrust de plastique est sectionn sur des microtomes sp cialement con us l'aide de couteaux diamant s. En raison du pouvoir de p n tration limit des lectrons, les sections pour la microscopie lectronique transmission de routine vont de 50 nm 150 nm maximum. De plus, pour la raison que les abrasifs utilis s pour aff ter les couteaux en acier laissent des rayures inacceptables sur les sections consult es dans le MET, des couteaux diamant s avec un tranchant presque parfait sont utilis s. Les sections coup es par le couteau diamant sont beaucoup trop fines pour tre manipul es ; Ils flottent loin du bord du couteau la surface d'une auge remplie de liquide et ramass s la surface sur des grilles en maille de cuivre recouvertes de plastique. Les grilles ont 50 400 trous/pouce ou des fentes sp ciales pour la visualisation de sections en s rie. Le faisceau passe travers les trous de la grille de cuivre, puis travers l' chantillon, et l'image est ensuite focalis e sur l' cran de visualisation, le CCD ou le film photographique. Une coloration de routine des sections de microscopie lectronique transmission est n cessaire pour augmenter le contraste inh rent afin que les d tails de la structure cellulaire soient facilement visibles et photographiables. En g n ral, les sections de microscopie lectronique transmission sont color es en ajoutant l' chantillon des mat riaux de grande densit , tels que des ions de m taux lourds. Les ions de m taux lourds peuvent tre li s aux tissus pendant la fixation ou la d shydratation ou en trempant les sections dans des solutions de ces ions apr s la section. Le t troxyde d'osmium, couramment utilis dans le fixateur, se lie aux composants phospholipidiques des membranes, conf rant une densit suppl mentaire aux membranes. Le nitrate d'uranyle est souvent ajout aux solutions alcooliques utilis es dans la d shydratation pour augmenter la densit des composants des jonctions cellulaires et d'autres sites. Le trempage s quentiel dans des solutions d'ac tate d'uranyle et de citrate de plomb est couramment utilis pour colorer les sections avant l'observation avec le TEM afin de fournir des micrographies lectroniques haute r solution et contraste lev . Parfois, une coloration sp ciale est n cessaire pour visualiser les r sultats des r actions histocytochimiques ou immunocytochimiques avec le MET. Les proc dures de phosphatase et d'est rase sont utilis es cette fin (voir Fig. 1.3). La substitution d'un compos contenant un m tal lourd au colorant fluorescent conjugu un anticorps permet d'adapter les m thodes immunocytochimiques la microscopie lectronique transmission. De m me, les techniques d'autoradiographie EM de routine ont t perfectionn es pour tre uti |
Histologie de Ross | lis es avec la microscopie lectronique transmission (voir Fig. 1.8b). Ces m thodes ont t particuli rement utiles pour lucider les sources cellulaires et les voies intracellulaires de certains produits s cr toires, l'emplacement la surface cellulaire de r cepteurs sp cifiques et l'emplacement intracellulaire des m dicaments et des substrats ing r s. La fracture par cong lation est une m thode sp ciale de pr paration d' chantillons pour la microscopie lectronique transmission ; Il est particuli rement important dans l' tude des membranes. Les tissus examiner peuvent tre fixes ou non fix s ; S'il a t fix , le fixateur est lav du tissu avant de continuer. Un cryoprotecteur tel que le glyc rol est autoris s'infiltrer dans les tissus, et les tissus sont ensuite rapidement congel s environ 160 C. La formation de cristaux de glace est emp ch e par l'utilisation de cryoprotecteurs, la cong lation rapide et des chantillons de tissus extr mement petits. Le tissu congel est ensuite plac dans le vide dans l'appareil de cong lation et frapp avec le tranchant d'un couteau ou une lame de rasoir. Le plan de fracture passe pr f rentiellement travers la partie hydrophobe de la membrane plasmique, exposant l'int rieur de la membrane plasmique. La fracture de la membrane plasmique qui en r sulte produit deux nouvelles surfaces. La surface de la membrane qui est soutenue par l'espace extracellulaire s'appelle la face E ; la face soutenue par le protoplasme (cytoplasme) est appel e la face P. L' chantillon est ensuite enduit, g n ralement de platine vapor , pour cr er une r plique de la surface de fracture. Le tissu est ensuite dissous, et la r plique de surface, et non le tissu lui-m me, est capt e sur des grilles pour tre examin e avec le MET. Une telle r plique pr sente des d tails au niveau macromol culaire (voir Fig. 2.5, page 30). En microscopie lectronique balayage, le faisceau d' lectrons ne traverse pas l' chantillon mais est balay sur toute sa surface. bien des gards, les images obtenues par MEB ressemblent davantage celles que l'on voit sur un cran de t l vision que sur le moniteur TEM. Ils sont d'apparence tridimensionnelle et repr sentent la structure de surface d'un chantillon examin . Pour l'examen de la plupart des tissus, l' chantillon est fix , d shydrat par s chage au point critique, recouvert d'un film d'or et de carbone vapor , mont sur un bout d'aluminium et plac dans la chambre de l' chantillon du MEB. Pour les tissus min ralis s, il est possible d'enlever tous les tissus mous avec de l'eau de Javel, puis d'examiner les caract ristiques structurelles du min ral. Le balayage est effectu par le m me type de raster qui balaie le faisceau d' lectrons sur la face d'un tube de t l vision. Les lectrons r fl chis par la surface ( lectrons r trodiffus s) et les lectrons forc s hors de la surface ( lectrons secondaires) sont collect s par un ou plusieurs d tecteurs et retrait s pour former une image tridimensionnelle haute r solution de la surface d'un chantillon. Dans les mod les pr c dents de microscopes, les images taient captur es sur un tube cathodique (CRT) ou une plaque photographique haute r solution ; Les instruments modernes, cependant, capturent des images num riques l'aide de d tecteurs sensibles et de CCD pour les afficher sur un cran d'ordinateur haute r solution. D'autres d tecteurs peuvent tre utilis s pour mesurer les rayons X mis par la surface, la cathodoluminescence des mol cules dans les tissus sous la surface et les lectrons Auger mis la surface. Le microscope lectronique balayage et transmission (STEM) combine les caract ristiques du MET et du MEB pour permettre la microanalyse par rayons X par sonde d' lectrons. La configuration MEB peut tre utilis e pour produire une image de transmission en ins rant un support de grille au niveau de l' chantillon, en collectant les lectrons transmis l'aide d'un d tecteur et en reconstruisant l'image sur un tube cathodique. Cette derni re configuration d'un MEB ou microscope lectronique balayage (STEM) facilite l'utilisation de l'instrument pour la microanalyse rayons X par sonde lectronique. Des d tecteurs peuvent tre mont s sur le microscope pour recueillir les rayons X mis lorsque le faisceau bombarde la section ; avec des analyseurs appropri s, il est possible de construire une carte qui montre la distribution dans les sections des l ments ayant un num ro atomique sup rieur 12 et une concentration suffisante pour produire suffisamment de rayons X analyser. Des donn es semi-quantitatives peuvent galement tre d riv es pour les l ments en concentration suffisante. Ainsi, le TEM et le MEB peuvent tre transform s en outils analytiques sophistiqu s en plus d' tre utilis s comme instruments optiques . Le microscope force atomique est devenu l'un des outils les plus puissants pour tudier la topographie de surface la r solution mol culaire et atomique. U |
Histologie de Ross | n microscope plus r cent qui s'est av r le plus utile pour les tudes biologiques est le microscope force atomique (AFM). Il s'agit d'un microscope non optique qui fonctionne de la m me mani re qu'un bout de doigt, qui touche et palpe la peau de notre visage lorsque nous ne pouvons pas la voir. La sensation du bout du doigt est trait e par notre cerveau, qui est capable de d duire la topographie de surface du visage tout en le touchant. Dans l'AFM, une sonde pointue ultra-nette, approchant la taille d'un seul atome l'extr mit , balaie l' chantillon en suivant des lignes parall les le long de l'axe des x, r p tant le balayage de petits intervalles le long de l'axe des y. La pointe pointue est mont e l'extr mit d'un porte- -faux tr s flexible, de sorte que la pointe d vie le porte- -faux lorsqu'il rencontre la force atomique la surface de l' prouvette (Fig. 1.13). La surface sup rieure du cantilever est r fl chissante et un faisceau laser est dirig hors du cantilever vers une diode. Cette disposition agit comme un levier optique car les d viations extr mement faibles du porte- -faux sont consid rablement amplifi es sur la diode. L'AFM peut fonctionner avec l'extr mit du porte- -faux touchant l' chantillon (mode contact), ou la pointe peut taper sur la surface (mode tapotement) un peu comme la canne d'une personne aveugle (Fig. 1.13 inserts). Lorsque la pointe se d place de haut en bas dans l'axe z lorsqu'elle traverse l' chantillon, les mouvements sont enregistr s sur la diode comme des mouvements du faisceau laser r fl chi. Un dispositif pi zo lectrique sous l' chantillon est activ dans une boucle de r troaction sensible avec la diode pour d placer l' chantillon de haut en bas de sorte que le faisceau laser soit centr sur la diode. Lorsque la pointe plonge dans une d pression, le dispositif pi zo lectrique d place l' chantillon vers le haut pour compenser, et lorsque la pointe se d place vers le haut sur une l vation, le dispositif compense en abaissant l' chantillon. Le courant transmis au dispositif pi zo lectrique est interpr t comme l'axe z, qui, avec les axes x et y, rend la topographie de l' chantillon avec une r solution mol culaire et parfois atomique (Fig. 1.14). L'un des principaux avantages de l'AFM pour l'examen des chantillons biologiques est que, contrairement aux instruments optiques haute r solution (c.- -d. TEM ou SEM), l' chantillon n'a pas besoin d' tre dans le vide ; Il peut m me tre dans l'eau. Ainsi, il est possible d'imager des cellules vivantes et leur environnement. FIGURE 1.13 Sch ma du microscope force atomique (AFM). Une pointe extr mement pointue sur un porte- -faux est d plac e sur la surface d'un chantillon biologique. Le m canisme de r troaction fourni par les scanners pi zo lectriques permet de maintenir la pointe une force constante au-dessus de la surface de l' chantillon. La pointe s' tend vers le bas partir de l'extr mit d'un cantilever r fl chissant au laser. Un faisceau laser est focalis sur le cantilever. Lorsque la pointe balaie la surface de l' chantillon, en se d pla ant de haut en bas avec le contour de la surface, le faisceau laser est d vi du porte- -faux dans une photodiode. La photodiode mesure les changements d'intensit du faisceau laser, puis convertit ces informations en courant lectrique. Le retour d'information de la photodiode est trait par un ordinateur comme une image de surface et r gule galement le scanner pi zo lectrique. En mode contact (encart gauche), les forces lectrostatiques ou de tension superficielle entra nent la pointe de balayage sur la surface de l' chantillon. En mode taraudage (encart droit), la pointe du cantilever oscille. Ce dernier mode permet de visualiser des chantillons mous et fragiles tout en atteignant une haute r solution. FIGURE 1.14 Image microscopique force atomique d'une seule mol cule d'ADN. Cette image a t obtenue en mode contact dans lequel la pointe de balayage pointue cogne de haut en bas lorsqu'elle est d plac e d'avant en arri re sur la surface de l' chantillon. L' chantillon repose sur une surface de mica ultra-lisse. Une mol cule individuelle d'ADN produit facilement une bosse suffisante pour tre d tect e. Les paississements le long de la mol cule d'ADN sont produits par des prot ines li es la mol cule, et ces paississements produisent un mouvement encore plus important de la pointe de balayage. Le champ de balayage mesure 540 nm par 540 nm. La longueur de la mol cule d'ADN varie de 0 40 nm. 185 000. (Avec l'aimable autorisation de Gabriela Bagordo, JPK Instruments AG, Berlin, Allemagne.) VUE D'ENSEMBLE DE LA CELLULE ET DU CYTOPLASME / 22 ORGANITES MEMBRANAIRES / 25 Membrane plasmique / 25 Endosomes / 35 Lysosomes / 38 Autophagie / 41 D gradation m di e par le prot asome / 44 R ticulum endoplasmique surface rugueuse / 45 R ticulum endoplasmique surface lisse / 49 Appareil de Golgi / 50 Mitochondries / 53 Peroxysomes (microcorps) / 56 ORGA |
Histologie de Ross | NITES NON membraneux / 56 Microtubules / 56 Filaments d'actine / 59 Filaments interm diaires / 62 Centrioles et centres d'organisation des microtubules / 65 Corps basaux / 71 INCLUSIONS / 71 MATRICE CYTOPLASMIQUE / 73 Dossier 2.1 Corr lation clinique : Maladies de stockage lysosomale / 42 Dossier 2.2 Corr lation clinique : anomalies des microtubules et des filaments / 68 Dossier 2.3 Corr lation clinique : duplication anormale des centrioles et cancer / 72 Les cellules sont les unit s structurelles et fonctionnelles de base de tous les organismes multicellulaires. Les processus que nous associons normalement aux activit s quotidiennes des organismes protection, ingestion, digestion, absorption des m tabolites, limination des d chets, mouvement, reproduction et m me mort sont tous le reflet de processus similaires se produisant dans chacune des milliards de cellules qui constituent le corps humain. Dans une tr s large mesure, les cellules de diff rents types utilisent des m canismes similaires pour synth tiser des prot ines, transformer l' nergie et d placer des substances essentielles dans la cellule. Ils utilisent les m mes types de mol cules pour se contracter, et ils dupliquent leur mat riel g n tique de la m me mani re. Des fonctions sp cifiques sont identifi es avec des composants structurels et des domaines sp cifiques au sein de la cellule. Certaines cellules d veloppent une ou plusieurs de ces fonctions un tel degr de sp cialisation qu'elles sont identifi es par la fonction et les structures cellulaires qui leur sont associ es. Par exemple, bien que toutes les cellules contiennent des prot ines filamenteuses contractiles, certaines cellules, comme les cellules musculaires, contiennent de grandes quantit s de ces prot ines dans des r seaux sp cifiques. Cela leur permet d'exercer leur fonction sp cialis e de contraction la fois au niveau cellulaire et tissulaire. L'activit ou la fonction sp cialis e d'une cellule peut tre refl t e non seulement par la pr sence d'une plus grande quantit du composant structurel sp cifique effectuant l'activit , mais aussi par la forme de la cellule, son organisation par rapport d'autres cellules similaires et ses produits (Fig. 2.1). Les cellules peuvent tre divis es en deux compartiments principaux : le cytoplasme et le noyau. En g n ral, le cytoplasme est la partie de la cellule situ e l'ext rieur du noyau. Le cytoplasme contient des organites ( petits organes ) et des inclusions dans un gel aqueux appel matrice cytoplasmique. La matrice se compose d'une vari t de solut s, y compris des ions inorganiques (Na, K, Ca2) et des mol cules organiques telles que des m tabolites interm diaires, des glucides, des lipides, des prot ines et des ARN. La cellule contr le la concentration FIGURE 2.1 Caract ristiques histologiques de diff rents types de cellules. Ces trois photomicrographies montrent diff rents types de cellules dans trois organes diff rents du corps. Les caract ristiques distinctives comprennent la taille, la forme, l'orientation et le contenu cytoplasmique qui peuvent tre li s l'activit ou la fonction sp cialis e de chaque cellule. un. Cellules pith liales dans le rein. On notera plusieurs formes de cellules pith liales : des cellules cylindriques aux bords bien d finis dans le canal collecteur (CD), des cellules squameuses dans le segment mince (TS) du n phron, et des cellules encore plus engraiss es tapissant les vaisseaux sanguins, le vasa recta dans le rein (VR). 380. b. Cellules ganglionnaires de la racine dorsale. Notez la grande taille de ces corps cellulaires nerveux et les gros noyaux p les (N) p les (euchromatiques) avec des nucl oles distincts. Chaque cellule ganglionnaire est entour e de cellules satellites engraiss es (S). La taille de la cellule ganglionnaire et la pr sence d'un noyau euchromatique, d'un nucl ole pro minent et de corps de Nissl (r ticulum endoplasmique surface rugueuse visible sous forme de granules plus fonc s dans le cytoplasme) refl tent l'activit synth tique tendue n cessaire pour maintenir les processus excessivement longs (axones) de ces cellules. 380. C. Cellules musculaires lisses de l'intestin gr le. Notez que ces cellules sont g n ralement allong es, de forme fusiforme et organis es en un r seau parall le. Les noyaux sont galement allong s pour se conformer la forme g n rale de la cellule. 380. de solut s dans la matrice, ce qui influence le taux d'activit m tabolique dans le compartiment cytoplasmique. Le noyau est le plus grand organite de la cellule et contient le g nome ainsi que les enzymes n cessaires la r plication de l'ADN et la transcription de l'ARN. Le cytoplasme et le noyau jouent des r les fonctionnels distincts, mais travaillent galement de concert pour maintenir la viabilit de la cellule. La structure et la fonction du noyau sont discut es au chapitre 3. Les organites sont d crits comme membraneux (limit s par la membrane) ou non membraneux. Les organites |
Histologie de Ross | comprennent les syst mes membranaires de la cellule et les compartiments limit s par la membrane qui remplissent les fonctions m taboliques, synth tiques, nergivores et g n ratrices d' nergie de la cellule, ainsi que les composants structurels non membraneux. Toutes les cellules ont le m me ensemble de base d'organites intracellulaires, qui peuvent tre class s en deux groupes : (1) les organites membraneux avec des membranes plasmiques qui s parent l'environnement interne de l'organite du cytoplasme, et (2) les organites non membraneux sans membranes plasmiques. Les membranes des organites membraneux forment des motifs v siculaires, tubulaires et d'autres motifs structurels dans le cytoplasme qui peuvent tre alambiqu s (comme dans le r ticulum endoplasmique surface lisse) ou pliss s (comme dans la membrane mitochondriale interne). Ces configurations membranaires augmentent consid rablement la surface sur laquelle se d roulent les r actions physiologiques et biochimiques essentielles. Les espaces entour s par les membranes des organites constituent les microcompartiments intracellulaires dans lesquels les substrats, les produits et autres substances sont s par s ou concentr s. De plus, chaque type d'organite contient un ensemble de prot ines uniques ; Dans les organites membraneux, ces prot ines sont soit incorpor es dans leurs membranes, soit s questr es dans leurs lumi res. Par exemple, les enzymes des lysosomes sont s par es de la matrice cytoplasmique par une membrane sp cifique r sistante aux enzymes, car leur activit hydrolytique serait pr judiciable la cellule. Dans les organites non membraneux, les prot ines uniques s'auto-assemblent g n ralement en polym res qui forment les l ments structurels du cytosquelette. Outre les organites, le cytoplasme contient des inclusions, des structures qui ne sont g n ralement pas entour es d'une membrane plasmique. Ils sont constitu s de mat riaux aussi divers que des cristaux, des granules de pigments, des lipides, du glycog ne et d'autres d chets stock s (pour plus de d tails, voir page 71). Les organites membraneux comprennent : la membrane plasmique (cellulaire), une bicouche lipidique qui forme la limite cellulaire ainsi que les limites de nombreux organites l'int rieur de la cellule ; le r ticulum endoplasmique surface rugueuse (rER), une r gion du r ticulum endoplasmique associ e aux ribosomes et au site de synth se et de modification des prot ines nouvellement synth tis es ; le r ticulum endoplasmique surface lisse (sER), une r gion du r ticulum endoplasmique impliqu e dans la synth se des lipides et des st ro des mais non associ e aux ribosomes ; l'appareil de Golgi, un organite membraneux compos de plusieurs citernes aplaties responsables de la modification, du tri et de l'emballage des prot ines et des lipides pour le transport intracellulaire ou extracellulaire ; endosomes, compartiments d limit s par une membrane interpos s dans des voies endocytotiques qui ont pour fonction principale de trier les prot ines qui leur sont d livr es via des v sicules endocytotiques et de les rediriger vers diff rents compartiments cellulaires pour leur destination finale ; lysosomes, petits organites contenant des enzymes digestives qui sont form es partir d'endosomes par l'administration cibl e de prot ines membranaires lysosomales uniques et d'enzymes lysosomales ; v sicules de transport, y compris les v sicules pinocytotiques, les v sicules endocytotiques et les v sicules enrob es, qui sont impliqu es la fois dans l'endocytose et l'exocytose et dont la forme et le mat riel qu'elles transportent varient ; les mitochondries, des organites qui fournissent la majeure partie de l' nergie la cellule en produisant de l'ad nosine triphosphate (ATP) dans le processus de phosphorylation oxydative ; et les peroxysomes, petits organites impliqu s dans la production et la d gradation de H2O2 et la d gradation des acides gras. Les organites non membraneux comprennent : les microtubules, qui, avec l'actine et les filaments interm diaires, forment des l ments du cytosquelette et s'allongent continuellement (en ajoutant des dim res de tubuline) et se raccourcissent (en supprimant les dim res de tubuline), une propri t appel e instabilit dynamique ; les flaments, qui font galement partie du cytosquelette et peuvent tre class s en deux groupes : les flaments d'actine, qui sont des cha nes flexibles de mol cules d'actine, et les flaments interm diaires, qui sont des fibres ressemblant des cordes form es partir d'une vari t de prot ines, les deux groupes fournissant une r sistance la traction pour r sister la tension et conf rant une r sistance aux forces de cisaillement ; centrioles, ou structures cylindriques courtes et appari es trouv es au centre du centre d'organisation des microtubules (MTOC) ou centrosome et dont les d riv s donnent naissance aux corps basaux des cils ; et les ribosomes, structures essentielles la synth se des prot ines et |
Histologie de Ross | compos es d'ARN ribosomique (ARNr) et de prot ines ribosomiques (y compris les prot ines attach es aux membranes du rER et les prot ines libres dans le cytoplasme). Le tableau 2.1 donne un aper u des principales caract ristiques des organites cellulaires et des inclusions. Le fonctionnement normal et les pathologies associ es des organites sont r sum s dans le tableau 2.2. Noyau 3 10 Le plus grand organite de la cellule Entour de deux membranes (nucl aire avec enveloppe limite distincte) contenant des complexes de pores nucl aires et un espace cisternal p rinucl aire Nucl oles et r gions motif chromatinien condens et diffus R gions motif chromatinique Motif chromatien (h t rochromatine et euchromatine) Noyau 1 2 Grossi rement circulaire, basophile R gion de structure dense et non membraneuse l'int rieur du noyau contenant du mat riau fbrillaire et granulaire Visible dans les cellules vivantes partout interphase avec microscopie interf rentielle Membrane plasmique 0,008 0,01 Non visible Membrane externe et membranes entourant les organites membraneux de la cellule ; deux couches internes et externes denses en lectrons s par es par une couche interm diaire transparente d' lectrons rER Aire 5 10 Souvent observ e comme basophile Feuillets, sacs et tubes aplatis de la r gion du cytoplasme Membranes r f renc es avec ribosomes attach s l'ergastoplasme sER partout Non visible Feuilles, sacs et tubes aplatis de cytoplasme Le cytoplasme dans la r gion de sER peut Les membranes sans ribosomes attach s pr sentent une osinophilie distincte Appareil de Golgi Aire 5 10 Parfois observ comme Pile de membrane engraiss e feuilles, r gion de coloration n gative souvent adjacente un c t du noyau Appara t sous forme de r seau dans les pr parations color es aux m taux lourds Visible dans les cellules vivantes avec microscopie interf rentielle TABLEAU Examen des organites et des inclusions cytoplasmiques : une cl pour l'identification microscopique et microscopique lectronique2.1 Taille des organites ou des inclusions (m) Caract ristiques microscopiques claires Caract ristiques microscopiques lectroniques suite page suivante chapitre 2 Cytoplasme cellulaire ORGANITES MEMBRANEUX TABLE Examen des organites et Inclusions cytoplasmiques : une cl pour l'identification au microscope optique et au microscope lectronique (suite)2.1 Taille de l'organite ou de l'inclusion (m) Caract ristiques microscopiques l g res Caract ristiques microscopiques lectroniques V sicules s cr toires 0,050 1,0 Observ es uniquement lorsque les v sicules De nombreuses v sicules relativement petites, d limit es par une membrane, sont tr s grandes (par exemple, des v sicules zymog nes de diam tre uniforme, souvent des granules dans le pancr as) polaris es d'un c t de la cellule Mitochondries 0,2 7 Parfois observ es dans un syst me deux membranes : Situations favorables la membrane externe (par exemple, le foie et la membrane interne dispos s en plusieurs cellules nerveuses) sous forme de minuscules points de plis sombres (cr tes) ; visible dans les cellules vivantes color es Dans les cellules productrices de st ro des, membrane interne avec des colorants vitaux (par exemple, vert Janus) dispos s en cr tes tubulaires Endosomes 0,02 0,5 Non visible Structures tubulovesiculaires avec lumi re subdivis e contenant un mat riau transparent aux lectrons ou d'autres v sicules plus petites Lysosomes 0,2 0,5 Visible seulement apr s une enzyme sp ciale V sicules d limit es par une membrane, souvent coloration histochimique lectronique Peroxysomes denses 0,2 0,5 Visible seulement apr s une enzyme sp ciale V sicules d limit es par une membrane, souvent avec coloration histochimique Inclusions cristallo des denses en lectrons l ments cytosquelettiques 0,006 0,025 Observ uniquement lorsqu'il est organis Motif de coloration long et lin aire avec largeur en grandes structures (par exemple, muscle et caract ristiques caract ristiques de chaque fbrille) Type de flament Ribosomes 0,025 Non visible Minuscules points sombres, souvent associ s au rER Glycog ne 0,010 0,040 Observ comme une brume violette R gion non membraneuse, extr mement dense semblable celle du raisin M tachromasie avec toluidine chantillon color en bleu Gouttelettes lipidiques de 0,2 5, vers le haut Facilement visible en cas d'inclusions extr mement Non membraneuses 80 de large (par exemple, dans les adipocytes) Apparaissent g n ralement comme un vide dans la coupe Apparaissent comme de grands trous vides dans la section (le lipide lui-m me est g n ralement limin par l'incorporation de solvants) La membrane plasmique est une structure bicouche lipidique visible par microscopie lectronique transmission. La membrane plasmique (membrane cellulaire) est une structure dynamique qui participe activement de nombreuses activit s physiologiques et biochimiques essentielles au fonctionnement et la survie des cellules. Lorsque la membrane plasmique est correct |
Histologie de Ross | ement fix e, sectionn e, color e et visualis e sur les bords avec le microscope lectronique transmission (MET), elle appara t sous la forme de deux couches denses en lectrons s par es par une couche interm diaire transparente aux lectrons (non colorante) (Fig. 2.2). L' paisseur totale de la membrane plasmique est d'environ 8 10 nm. La membrane plasmique est compos e d'une couche lipidique amphipathique contenant des prot ines membranaires int grales int gr es avec des prot ines membranaires p riph riques attach es ses surfaces. L'interpr tation actuelle de l'organisation mol culaire de la membrane plasmique est appel e le mod le fuid-mosa que modifi (Fig. 2.3). La membrane se compose principalement de mol cules de phospholipides, de cholest rol et de prot ines. Les mol cules lipidiques forment une bicouche lipidique caract re amphipathique (elle est la fois hydrophobe et hydrophile). Les cha nes d'acides gras des mol cules lipidiques se font face, ce qui rend la partie interne de la membrane hydrophobe (c'est- -dire qu'elle n'a aucune affinit pour l'eau). Les surfaces de la membrane sont form es par les groupes de t te polaire des mol cules lipidiques, ce qui rend les surfaces hydrophiles (c'est- -dire qu'elles ont une affinit pour l'eau). Les lipides sont r partis de mani re asym trique entre les feuillets interne et externe de la bicouche lipidique, et leur composition varie consid rablement entre les diff rentes membranes biologiques. Dans la plupart des membranes plasmiques, les mol cules de prot ines constituent environ la moiti de la masse totale de la membrane. La plupart des prot ines sont int gr es dans la bicouche lipidique ou traversent compl tement la bicouche lipidique. Ces prot ines sont appel es prot ines membranaires int grales. Les autres types de prot ines les prot ines membranaires p riph riques ne sont pas int gr s dans la bicouche lipidique. Ils sont associ s au plasma TABLEAU Organites et inclusions cytoplasmiques : fonctions et pathologies 2.2 Fonction d'organites ou d'inclusions Exemples de pathologies associ es Noyau Stockage et utilisation du g nome Maladies g n tiques h r ditaires ; mutations induites par l'environnement Nucl ole Synth se de l'ARNr et syndrome de Werner partiel (vieillissement pr matur , assemblage des sous-unit s ribosomiques) Impliqu dans la r gulation du cycle cellulaire Dysfonctionnements du cycle cellulaire conduisant la canc rogen se Plasmamembrane Transport d'ions et de nutriments Fbrosis kystique Reconnaissance du signal environnemental Syndromes de malabsorption intestinale Cellules cellules et cellules extracellulaires Intol rance au lactose Adh rences matricielles rER Se lie aux ribosomes engag s dans la traduction ARNm pseudoachondroplasie pour les prot ines destin es la s cr tion Phosphate de calcium cristal dihydrat ou pour la maladie de d p t d'insertion membranaire galement impliqu dans les modifications chimiques des prot ines et la synth se des lipides membranaires sER Impliqu dans le m tabolisme des lipides et des st ro des Maladie de stockage r ticulaire endoplasmique h patique Appareil de Golgi Modification chimique des prot ines Maladie des cellules I Tri et emballage des mol cules Maladie polykystique des reins pour la s cr tion ou le transport vers d'autres organites S cr toire v sicules Transport et stockage des prot ines s cr t es Corps de Lewy de la maladie de Parkinson vers la membrane plasmique Diab te proinsulin Mitochondries Apport nerg tique a robie (myopathies mitochondriales oxydatives telles que MERRFa, phosphorylation, ATP) MELASb, syndromes de Kearns-Sayre et initiation de l'apoptose Atrophie optique h r ditaire de Leber Endosomes Transport du mat riel endocytos D ficience du r cepteur M-6-P Biogen se des lysosomes Lysosomes Digestion des macromol cules Maladies de stockage lysosomale (voir dossier 2.1, Corr lation clinique : Maladies de surcharge lysosomale) Peroxysomes Digestion oxydative (par exemple, acides gras) Syndrome de Zellweger l ments cytosquelettiques Diverses fonctions, y compris la motilit cellulaire, le syndrome des cils immobiles, les adh sions cellulaires d'Alzheimer, intracellulaires et maladies, l' pidermolyse bulleuse le transport extracellulaire Maintien du squelette cellulaire Ribosomes Synth se des prot ines par traduction de la dysfonction ribosomique dans la s quence codant pour les prot ines d'Alzheimer de la maladie ; ARNm de l'an mie de Diamond-Blackfan De nombreux antibiotiques agissent de mani re s lective sur les ribosomes bact riens : par exemple, les t tracyclines, les aminosides (gentamicine, streptomycine) Glycog ne Stockage court terme du glucose dans plusieurs maladies de stockage de glycog ne connues, la forme de polym re ramifi comprenant les principaux groupes de pathologies h patiques - Pr sent dans le foie, les muscles squelettiques, les hypoglyc miants et les physiopathologies du tissu musculaire et adipeux Gouttelettes lipidiques Stockage |
Histologie de Ross | de formes est rifi es d'acides gras Maladies de stockage des lipides telles que la maladie de Gaucher mol cules de stockage haute nergie et la maladie de Niemann-Pick, la cirrhose du foie et l' pilepsie myoclonique et le syndrome des fibres rouges en lambeaux. Myopathie mitochondriale, enc phalopathie, acidose lactique et syndrome d' pisodes semblables un accident vasculaire c r bral. FIGURE 2.2 Micrographie lectronique de microvillosit s sur la surface apicale d'une cellule absorbante. Cette micrographie lectronique montre la partie apicale des cellules absorbantes avec des microvillosit s. Notez qu' cette grosseur, la membrane plasmique pr sente son aspect caract ristique, montrant deux lignes denses en lectrons s par es par une couche interm diaire transparente pour les lectrons. On peut voir les glycoprot ines du glycocalyx s' tendre de l'extr mit des microvillosit s la lumi re. La relation entre le foliole externe de la membrane plasmique et le glycocalyx est particuli rement bien d montr e. Les glycoprot ines du glycocalyx comprennent des enzymes digestives terminales telles que les dipeptidases et les disaccharidases. 100 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr Ray C. Henrikson.) membrane par de fortes interactions ioniques, principalement avec des prot ines int grales sur les surfaces extracellulaires et intracellulaires de la membrane (voir Fig. 2.3). De plus, la surface extracellulaire de la membrane plasmique, les glucides peuvent tre attach s aux prot ines, formant ainsi des glycoprot ines ; ou aux lipides de la bicouche, formant ainsi des glycolipides. Ces mol cules de surface constituent une couche la surface de la cellule, appel e enveloppe cellulaire ou glycocalyx (voir Fig. 2.2). Ils aident tablir des microenvironnements extracellulaires la surface de la membrane qui ont des fonctions sp cifiques dans le m tabolisme, la reconnaissance cellulaire et l'association cellulaire et servent de sites r cepteurs pour les hormones. Les microdomaines de la membrane plasmique, connus sous le nom de radeaux lipidiques, contr lent le mouvement et la distribution des prot ines dans la bicouche lipidique. La fluidit de la membrane plasmique n'est pas r v l e par les micrographies lectroniques statiques. Les exp riences r v lent que la membrane se comporte comme s'il s'agissait d'un fluide lipidique bidimensionnel. Pendant de nombreuses ann es, on a pens que les prot ines membranaires int grales se d pla aient librement dans le plan de la membrane ; ce mouvement a t compar au mouvement des icebergs flottant dans l'oc an (voir Fig. 2.3). Cependant, des preuves r centes montrent que la distribution et le mouvement des prot ines dans la bicouche lipidique ne sont pas aussi al atoires qu'on le pensait. Des r gions localis es l'int rieur de la membrane plasmique contiennent de fortes concentrations de cholest rol et de glycosphingolipides. Ces r gions sont appel es radeaux lipidiques. En raison de la forte concentration de cholest rol et de la pr sence de cha nes d'acides gras plus longues et hautement satur es, la zone du radeau lipidique est plus paisse et pr sente moins de fluidit que la membrane plasmique environnante (Fig. 2.4). Les radeaux lipidiques contiennent une vari t de prot ines membranaires int grales et p riph riques impliqu es dans la signalisation cellulaire. Ils peuvent tre consid r s comme des plateformes de signalisation flottant dans l'oc an de lipides. Chaque radeau est quip de tous les l ments n cessaires (r cepteurs, facteurs de couplage, enzymes effectrices et substrats) pour recevoir et transmettre des signaux sp cifiques. La transduction du signal dans les radeaux lipidiques se produit plus rapidement et plus efficacement en raison de la proximit des prot ines en interaction. De plus, diff rents radeaux de signalisation permettent de s parer des mol cules de signalisation sp cifiques les unes des autres. Les prot ines membranaires int grales peuvent tre visualis es l'aide de la technique sp ciale de pr paration des tissus de la fracture par cong lation. L'existence de prot ines dans la substance de la membrane plasmique (c'est- -dire des prot ines int grales) a t confirm e par une technique appel e fracture par cong lation. Lorsque le tissu est pr par pour la microscopie lectronique par le processus de cong lation-fracture (Fig. 2.5a), les membranes se fendent ou se clivent g n ralement le long du plan hydrophobe (c'est- -dire entre les deux couches lipidiques) pour exposer deux faces int rieures de la membrane, une face E et une face P (voir Fig. 2.5b). La face E est soutenue par l'espace extracellulaire, tandis que la face P est soutenue par le cytoplasme (protoplasme). Les nombreuses particules observ es sur les faces E et P avec le TEM repr sentent les prot ines int grales de la membrane. Habituellement, la face P pr sente plus de particules, donc plus de prot ines, que la face E (voir Fig. 2.5c). Les prot ines membranaire |
Histologie de Ross | s int grales ont des fonctions importantes dans le m tabolisme, la r gulation et l'int gration cellulaires. Six grandes cat gories de prot ines membranaires ont t d finies en fonction de leur fonction : pompes, canaux, r cepteurs, agents de liaison, FIGURE 2.3 Sch ma d'une membrane plasmique montrant le mod le fuid-mosa que modifi . La membrane plasmique est une bicouche lipidique compos e principalement de mol cules de phospholipides, de cholest rol et de mol cules prot iques. Les cha nes hydrophobes d'acides gras des phospholipides se font face pour former la partie interne de la membrane, tandis que les t tes polaires hydrophiles des phospholipides forment les surfaces extracellulaires et intracellulaires de la membrane. Les mol cules de cholest rol sont incorpor es dans les espaces entre les phospholipides de mani re gale des deux c t s de la membrane. Notez la zone lev e du radeau lipidique qui se caract rise par la forte concentration de glycosphingolipides et de cholest rol. Il contient un grand nombre de prot ines membranaires int grales et p riph riques. Le radeau d passe du niveau des phospholipides r partis de mani re asym trique dans la bicouche membranaire (indiqu s par les diff rentes couleurs des t tes de phospholipides). Les cha nes glucidiques se fixent aux prot ines membranaires int grales et p riph riques pour former des glycoprot ines, ainsi qu'aux t tes de phospholipides polaires pour former des glycolipides. enzymes et prot ines structurelles (Fig. 2.6). Les pompes servent transporter certains ions, tels que Na, activement non mutuellement exclusifs (par exemple, une prot ine membranaire structurelle travers les membranes. Les pompes transportent galement des pr curseurs m taboliques qui peuvent servir simultan ment de r cepteur, d'enzyme, de pompe ou de macromol cules, telles que les acides amin s et les sucres, travers n'importe quelle combinaison de ces fonctions. membranes, soit par elles-m mes, soit reli es la pompe Na. FIGURE 2.4 Une image de radeaux lipidiques obtenue par microscopie force atomique (AFM) en mode tapping. Cette image montre une bicouche lipidique de 5 nm d' paisseur r partie sur le support de mica. La bicouche est compos e de diol oylphosphatidylcholine (dioleoyl-PC), de sphingomy line et de cholest rol. La sphingomamy line et le cholest rol forment ensemble des radeaux lipidiques repr sent s sur l'image par les zones roses ; Les zones bleu-violet sont le fond non radeau de la bicouche. tant donn que les mol cules de sphingomy line sont plus longues que les mol cules de diol oyl-PC, les radeaux d passent de l'arri re-plan non fluvial d'environ 0,8 nm, et l'AFM est suffisamment sensible pour d tecter cette protub rance. Les r gions noires repr sentent le support du mica. L'image montre galement des mol cules de la toxine Helicobacter pylori VacA (particules blanches), qui se lient pr f rentiellement aux r cepteurs prot iques sur les domaines du radeau. La zone repr sent e sur cette image est de 800 milles marins. (Avec l'aimable autorisation des Drs Nicholas A. Geisse, Timothy L. Cover, Robert M. Henderson et J. Michael Edwardson.) feuillet interne de la couche lipidique FIGURE 2.5 Examen de la membrane plasmique par cong lation. un. Vue de la membrane plasmique vue sur le bord, avec une fl che indiquant le plan pr f rentiel de s paration de la bicouche lipidique travers la partie hydrophobe de la membrane. Lorsque la membrane se fend, certaines prot ines sont transport es avec le feuillet externe, bien que la plupart soient conserv es dans le feuillet interne. b. Vue de la membrane plasmique avec les folioles se s parant le long du plan de clivage. Les surfaces de la membrane cliv e sont enduites, formant des r pliques ; les r pliques sont s par es du tissu et examin es l'aide du TEM. Les prot ines apparaissent sous forme de bosses. La r plique de la foliole int rieure s'appelle la face P ; Il est soutenu par le cytoplasme (protoplasme). Une vue de la foliole ext rieure s'appelle la face E ; Il est soutenu par l'espace extracellulaire. c. La micrographie lectronique d'une r plique de fracture par cong lation montre la face E de la membrane d'une cellule pith liale et la face P de la membrane de la cellule adjacente. Le plan de clivage a saut de la membrane d'une cellule la membrane de l'autre cellule, comme l'indique l'espace libre (espace intercellulaire) au milieu de la figure. Notez la raret des particules dans la face E par rapport la face P, partir de laquelle la majorit des prot ines membranaires int grales projettent. (Avec l'aimable autorisation de la Dre Giuseppina d'Elia Raviola.) Les canaux permettent le passage de petits ions, de mol cules et comprennent la famille des int grines qui lient l'eau d'actine cytoplasmique travers la membrane plasmique dans les deux sens (c'est- -dire les filaments une prot ine de matrice extracellulaire (fibronectine). Les jonctions lacunaires form es par des chan- Les enzym |
Histologie de Ross | es ont une vari t de r les. Les ATPases ont des nels sp cifiques dans les membranes des cellules adjacentes permettent le passage des r les dans le pompage des ions : l'ATP synthase est la prot ine majeure des ions et des petites mol cules du cytoplasme d'une cellule la membrane mitochondriale interne, et les enzymes digestives le cytoplasme des cellules adjacentes. telles que les disaccharidases et les dipeptidases sont des prot ines r ceptrices mem int grales permettent la reconnaissance et localisent les prot ines brane. liaison des ligands (mol cules qui se lient l'extracellu- Les prot ines structurelles sont visualis es par la surface de la membrane plasmique) dans des processus tels que la m thode, en particulier lorsqu'ils forment des jonctions avec la stimulation hormonale hennissante, l'endocytose v siculaire enrob e et les cellules forantes. Souvent, certaines prot ines et certains lipides sont des r actions concenanticorps. Les prot ines de liaison ancrent le cytosquelette intracellulaire pour remplir des fonctions sp cifiques. Des exemples de telles r gions peuvent tre la matrice extracellulaire. Des exemples de prot ines de liaison peuvent tre reconnus dans les cellules polaris es telles que les cellules pith liales. FIGURE 2.6 Diff rentes fonctions des prot ines membranaires int grales. Les six grandes cat gories de prot ines membranaires int grales sont illustr es dans ce sch ma : pompes, canaux, r cepteurs, agents de liaison, enzymes et prot ines structurelles. Ces cat gories ne s'excluent pas mutuellement. Une prot ine membranaire structurelle impliqu e dans les jonctions de cellule cellule pourrait servir simultan ment de r cepteur, d'enzyme, de lien ou de combinaison de ces fonctions. pompes canaux r cepteurs linkers enzymes prot ines structurelles actine NaHK Les prot ines membranaires int grales se d placent l'int rieur de la bicouche lipidique de la membrane. Les particules li es la membrane peuvent se d placer la surface d'une cellule ; M me les prot ines membranaires int grales, telles que les enzymes, peuvent se d placer d'une surface cellulaire une autre (par exemple, de l'apicale la lat rale) lorsque les barri res l' coulement, telles que les jonctions cellulaires, sont perturb es. La fluidit de la membrane est fonction des types de phospholipides dans la membrane et des variations de leurs concentrations locales. Comme mentionn pr c demment, les radeaux lipidiques contenant des prot ines membranaires int grales peuvent se d placer vers une r gion diff rente de la membrane plasmique. Le mouvement d'une prot ine int grale ancr e sur un radeau lipidique rend la signalisation plus pr cise et emp che les interactions non sp cifiques. La migration lat rale des prot ines est souvent limit e par des connexions physiques entre les prot ines membranaires et les structures intracellulaires ou extracellulaires. De telles connexions peuvent exister entre : les prot ines associ es aux l ments du cytosquelette et les parties des prot ines membranaires qui s' tendent dans le cytoplasme adjacent, les domaines cytoplasmiques des prot ines membranaires et les prot ines p riph riques associ es la matrice extracellulaire et les prot ines membranaires int grales qui s' tendent partir de la surface de la cellule (c'est- -dire le domaine extracellulaire). Gr ce ces connexions, les prot ines peuvent tre localis es ou limit es des r gions sp cialis es de la membrane plasmique ou agir comme des lieurs transmembranaires entre les filaments intracellulaires et extracellulaires (voir la section suivante). Les l sions cellulaires se manifestent souvent par des changements morphologiques dans la membrane plasmique de la cellule, ce qui entra ne la formation de bulles de membrane plasmique. Il s'agit de protub rances cellulaires dynamiques de la membrane plasmique qui sont couramment observ es dans les l sions cellulaires aigu s, dans les cellules en division et en mourance, et pendant le mouvement cellulaire. Le blebbing est caus par le d tachement de la membrane plasmique des flaments d'actine sous-jacents du cytosquelette cellulaire. Les poisons cytosquelettiques qui agissent sur les flaments d'actine tels que la phallo dine et la cytochalasine-B provoquent des troubles membranaires tendus. Les substances qui entrent ou sortent de la cellule doivent traverser la membrane plasmique. Certaines substances (liposolubles et petites mol cules non charg es) traversent la membrane plasmique par simple diffusion le long de leur gradient de concentration (Fig. 2.7a). Toutes les autres mol cules ont besoin de prot ines de transport membranaire pour leur fournir un passage individuel travers la membrane plasmique. Il existe g n ralement deux classes de prot ines de transport : les prot ines porteuses transf rent de petites mol cules solubles dans l'eau. Ils sont tr s s lectifs, ne transportant souvent qu'un seul type de mol cule. Apr s s' tre li e une mol cule d sign e po |
Histologie de Ross | ur le transport, la prot ine porteuse subit une s rie de changements conformationnels et lib re la mol cule de l'autre c t de la membrane (Fig. 2.7b). Certaines prot ines porteuses, telles que la pompe Na/K ou la pompe H, n cessitent de l' nergie pour le transport actif des mol cules contre leur gradient de concentration. D'autres prot ines porteuses, comme les transporteurs de glucose, ne n cessitent pas d' nergie et participent au transport passif. Les prot ines de canal transf rent galement de petites mol cules solubles dans l'eau. En g n ral, les canaux sont constitu s de prot ines transmembranaires avec plusieurs domaines couvrant la membrane qui cr ent des canaux hydrophiles travers la membrane plasmique. Habituellement, les prot ines de canal contiennent un domaine poreux qui p n tre partiellement dans la bicouche membranaire et sert de filtre de s lectivit ionique. Le domaine poreux est responsable d'une s lectivit ionique exquise, qui est obtenue par la r gulation de sa structure tridimensionnelle (Fig. 2.7c). Les canaux sont s lectifs des ions et sont r gul s en fonction des besoins de la cellule. Le transport des prot ines de canal peut tre r gul par des potentiels membranaires (par exemple, les canaux ioniques voltage-d pendants dans les neurones), des neurotransmetteurs (par exemple, des canaux ioniques ligand-d pendants tels que les r cepteurs de l'ac tylcholine dans les neurones). FIGURE 2.7 Mouvement des mol cules travers la membrane plasmique. Les mol cules liposolubles et autres petites mol cules non charg es (en vert) traversent la membrane plasmique par simple diffusion le long de leur gradient de concentration. D'autres mol cules n cessitent des prot ines de transport membranaire pour leur permettre un passage individuel travers la membrane plasmique. Les petites mol cules hydrosolubles (en bleu) n cessitent des prot ines porteuses hautement s lectives pour tre transf r es travers la membrane plasmique. Apr s s' tre li e une mol cule, la prot ine porteuse subit une s rie de changements de conformation et lib re la mol cule de l'autre c t de la membrane. Si le processus n cessite de l' nergie, on parle de transport actif (par exemple, le transport des ions H contre leur gradient de concentration). Le processus est appel transport passif lorsque l' nergie n'est pas n cessaire (par exemple, le transport du glucose). Les ions et autres petites mol cules charg es (en rouge) sont transport s travers la membrane plasmique par des prot ines de canal s lectif d'ions. Dans les neurones, par exemple, le transport des ions est r gul par des potentiels membranaires (canaux ioniques voltage-d pendants) ; Dans les cellules musculaires squelettiques, les jonctions neuromusculaires poss dent des canaux ioniques ligand-d pendants. cellules musculaires) ou un stress m canique (par exemple, des canaux ioniques m caniquement ferm s dans l'oreille interne). Le transport v siculaire maintient l'int grit de la membrane plasmique et permet galement le transfert de mol cules entre diff rents compartiments cellulaires. Certaines substances entrent et sortent des cellules par transport v siculaire, un processus qui implique des changements de configuration de la membrane plasmique des sites localis s et la formation subs quente de v sicules partir de la membrane ou la fusion des v sicules avec la membrane (Fig. 2.8). Le principal m canisme par lequel les grosses mol cules entrent, sortent et se d placent dans la cellule s'appelle le bourgeonnement des v sicules. Les v sicules form es par bourgeonnement de la membrane plasmique d'un compartiment fusionnent avec la membrane plasmique d'un autre compartiment. l'int rieur de la cellule, ce processus assure le transfert intercompartimental du contenu des v sicules. Le transport v siculaire impliquant la membrane cellulaire peut galement tre d crit en termes plus sp cifiques : l'endocytose est le terme g n ral d signant les processus de transport v siculaire dans lesquels des substances p n trent dans la cellule. L'exocytose est le terme g n ral d signant les processus de transport v siculaire dans lesquels les substances quittent la cellule. Les deux processus peuvent tre visualis s au microscope lectronique. FIGURE 2.8 L'endocytose et l'exocytose sont deux formes majeures de transport v siculaire. L'endocytose apporte des mol cules et d'autres substances dans la cellule. Dans l'exocytose, les mol cules synth tis es et d'autres substances quittent la cellule. L'endocytose est associ e la formation et au bourgeonnement de v sicules partir de la membrane plasmique ; L'exocytose est associ e la fusion de v sicules provenant d'organites intracellulaires avec la membrane plasmique, et c'est une modalit s cr toire primaire. L'absorption de liquide et de macromol cules pendant l'endocytose d pend de trois m canismes diff rents. Certains m canismes endocytotiques n cessitent des prot ines sp ciales lors de la formation de |
Histologie de Ross | s v sicules. La prot ine la plus connue qui interagit avec la membrane plasmique dans la formation des v sicules est la clathrine. Par cons quent, l'endocytose peut galement tre class e comme d pendante de la clathrine ou ind pendante de la clathrine. En g n ral, trois m canismes d'endocytose sont reconnus dans la cellule : La pinocytose est l'ingestion non sp cifique de liquide et de petites mol cules prot iques via de petites v sicules, g n ralement inf rieures 150 nm de diam tre. La pinocytose est r alis e par pratiquement toutes les cellules de l'organisme, et elle est constitutive (c'est- -dire qu'elle implique une formation dynamique continue de petites v sicules la surface de la cellule (Fig. 2.9a). Des tudes r centes indiquent que les m canoenzymes telles que la GTPase (dynamine) sont impliqu es dans la scission des v sicules pinocytotiques (le processus de pincement de la membrane plasmique). Les v sicules pinocytotiques sont visibles avec le TEM et ont une surface lisse. Ces v sicules pinocytotiques lisses sont particuli rement nombreuses dans l'endoth lium des vaisseaux sanguins (Fig. 2.9b) et dans les cellules musculaires lisses. La pinocytose ne n cessite pas de clathrine et FIGURE 2.9 Pinocytose. un. La pinocytose implique la formation dynamique de petites v sicules la surface de la cellule. Premi rement, les substances pinocytoser (par exemple, les petites prot ines solubles, les traceurs collo daux) entrent en contact avec la surface extracellulaire de la membrane plasmique ; ensuite, la surface devient indent e ; Et enfin, la partie invagin e de la membrane se d tache de la membrane pour devenir une v sicule pinocytotique l'int rieur de la cellule. b. Cette micrographie lectronique montre de nombreuses v sicules pinocytotiques surface lisse (fl ches) dans le cytoplasme des cellules endoth liales d'un vaisseau sanguin. 60,000. peut donc tre appel e endocytose ind pendante de la clathrine. La phagocytose est l'ingestion de grosses particules telles que des d bris cellulaires, des bact ries et d'autres mati res trang res. Dans ce processus non s lectif, la membrane plasmique envoie des pseudopodes pour engloutir les particules phagocyt es dans de grandes v sicules (plus grandes que 250 nm de diam tre environ) appel es phagosomes. La phagocytose est r alis e principalement par un groupe sp cialis de cellules appartenant au syst me phagocytotique mononucl aire (MPS). La phagocytose est g n ralement un processus m di par un r cepteur dans lequel les r cepteurs la surface de la cellule reconnaissent les domaines non li s l'antig ne (fragments Fc) des anticorps recouvrant la surface d'un micro-organisme ou d'une cellule envahissante (Fig. 2.10a). La phagocytose est galement d clench e par la reconnaissance de motifs mol culaires associ s des agents pathog nes (PAMP) qui sont couramment exprim s la surface des agents pathog nes par des r cepteurs de type Toll (page 278). Cette reconnaissance des PAMPs conduit l'activation du facteur de transcription nucl aire kappa B (NF-B), qui r gule les g nes qui contr lent les r ponses cellulaires dans la phagocytose. Cependant, les mat riaux non biologiques tels que les particules de carbone inhal es, les poussi res inorganiques et les fibres d'amiante, ainsi que les d bris biologiques provenant de l'inflammation, de la cicatrisation des plaies et des cellules mortes, sont s questr s par les cellules de la MPS sans implication des r cepteurs Fc (Fig. 2.10b). Ce processus ne n cessite pas de clathrine pour la formation des phagosomes. Cependant, en raison des extensions pseudopodiales initiales de la membrane plasmique qui contribuent la formation du phagosome, le cytosquelette d'actine doit tre r arrang dans un processus qui n cessite la d polym risation et la repolym risation des filaments d'actine. Ainsi, la phagocytose est appel e endocytose ind pendante de la clathrine mais d pendante de l'actine. L'endocytose m di e par les r cepteurs permet l'entr e de mol cules sp cifiques dans la cellule. Dans ce m canisme, les r cepteurs de mol cules sp cifiques, appel s r cepteurs de cargaison, s'accumulent dans des r gions bien d finies de la membrane cellulaire. Ces r gions, qui sont repr sent es par les radeaux lipidiques dans la membrane plasmique, finissent par devenir des noyaux recouverts (Fig. 2.11a). Le nom de fosse enrob e est d riv de ces FIGURE 2.10 Phagocytose. un. Ce dessin montre les tapes de la phagocytose d'une grosse particule, telle qu'une bact rie qui a t tu e la suite d'une r ponse immunitaire. La bact rie est entour e d'anticorps attach s aux antig nes de surface bact riens. Les r cepteurs Fc la surface de la membrane plasmique des cellules phagocytotiques reconnaissent la partie Fc des anticorps. Cette interaction d clenche un r arrangement du cytosquelette d'actine. Les d polym risations et les repolym risations des flaments d'actine produisent des projections temporaires de la membrane plasmi |
Histologie de Ross | que appel es pseudopodes. Ils entourent les particules phagocyt es et conduisent la formation de phagosomes. Par l'administration cibl e d'enzymes lysosomales, un phagosome se transforme en un lysosome qui dig re son contenu phagocyt . b. Les mat riaux non biologiques tels que les particules de carbone inhal es, les poussi res inorganiques et les particules d'amiante, ainsi que les d bris cellulaires r sultant de l'infamie, sont internalis s sans l'implication d'anticorps et de r cepteurs Fc. Ces particules sont li es plusieurs r cepteurs sur la membrane plasmique. l'apparition de r gions au microscope lectronique (EM) sous la forme d'une accumulation de mat riau dense en lectrons qui repr sente l'agr gation de mol cules de clathrine sur la surface cytoplasmique de la membrane plasmique. Les r cepteurs cargo reconnaissent et se lient des mol cules sp cifiques qui entrent en contact avec la membrane plasmique. Les mol cules de clathrine s'assemblent ensuite dans une cage en forme de panier qui aide changer la forme de la membrane plasmique en une invagination en forme de v sicule (Fig. 2.11b). La clathrine interagit avec le r cepteur de cargaison par l'interm diaire d'un autre complexe de prot ines d'enrobage, l'adaptine, qui joue un r le d terminant dans la s lection des mol cules de cargaison appropri es pour le transport dans les cellules. Ainsi, les prot ines cargo s lectionn es et leurs r cepteurs sont tir s de l'espace extracellulaire dans la lumi re d'une v sicule en formation. La grande m canoenzyme GTPase (100 kilodaltons) appel e dynamine m die la lib ration des v sicules recouvertes de clathrine en formation de la membrane plasmique pendant l'endocytose m di e par le r cepteur. Le type de v sicule form la suite d'une endocytose m di e par le r cepteur est appel v sicule enrob e, et le processus lui-m me est connu sous le nom d'endocytose clathrind pendante. Les v sicules recouvertes de clathrine sont galement impliqu es dans le mouvement du mat riau de cargaison de la membrane plasmique vers les endosomes pr coces et de l'appareil de Golgi vers les endosomes pr coces et tardifs. L'exocytose est le processus par lequel une v sicule se d place du cytoplasme la membrane plasmique, o elle d charge son contenu dans l'espace extracellulaire. Une vari t de mol cules produites par la cellule pour l'exportation sont initialement livr es du site de leur formation l'appareil de Golgi. L' tape suivante consiste trier et emballer le produit s cr toire dans des v sicules de transport destin es fusionner avec la membrane plasmique dans un processus connu sous le nom d'exocytose. Le trafic intracellulaire de ces v sicules est r alis par la pr sence de prot ines sp cifiques leur surface (coatomeurs tels que COP-I et COP-II) qui m dient leurs mouvements (voir page 48). Les mol cules qui empruntent cette route sont souvent chimiquement modifi s (p. ex., glycosyl s, sulfat s) lorsqu'ils traversent diff rents compartiments cellulaires. La membrane qui est ajout e la membrane plasmique par exocytose est r cup r e dans le compartiment cytoplasmique par un processus endocytotique. Il existe deux voies g n rales d'exocytose : dans la voie constitutive, les substances destin es l'exportation sont continuellement d livr es dans des v sicules de transport vers la membrane plasmique. Les prot ines qui quittent la cellule par ce processus sont s cr t es imm diatement apr s leur synth se et leur sortie de l'appareil de Golgi, comme on le voit dans la s cr tion de FIGURE 2.11 Endocytose m di e par les r cepteurs. un. Ce sch ma montre les tapes de l'endocytose m di e par les r cepteurs, un m canisme de transport qui permet des mol cules s lectionn es d'entrer dans la cellule. Les r cepteurs cargo reconnaissent et se lient des mol cules sp cifiques qui entrent en contact avec la membrane plasmique. Les complexes r cepteur-mol cule de cargaison sont reconnus par l'adaptine, une prot ine qui aide s lectionner et rassembler les complexes appropri s dans des zones sp cifiques de la membrane plasmique pour le transport dans les cellules. Les mol cules de clathrine se lient ensuite au complexe adaptine-r cepteur de cargaison pour s'assembler en une cage peu profonde en forme de panier et former une fosse enrob e. Les interactions de la clathrine aident ensuite la membrane plasmique changer de forme pour former une d pression profonde, une fosse enrob e enti rement form e qui est pinc e de la membrane plasmique par le complexe prot ique dynamine sous forme de v sicule enrob e (c'est- -dire bourgeonnant de la membrane). Les prot ines cargo s lectionn es et leurs r cepteurs sont ainsi tir s de l'espace extracellulaire dans la lumi re d'une v sicule enrob e en formation. Apr s le bourgeonnement et l'internalisation de la v sicule, les prot ines de l'enveloppe sont limin es et recycl es pour une utilisation ult rieure. La v sicule non enrob e se rend sa destination pour fusionner avec un |
Histologie de Ross | organite cytoplasmique. b. Micrographie lectronique de la surface cytoplasmique de la membrane plasmique des cellules A431 pr par e par la technique de gravure profonde par cong lation rapide. Cette image montre des fosses recouvertes de clathrine et des v sicules recouvertes de clathrine diff rents stades de leur formation. Notez que les fosses recouvertes et les v sicules recouvertes de clathrine sont form es dans des zones d pourvues de flames d'actine. Les petites v sicules pinocytotiques uniformes n'ont pas de rev tement de clathrine et sont situ es proximit imm diate des flames d'actine. 200 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr John E. Heuser, cole de m decine de l'Universit de Washington.) les immunoglobulines par les plasmocytes et le procollag ne par les fibroblastes. Cette voie est pr sente dans une certaine mesure dans toutes les cellules. Le TEM r v le que ces cellules sont d pourvues de granules s cr toires. Dans la voie s cr toire r gul e, des cellules sp cialis es, telles que les cellules endocrines et exocrines et les neurones, concentrent les prot ines s cr toires et les stockent transitoirement dans des v sicules s cr toires au sein du cytoplasme (Fig. 2.12). Dans ce cas, un v nement r gulateur (stimulus hormonal ou neural) doit tre activ pour que la s cr tion se produise, comme dans la lib ration de v sicules s cr toires par les cellules principales de la muqueuse gastrique et par les cellules acineuses du pancr as. Le stimulus de signalisation provoque un afflux transitoire de Ca2 dans le cytoplasme, qui son tour stimule les v sicules s cr toires fusionner avec la membrane plasmique et d charger leur contenu (Fig. 2.13). Dans le pass , les v sicules s cr toires contenant un pr curseur inactif (zymog ne) taient appel es granules de zymog nes. En plus des voies excr trices, les prot ines peuvent tre transport es entre l'appareil de Golgi et d'autres organites le long des voies endosomiques. Ces voies sont utilis es pour l'administration de prot ines sp cifiques aux organites, telles que les prot ines structurelles lysosomales, dans les organites appropri s. Le ciblage pr cis des v sicules vers le compartiment cellulaire appropri est initialement contr l par les prot ines d'amarrage, et la sp cificit est assur e par les interactions entre les prot ines solubles du r cepteur d'attachement NSF (SNARE). Comme nous l'avons vu pr c demment, les v sicules nouvellement form es qui se d tachent de la membrane du donneur (comme la membrane cellulaire ou les citernes de Golgi) peuvent fusionner avec un certain nombre de membranes cibles possibles l'int rieur de la cellule. Peu de temps apr s le bourgeonnement et la perte de son enveloppe de clathrine, une v sicule doit tre cibl e sur le compartiment cellulaire appropri . Un m canisme de ciblage peut tre compar un chauffeur de taxi dans une grande ville qui r ussit livrer un passager la bonne adresse postale. Dans la cellule, l'adresse de la rue est reconnue par Rab-GTPase li e la membrane de la v sicule mobile. La rab-GTPase interagit avec les prot ines d'attache situ es sur la membrane cible. Cette interaction initiale permet de reconna tre la v sicule et de recruter le nombre n cessaire de prot ines d'attache pour amarrer la v sicule entrante. Le complexe d'amarrage entre Rab-GT-Pase et son r cepteur immobilise la v sicule pr s de la membrane cible (Fig. 2.14). Pour assurer un ciblage pr cis, chaque v sicule contient une prot ine membranaire sp cifique la v sicule appel e v-SNARE. La membrane cible contient galement une prot ine membranaire sp cifique, t-SNARE, qui interagit avec v-SNARE pour former le complexe cis-SNARE. Les SNARE sont une famille de prot ines transmembranaires qui taient l'origine regroup es en fonction de leur emplacement dans la v sicule (v-SNARE) ou la membrane cible (t-SNARE). Ils garantissent la sp cificit de l'interaction entre une v sicule particuli re et sa membrane cible et favorisent galement la fusion membranaire qui suit imm diatement la formation des complexes cis-SNARE. Apr s la fusion, les complexes SNARE sont d mantel s l'aide du complexe prot ique NSF/ - SNAP et recycl s pour tre utilis s dans un autre cycle de fusion v siculaire. FIGURE 2.12 Photomicrographie des cellules s cr toires du pancr as. Notez que les v sicules s cr toires contenant des prot ines pr tes tre s cr t es volent dans la partie apicale des cellules. Ce processus n cessite un m canisme de signalisation externe pour que la cellule d charge les granules accumul s. 860. Le MET r v le la pr sence dans le cytoplasme de compartiments membranaires associ s toutes les voies endocytotiques d crites ci-dessus (Fig. 2.15). Ces compartiments, appel s endosomes pr coces, sont limit s une partie de la FIGURE 2.13 Sch ma montrant deux voies d'exocytose. Les prot ines nouvellement synth tis es sont synth tis es dans le r ticulum endoplasmique rugueux (rER). Apr s leur modification post-tradu |
Histologie de Ross | ctionnelle initiale, ils sont livr s dans des v sicules recouvertes de COP-II l'appareil de Golgi. Apr s une modification suppl mentaire dans l'appareil de Golgi, le tri et l'emballage, le produit s cr toire fnal est transport vers la membrane plasmique dans des v sicules qui se forment partir du r seau trans-Golgi (TGN). Notez que le transport r trograde est pr sent entre les citernes de Golgi et est m di par la v sicule recouverte de COP-I. Deux voies distinctes sont reconnues. Les fl ches bleues indiquent la voie constitutive par laquelle les prot ines quittent la cellule imm diatement apr s leur synth se. Dans les cellules utilisant cette voie, presque aucun produit s cr toire ne s'accumule, et donc peu de v sicules s cr toires sont pr sentes dans le cytoplasme. Les fl ches rouges indiquent la voie s cr toire r gul e dans laquelle la s cr tion de prot ines est r gul e par des stimuli hormonaux ou neuronaux. Dans les cellules utilisant cette voie, telles que les cellules acineuses pancr atiques de la Figure 2.12, les prot ines s cr toires sont concentr es et stock es transitoirement dans des v sicules s cr toires au sein du cytoplasme. Apr s une stimulation appropri e, les v sicules s cr toires fusionnent avec la membrane plasmique et d chargent leur contenu. cytoplasme pr s de la membrane cellulaire o fusionnent les v sicules provenant de la membrane cellulaire. De l , de nombreuses v sicules retournent la membrane plasmique. Cependant, un grand nombre de v sicules provenant des endosomes pr coces se d placent vers des structures plus profondes du cytoplasme appel es endosomes tardifs. Ces derniers se transforment g n ralement en lysosomes. FIGURE 2.14 tapes de formation, de ciblage, d'amarrage et de fusion des v sicules de transport avec la membrane cible. (1) Radeau lipidique avec des r cepteurs de cargaison pr ts interagir avec la prot ine de cargaison. Notez la pr sence de la prot ine de ciblage sp cifique v-SNARE. (2) tape initiale de la formation des v sicules : La liaison du complexe adaptine et de la clathrine forme un noyau enrob . (3) Formation (bourgeonnement) d'une v sicule enrob e enti rement assembl e. (5) D montage de l'enveloppe de clathrine. Notez l'expression de l'activit Rab-GTPase. (6) Attachement de la v sicule la membrane cible par l'interaction entre la Rab-GTPase et les prot ines d'attachement. (7) D but du processus d'amarrage (recrutement des prot ines d'attache). (8) Formation du complexe d'amarrage entre Rab-GTPase et sa prot ine dans la membrane cible : les v-SNARE sur la v sicule immobilis e interagissent avec les t-SNARE sur la membrane cible pour former le complexe cis-SNARE. (9) Fusion de la v sicule la membrane cible. (10) D charge de la prot ine cargo dans le compartiment endosomal pr coce et d sassemblage du complexe cis par l'interaction du complexe prot ique NSF/-SNAP. (11) Recyclage des v-SNARE dans les v sicules de transport pour une utilisation dans une autre s rie de ciblage et de fusion des v sicules. FIGURE 2.15 Micrographie lectronique d'un endosome pr coce. Cette micrographie lectronique gravure profonde montre la structure d'un endosome pr coce dans le dictyostelium. Les endosomes pr coces sont situ s pr s de la membrane plasmique et, comme dans de nombreux autres compartiments de tri, ont une structure tubulo-lovesicle typique. Les parties tubulaires contiennent la majorit des prot ines membranaires int grales destin es au recyclage membranaire, tandis que les parties luminales collectent les prot ines cargo s cr toires. La lumi re de l'endosome est subdivis e en plusieurs compartiments, ou citernes, par l'invagination de sa membrane et subit de fr quents changements de forme. 15 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr John E. Heuser, Facult de m decine de l'Universit de Washington.) Les endosomes peuvent tre consid r s soit comme des organites cytoplasmiques stables, soit comme des structures transitoires form es la suite de l'endocytose. Des observations exp rimentales r centes de voies endocytotiques men es in vitro et in vivo sugg rent deux mod les diff rents qui expliquent l'origine et la formation des compartiments endosomaux dans la cellule : Le mod le des compartiments stables d crit les endosomes pr coces et tardifs comme des organites cellulaires stables reli s par transport v siculaire l'environnement externe de la cellule et l'appareil de Golgi. Les v sicules enrob es form es au niveau de la membrane plasmique ne fusionnent qu'avec les endosomes pr coces en raison de leur expression de r cepteurs de surface sp cifiques. Le r cepteur reste un composant r sident de la membrane endosomale pr coce. Dans le mod le de maturation, les endosomes pr coces sont form s de novo partir de v sicules endocytotiques provenant de la membrane plasmique. Par cons quent, la composition de la membrane endosomale pr coce change progressivement mesure que certains composants sont recycl s entre la surface cellulaire et l |
Histologie de Ross | 'appareil de Golgi. Ce processus de maturation conduit la formation d'endosomes tardifs puis de lysosomes. Des r cepteurs sp cifiques pr sents sur les endosomes pr coces (par exemple, pour les v sicules enrob es) sont limin s par recyclage, d gradation ou inactivation mesure que ce compartiment m rit. En fait, les deux mod les se compl tent plut t qu'ils ne se contredisent dans la description, l'identification et l' tude des voies des mol cules internalis es. Les endosomes destin s devenir des lysosomes re oivent des enzymes lysosomales nouvellement synth tis es qui sont cibl es par le r cepteur du mannose-6-phosphate. Certains endosomes communiquent galement avec le syst me de transport v siculaire de la rER. Cette voie fournit une livraison constante d'enzymes lysosomales nouvellement synth tis es, ou hydrolases. Une hydrolase est synth tis e dans le rER sous la forme d'un pr curseur enzymatiquement inactif appel prohydrolase. Cette prot ine fortement glycosyl e se replie ensuite d'une mani re sp cifique de sorte qu'une tache de signal se forme et est expos e sa surface. Ce signal de reconnaissance est cr lorsque des acides amin s sp cifiques sont rapproch s par le repliement tridimensionnel de la prot ine. Le patch de signal sur une prot ine destin e un lysosome est ensuite modifi par plusieurs enzymes qui fixent le mannose-6phosphate (M-6-P) la surface de la prohydrolase. M-6-P agit comme une cible pour les prot ines poss dant un r cepteur M-6-P. Les r cepteurs M-6-P sont pr sents dans les endosomes pr coces et tardifs, les lysosomes et l'appareil de Golgi, qui est impliqu dans le tri et la r cup ration des prohydrolases s cr t es destin es au transport vers les endosomes (Fig. 2.16). L'environnement acide des endosomes tardifs provoque la lib ration de prohydrolases par les r cepteurs M-6-P. Les prohydrolases sont ensuite activ es par clivage et en liminant les groupes phosphate des r sidus de mannose. Les endosomes pr coces et tardifs diff rent par leur localisation cellulaire, leur morphologie, leur tat d'acidification et leur fonction. Les endosomes pr coces et tardifs sont localis s dans diff rentes zones de la cellule. Les endosomes pr coces peuvent tre trouv s dans le cytoplasme plus p riph rique, tandis que les endosomes tardifs sont souvent positionn s proximit FIGURE 2.16 Voies d'administration d'enzymes lysosomales nouvellement synth tis es. Les enzymes lysosomales (telles que les hydrolases lysosomales) sont synth tis es et glycosyl es dans le r ticulum endoplasmique rugueux (rER). Les enzymes se replient ensuite de mani re sp cifique de sorte qu'un patch de signal se forme, ce qui permet une modification suppl mentaire par l'ajout de M-6-P, ce qui permet l'enzyme d' tre cibl e sur des prot ines sp cifiques qui poss dent une activit de r cepteur M-6-P. Les r cepteurs M-6-P sont pr sents dans le TGN de l'appareil de Golgi, o les enzymes lysosomales sont tri es et emball es dans des v sicules plus tard transport es vers les endosomes pr coces ou tardifs. l'appareil de Golgi et le noyau. Un endosome pr coce a une structure tubulovesiculaire : la lumi re est subdivis e en citernes qui sont s par es par invagination de sa membrane. Il ne pr sente qu'un environnement l g rement plus acide (pH 6,2 6,5) que le cytoplasme de la cellule. En revanche, les endosomes tardifs ont une structure plus complexe et pr sentent souvent des membranes internes en forme d'oignon. Leur pH est plus acide, en moyenne de 5,5. Les tudes TEM r v lent des v sicules sp cifiques qui transportent des substances entre les endosomes pr coces et tardifs. Ces v sicules, appel es corps multiv siculaires (MVB), sont des transporteurs hautement s lectifs. Dans les endosomes pr coces, les prot ines destin es tre transport es vers les endosomes tardifs sont tri es et s par es des prot ines destin es au recyclage et l'emballage dans des MVB (Fig. 2.17). En g n ral, les substances transport es vers les endosomes tardifs sont finalement d grad es dans les lysosomes selon un processus par d faut qui ne n cessite aucun signal suppl mentaire. Parce que les endosomes tardifs se transforment en lysosomes, ils sont galement appel s pr lysosomes. Les progr s de la vid omicroscopie permettent aujourd'hui aux chercheurs d'observer le comportement complexe de ces organites ; Les lysosomes tardifs peuvent fusionner entre eux ou avec des lysosomes matures. La fonction principale des endosomes pr coces est de trier et de recycler les prot ines internalis es par les voies endocytotiques. MVBHpH 6,2 pH 5,5 pH 4,7 FIGURE 2.17 Sch ma des compartiments endosomaux de la cellule. Ce sch ma montre le devenir des prot ines (cercles rouges) endocytos es partir de la surface cellulaire et destin es la destruction lysosomale. Les prot ines se trouvent d'abord dans les v sicules endocytotiques (enrob es) qui les d livrent aux endosomes pr coces, qui sont situ s dans la partie p riph rique du cytoplasme. En r |
Histologie de Ross | aison de la capacit de tri des endosomes pr coces, les r cepteurs sont g n ralement recycl s dans la membrane plasmique, et les prot ines endocytos es sont transport es via des corps multi-v siculaires (MVB) vers des endosomes tardifs positionn s pr s de l'appareil de Golgi et du noyau. Les prot ines transport es vers les endosomes tardifs finiront par tre d grad es dans les lysosomes. Notez l' chelle d'acidification ( gauche) qui illustre les changements de pH des endosomes pr coces aux lysosomes. L'acidification est r alis e par le transport actif des protons dans les compartiments endosomaux. Les endosomes pr coces trient les prot ines qui ont t internalis es par des processus endocytotiques. La forme morphologique et la g om trie des tubules et des v sicules mergeant de l'endosome pr coce cr ent un environnement dans lequel les changements localis s de pH constituent la base du m canisme de tri. Ce m canisme comprend la dissociation des ligands de leur prot ine r ceptrice ; ainsi, dans le pass , les endosomes pr coces taient appel s compartiments de r cepteurs et de ligands de d couplage (CURL). De plus, le diam tre troit des tubules et des v sicules peut galement aider au tri des grosses mol cules, qui peuvent tre emp ch es m caniquement de p n trer dans des compartiments de tri sp cifiques. Apr s le tri, la majeure partie de la prot ine est rapidement recycl e et l'exc s de membrane est renvoy la membrane plasmique. Le devenir du complexe ligand-r cepteur internalis d pend de la capacit de tri et de recyclage de l'endosome pr coce. Les voies suivantes pour le traitement des complexes ligand-r cepteur internalis s sont pr sentes dans la cellule : Le r cepteur est recycl et le ligand est d grad . Les r cepteurs de surface permettent la cellule d'apporter des substances de mani re s lective par le biais du processus d'endocytose. Cette voie se produit le plus souvent dans la cellule ; C'est important car cela permet de recycler les r cepteurs de surface. La plupart des complexes ligand-r cepteur se dissocient dans le pH acide de l'endosome pr coce. Le r cepteur, tr s probablement une prot ine membranaire int grale (voir page 29), est recycl la surface via des v sicules qui bourgeonnent aux extr mit s des tubules de diam tre troit de l'endosome pr coce. Les ligands sont g n ralement s questr s dans la partie vacuolaire sph rique de l'endosome qui formera plus tard des MVB, qui transporteront le ligand vers les endosomes tardifs pour une d gradation ult rieure dans le lysosome (Fig. 2.18a). Cette voie est d crite pour le complexe r cepteur des lipoprot ines de basse densit (LDL), le complexe r cepteur du transporteur insuline-glucose (GLUT) et une vari t d'hormones peptidiques et leurs r cepteurs. Le r cepteur et le ligand sont recycl s. La dissociation du complexe ligand-r cepteur n'accompagne pas toujours le recyclage des r cepteurs. Par exemple, le faible pH de l'endosome dissocie le fer de la prot ine porteuse de fer, la transferrine, mais la transferrine reste associ e son r cepteur. Cependant, une fois que le complexe transferrine-r cepteur retourne la surface cellulaire, la transferrine est lib r e. pH extracellulaire neutre, la transferrine doit nouveau se lier au fer pour tre reconnue et li e son r cepteur. Une voie similaire est reconnue pour les mol cules du complexe majeur d'histocompatibilit (CMH) I et II, qui sont recycl es la surface de la cellule avec une prot ine antig ne trang re qui leur est attach e (Fig. 2.18b). Le r cepteur et le ligand sont d grad s. Cette voie a t identifi e pour le facteur de croissance pidermique (EGF) et son r cepteur. Comme beaucoup d'autres prot ines, l'EGF se lie son r cepteur la surface de la cellule. Le complexe est internalis et transport vers les endosomes pr coces. Ici, l'EGF se dissocie de son r cepteur, et les deux sont tri s, emball s dans des MVB s par s et transf r s l'endosome tardif. De l , le ligand et le r cepteur sont transf r s aux lysosomes, o ils sont d grad s (Fig. 2.18c). Le r cepteur et le ligand sont transport s travers la cellule. Cette voie est utilis e pour la s cr tion d'immunoglobulines (IgA s cr toires) dans la salive et le lait maternel. Au cours de ce processus, commun ment appel transcytose, les substances peuvent tre modifi es lorsqu'elles sont transport es travers la cellule pith liale (Fig. 2.18d). Le transport des IgG maternelles travers la barri re placentaire jusqu'au f tus suit galement une voie similaire. Les lysosomes sont des organites digestifs qui n'ont t reconnus qu'apr s que des proc dures histochimiques aient t utilis es pour mettre en vidence les enzymes lysosomales. Les lysosomes sont des organites riches en enzymes hydrolytiques telles que les prot ases, les nucl ases, les glycosidases, les lipases et les phospholipases. FIGURE 2.18 Devenir du r cepteur et du ligand dans l'endocytose m di e par le r cepteur. Ce sch ma montre quatre voie |
Histologie de Ross | s principales par lesquelles le destin des complexes ligand-r cepteur internalis s est d termin . un. Le complexe ligand-r cepteur internalis se dissocie, le r cepteur est recycl la surface de la cellule et le ligand est dirig vers les endosomes tardifs et finit par se d grader dans les lysosomes. Cette voie de traitement est utilis e par le complexe r cepteur LDL, le complexe r cepteur insuline-GLUT et une vari t de complexes hormones-r cepteurs peptidiques. MVB, corps multiv siculaires. b. Le r cepteur et le ligand internalis s sont recycl s. La dissociation du complexe ligand-r cepteur ne se produit pas et l'ensemble du complexe est recycl la surface. Un exemple est le complexe r cepteur fer-transferrine-transferrine qui utilise cette voie de traitement. Une fois que le fer (Fe) est lib r dans l'endosome, le complexe r cepteur de la transferrine-transferrine retourne la surface de la cellule, o la transferrine est lib r e. c. Le complexe ligand-r cepteur internalis se dissocie dans l'endosome pr coce. Le ligand libre et le r cepteur sont dirig s vers le compartiment endosomal tardif pour une d gradation ult rieure. Cette voie est utilis e par de nombreux facteurs de croissance (c'est- -dire le complexe EGF-r cepteur). d. Le complexe ligand-r cepteur internalis est transport travers la cellule. La dissociation ne se produit pas, et l'ensemble du complexe subit une transcytose et une lib ration un autre endroit de la surface cellulaire. Cette voie est utilis e lors de la s cr tion d'immunoglobulines (IgA s cr toires) dans la salive. Le complexe anticorps-r cepteur IgA est internalis la surface basale des cellules s cr toires de la glande salivaire et lib r la surface apicale. Un lysosome repr sente un compartiment digestif majeur dans la cellule qui d grade les macromol cules d riv es des voies endocytotiques ainsi que de la cellule elle-m me dans un processus connu sous le nom d'autophagie ( limination des composants cytoplasmiques, en particulier des organites d limit s par une membrane, en les dig rant dans les lysosomes). Pour plus d'informations sur l'autophagie, voir page 41. La premi re hypoth se de biogen se lysosomale, formul e il y a pr s d'un demi-si cle, postulait que les lysosomes apparaissent comme des organites complets et fonctionnels bourgeonnant partir de l'appareil de Golgi. Ces lysosomes nouvellement form s ont t appel s lysosomes primaires par opposition aux lysosomes secondaires, qui avaient d j fusionn avec les endosomes entrants. Cependant, l'hypoth se des lysosomes primaires et secondaires s'est av r e peu valide, car de nouvelles donn es de recherche permettent de mieux comprendre les d tails des voies de s cr tion des prot ines et le devenir des v sicules endocytotiques. Il est maintenant largement admis que les lysosomes se forment dans une s rie complexe de voies qui convergent au niveau des endosomes tardifs, les transformant en lysosomes. Ces voies sont responsables d'une livraison cibl e d'enzymes lysosomales nouvellement synth tis es et de prot ines membranaires lysosomales structurelles dans les endosomes tardifs. Comme indiqu pr c demment, les enzymes lysosomales sont synth tis es dans le rER et tri es dans l'appareil de Golgi en fonction de leur capacit de liaison aux r cepteurs M-6-P (voir page 37). Les lysosomes ont une membrane unique qui r siste la digestion hydrolytique qui se produit dans leur lumi re. Les lysosomes contiennent un ensemble d'enzymes hydrolytiques et sont entour s d'une membrane unique qui r siste l'hydrolyse par leurs propres enzymes (Fig. 2.19). La membrane lysosomale a une structure phospholipidique inhabituelle qui contient du cholest rol et un lipide unique appel acide lysobisphosphatidique. La plupart des prot ines membranaires lysosomales structurelles sont class es en prot ines membranaires associ es aux lysosomes (lamps), glycoprot ines membranaires lysosomales (LGPS) et prot ines membranaires int grales lysosomales (limps). Les lampes, les lgps et les limps repr sentent plus de 50 % des prot ines membranaires totales des lysosomes et sont fortement glycosyl es sur la surface luminale. Les mol cules de sucre recouvrent presque toute la surface luminale de ces prot ines, les prot geant ainsi de la digestion par les enzymes hydrolytiques. Les acides lysobisphosphatidiques l'int rieur de la membrane lysosomale peuvent jouer un r le important dans la restriction de l'activit des enzymes hydrolytiques dirig es contre la membrane. La m me famille de prot ines membranaires est galement d tect e chez les FIGURE 2.19 Sch ma d'un lysosome. Ce sch ma montre quelques enzymes lysosomales s lectionn es r sidant l'int rieur du lysosome et leurs substrats respectifs. Les principales prot ines sp cifiques de la membrane lysosomale, ainsi que quelques autres prot ines associ es H membrane imperm able aux enzymes ; Contient des prot ines lysosomales sp cifiques, des lampes, des boiteries et des LGP avec tra |
Histologie de Ross | nsport membranaire, sont galement repr sent s. endosomes. De plus, les lysosomes et les endosomes tardifs contiennent des pompes protons (H) qui transportent les ions H dans la lumi re lysosomale, maintenant un pH bas (4,7). La membrane lysosomale contient galement des prot ines de transport qui transportent les produits finaux de la digestion (acides amin s, sucres, nucl otides) vers le cytoplasme, o ils sont utilis s dans les processus de synth se de la cellule ou sont exocytos s. Certains m dicaments peuvent affecter la fonction lysosomale. Par exemple, la chloroquine, un agent utilis dans le traitement et la pr vention du paludisme, est un agent lysosomotrope qui s'accumule dans les lysosomes. Il augmente le pH du contenu lysosomal, inactivant ainsi de nombreuses enzymes lysosomales. L'action de la chloroquine sur les lysosomes explique son activit antipaludique ; le m dicament se concentre dans la vacuole alimentaire acide du parasite du paludisme (Plasmodium falciparum) et interf re avec ses processus digestifs, tuant finalement le parasite. Les prot ines membranaires lysosomales sont synth tis es dans le rER et ont un signal de ciblage lysosomal sp cifique. Comme mentionn pr c demment, le trafic intracellulaire conduisant l'administration de nombreuses enzymes lysosomales solubles aux endosomes et lysosomes tardifs implique le signal M-6-P et son r cepteur. Toutes les prot ines membranaires destin es aux lysosomes (et aux endosomes tardifs) sont synth tis es dans le rER et transport es vers et tri es dans l'appareil de Golgi. Cependant, ils ne contiennent pas les signaux M-6-P et doivent tre cibl s sur les lysosomes par un m canisme diff rent. Le signal de ciblage des prot ines membranaires int grales est repr sent par un court domaine cytoplasmique C-terminal, qui est reconnu par des complexes prot iques d'adaptine et emball dans des v sicules enrob es de clathrine. Ces prot ines atteignent leur destination par l'une des deux voies suivantes : Dans la voie s cr toire constitutive, les boiteries sortent de la L'appareil de Golgi dans des v sicules rev tues et sont d livr s la surface de la cellule. De l , ils sont endocytos s et, via les compartiments endosomaux pr coces et tardifs, atteignent finalement les lysosomes (Fig. 2.20). Dans la voie de s cr tion des v sicules enrob es d riv es de Golgi, les boiteux, apr s tri et emballage, sortent de l'appareil de Golgi dans les v sicules recouvertes de clathrine (voir Fig. 2.20). Ces v sicules de transport voyagent et fusionnent avec les endosomes tardifs la suite de l'interaction entre les composants sp cifiques de l'endosome des prot ines d'amarrage v-SNARE et t-SNARE (voir page 34). Trois voies diff rentes d livrent du mat riel pour la digestion intracellulaire dans les lysosomes. Selon la nature de la mati re dig r e, diff rentes voies acheminent la mati re pour la digestion dans les lysosomes (Fig. 2.21). Dans le processus de digestion, la plupart des mat riaux dig r s proviennent de processus endocytotiques ; Cependant, la cellule utilise galement les lysosomes pour dig rer ses propres parties obsol tes, ses organites non fonctionnels et ses mol cules inutiles. Trois voies de digestion existent : les grosses particules extracellulaires telles que les bact ries, les d bris cellulaires et d'autres mati res trang res sont englouties dans le processus de phagocytose. Un phagosome, form au fur et mesure que le mat riel est internalis dans le cytoplasme, re oit ensuite des enzymes hydrolytiques pour devenir un endosome tardif, qui m rit en lysosome. Les petites particules extracellulaires telles que les prot ines extracellulaires, les prot ines plasma-membranaires et les complexes ligand-r cepteur sont internalis es par la pinocytose et l'endocytose m di e par r cepteur. Ces particules suivent la voie endocytotique travers les compartiments endosomaux pr coces et tardifs et sont finalement d grad es dans les lysosomes. Les particules intracellulaires telles que les organites entiers, les prot ines cytoplasmiques et d'autres composants cellulaires sont isol es de la matrice cytoplasmique par les membranes du r ticulum endoplasmique, transport es vers les lysosomes et d grad es. Ce processus s'appelle l'autophagie (voir page 41). FIGURE 2.20 Biogen se des lysosomes. Ce sch ma montre les voies r gul es et constitutives pour l'administration de prot ines membranaires sp cifiques lysosomales dans les endosomes pr coces et tardifs. La membrane lysosomale poss de des prot ines membranaires sp cifiques hautement glycosyl es qui prot gent la membrane de la digestion par les enzymes lysosomales. Ces prot ines sp cifiques aux lysosomes sont synth tis es dans le r ticulum endoplasmique rugueux, transport es vers l'appareil de Golgi et atteignent leur destination par deux voies. Les fl ches bleues indiquent la voie s cr toire constitutive par laquelle certaines prot ines membranaires lysosomales sortent de l'appareil de Golgi et s |
Histologie de Ross | ont d livr es la surface cellulaire. De l , ils sont endocytos s et, via les compartiments endosomaux pr coces et tardifs, atteignent finalement les lysosomes. Les fl ches vertes indiquent la voie de s cr tion de la v sicule enrob e endosomale d riv e de Golgi. Ici, d'autres prot ines lysosomales, apr s tri et emballage, sortent de l'appareil de Golgi dans des v sicules enrob es de clathrine pour fusionner avec les endosomes pr coces et tardifs. De plus, certaines cellules (par exemple, les ost oclastes impliqu s dans la r sorption osseuse et les neutrophiles impliqu s dans l'infamim aigu ) peuvent lib rer des enzymes lysosomales directement dans l'espace extracellulaire pour dig rer les composants de la matrice extracellulaire. Les lysosomes de certaines cellules sont reconnaissables au microscope optique en raison de leur nombre, de leur taille ou de leur contenu. Les nombreux granules azurophiles des neutrophiles (globules blancs) repr sentent des lysosomes et sont reconnus globalement par leur coloration sp cifique. Les lysosomes qui contiennent des bact ries phagocytis es et des fragments de cellules endommag es sont souvent reconnus dans les macrophages. La d composition hydrolytique du contenu des lysosomes produit souvent une vacuole remplie de d bris appel e corps r siduel qui peut rester pendant toute la dur e de vie de la cellule. Par exemple, dans les neurones, les corps r siduels sont appel s ge. FIGURE 2.21 Voies d'administration des mat riaux pour la digestion dans les lysosomes. La plupart des petites particules extracellulaires sont internalis es la fois par l'endocytose m di e par le r cepteur et la pinocytose. Ces deux voies endocytaires sont tiquet es par des fl ches rouges. Les grosses particules extracellulaires telles que les bact ries et les d bris cellulaires sont achemin es pour la digestion cellulaire par la voie phagocytotique (fl ches bleues). La cellule utilise galement les lysosomes pour dig rer ses propres organites et autres prot ines intracellulaires via la voie autophagique (fl ches vertes). Les particules intracellulaires sont isol es de la matrice cytoplasmique par la membrane d'isolement du sER, transport es vers les lysosomes, puis d grad es. ou des granules de lipofuscine. Les corps r siduels sont une caract ristique normale du vieillissement cellulaire. L'absence de certaines enzymes lysosomales peut provoquer l'accumulation pathologique de substrat non dig r dans les corps r siduels. Cela peut entra ner plusieurs troubles collectivement appel s maladies de surcharge lysosomale (voir le dossier 2.1). L'autophagie repr sente la principale voie cellulaire dans laquelle un certain nombre de prot ines cytoplasmiques, d'organites et d'autres structures cellulaires sont d grad s dans le compartiment lysosomal (Fig. 2.22). Ce processus important maintient un quilibre bien contr l entre les fonctions cellulaires anaboliques et cataboliques et permet la cellule d' liminer les organites ind sirables ou inutiles. Les composants dig r s des organites sont recycl s et r utilis s pour la croissance et le d veloppement cellulaires normaux. De nombreuses maladies g n tiques ont t identifi es chez des individus pr sentant des mutations dans un g ne codant pour les prot ines lysosomales. Ces maladies sont appel es maladies de surcharge lysosomale (LSD) et sont caract ris es par des lysosomes dysfonctionnels. Dans la plupart des cas, la prot ine d fectueuse est une enzyme hydrolytique ou son cofacteur ; Moins fr quemment, les prot ines membranaires lysosomales ou les prot ines impliqu es dans le tri, le ciblage et le transport des prot ines lysosomales sont d fectueuses. Il en r sulte une accumulation dans les cellules des produits sp cifiques que les enzymes lysosomales utilisent normalement comme sous- l ments dans leurs r actions. Ces produits non dig r s et accumul s perturbent le fonctionnement normal de la cellule et entra nent sa mort. l'heure actuelle, 49 troubles sont connus : les maladies chroniques f minines ont une incidence cumulative d'environ 1 sur 7 000 naissances vivantes. L'esp rance de vie pour l'ensemble du groupe de personnes atteintes de ces troubles est de 15 ans. Le premier LSD a t d crit en 1881 par l'ophtalmologiste britannique Warren Tay, qui a signal des sympt mes d'anomalies r tiniennes chez un nourrisson de 12 mois pr sentant de graves sympt mes neuromusculaires. En 1896, le neurologue am ricain Bernard Sachs a d crit un patient avec des sympt mes oculaires similaires ceux de Tay. Cette maladie est maintenant connue sous le nom de maladie de Tay-Sachs. Elle est caus e par l'absence d'une enzyme, une galactosidase lysosomale (-hexosaminidase) qui catalyse une tape de la d gradation lysosomale des ganglio-sides dans les neurones. L'accumulation r sultante du ganglioside GM2 qui se trouve dans les structures lamell es concentriques dans les corps r siduels des neurones interf re avec le fonctionnement normal des cellules. Les e |
Histologie de Ross | nfants n s avec du LSD semblent g n ralement normaux la naissance ; Cependant, ils pr sentent rapidement des signes cliniques de la maladie. Ils connaissent souvent une croissance plus lente, pr sentent des changements dans les caract ristiques faciales et d veloppent des d formations osseuses et articulaires qui entra nent des restrictions importantes des mouvements des membres. Ils peuvent perdre des comp tences d j acquises telles que la parole et la capacit d'apprentissage. Des probl mes de comportement peuvent survenir, ainsi qu'un retard mental. Ils sont sujets des infections pulmonaires fr quentes et aux maladies cardiaques. Certains enfants pr sentent une hypertrophie des organes internes tels que le foie et la rate (h patospl nom galie). Les LSD les plus courants chez les enfants sont la maladie de Gaucher, le syndrome de Hurler (MPS I), le syndrome de Hunter (MPS II) et la maladie de Pompe. Il n'y a pas si longtemps, les LSD taient consid r s comme des troubles neurod g n ratifs sans aucun traitement potentiel. Au cours des deux derni res d cennies, le traitement des sympt mes du LSD a connu un succ s limit . Des efforts consid rables ont t consacr s la recherche g n tique et aux m thodes de d couverte pour remplacer les enzymes manquantes qui causent diverses formes de LSD. L'enzymoth rapie substitutive, qui n cessite l'administration cellulaire d'une enzyme recombinante fabriqu e, est disponible pour certains LSD tels que la cystinose et la maladie de Gaucher. Des enzymes ont galement t fournies par la transplantation de moelle osseuse contenant des g nes normaux provenant d'une personne non atteinte. Le succ s de l'enzymoth rapie substitutive est souvent limit par une biodistribution insuffisante des enzymes recombinantes et des co ts lev s. Les strat gies r cemment mergentes pour le traitement du LSD comprennent la th rapie chaperonne pharmacologique dans laquelle des mol cules chaperonnes sont d livr es aux cellules affect es. Dans certains cas, les chaparones synth tiques peuvent aider au repliement des enzymes mut s afin d'am liorer leur stabilit et d'acc l rer leur administration de lysoso-mal. l'avenir, la combinaison de diff rentes th rapies telles que le remplacement enzymatique, le chaperon pharmacologique et les th rapies de transfert de g nes avec le d veloppement de tests de d pistage n onatal permettra une d tection pr coce et am liorera les r sultats cliniques des patients atteints de LSD. DOSSIER 2.1 Corr lation clinique : maladies de surcharge lysosomale R sum des maladies lysosomales courantes (LSD) Maladie du produit accumulant D ficit en prot ines (ou processus d fectueux) Maladie de Gaucher Glucoc r brosidase Glucosylc ramide Maladie de Tay-Sachs -hexosaminidase, -sous-unit GM2 Ganglioside de Sandhoff -hexosaminidase, -sous-unit GM2 ganglioside, oligosaccharides Maladie de Krabbe Galactosylc ramidase Galactosylc ramidase Gal-c ramide, gal-sphingosine Maladie de Niemann-Pick A,B Sphingomy linase Sphingomy line Troubles de la d gradation des glycoprot ines Aspartylglycosaminuria Aspartylglycosaminidase Oligosaccharides li s l'azote -Mannosidase -Mannosides Troubles de la d gradation des sphingolipides chapitre 2 Troubles de la d gradation des glycosaminoglycanes Syndrome de Hurler (mucopolysaccharidose I, -L-iduronidase Dermatan sulfate, MHS I) Syndrome de Hunter (MPS II) L-Iduronate sulfatase Dermatan sulfate, h parane sulfate Syndrome de Maroteaux-Lamy (MPS IV) GalNAc 4-sulfatase/arylsulfatase B Dermatan sulfate Autres troubles de d ficit enzymatique unique Pompe maladie (glycog nose II) -1,4-glucosidase glycog ne Maladie de Wolman (xanthomatose familiale) Lipase acide Esters de cholest rol, triglyc rides Maladie de Canavan (aspartoacylase Aspartoacylase D ficit en acide N-ac tylaspartique) Troubles de la biogen se lysosomale Maladie cellules inclusionnelles (I-cell), GlcNAc-1-phosphotransf rase Les hydrolyses lysosomiques ne sont pas de la mucolipidose II (GlcNAcPTase) pr sente dans les lysosomes Conduit un tri d fectueux de la plupart des enzymes lysosomales hydrolytiques solubles Troubles du lysosomal Membrane Danon Disease lamp2 Pr sence de vacuoles autophagiques Cystinose Cystinosine (transporteur de cystine) Cystine R sum des maladies lysosomales courantes (LSD) (suite) Maladie du produit accumulateur D ficit en prot ines (ou processus d fectueux) Les prot ines cytoplasmiques et les organites sont des substrats de d gradation lysosomale dans le processus d'autophagie. L'autophagie joue un r le essentiel lors de la famine, de la diff renciation cellulaire, de la mort cellulaire et du vieillissement cellulaire. Au cours des derni res ann es, en appliquant des tests de d pistage g n tique d velopp s l'origine pour les levures, les chercheurs ont d couvert plusieurs g nes li s l'autophagie (g nes Atg) dans le g nome des cellules de mammif res. La pr sence de nutriments et de facteurs de croissance ad quats stimule l'activit enzymatiqu |
Histologie de Ross | e d'une s rine/thr onine kinase connue sous le nom de cible mammif re de la rapamycine (mTOR). Une activit lev e de mTOR exerce un effet inhibiteur sur l'autophagie. L'inverse se trouve dans le manque de nutriments, l'hypoxie et les temp ratures lev es, o l'absence d'activit de mTOR provoque l'activation des g nes Atg. Cela se traduit par la formation d'un complexe r gulateur d'autophagie de la prot ine kinase Atg1 qui initie le processus d'autophagie. En g n ral, l'autophagie peut tre divis e en trois voies bien caract ris es : La macroautophagie, ou simplement autophagie, est un processus non sp cifique dans lequel une partie du cytoplasme ou un organite entier est d'abord entour d'une membrane intracellulaire double ou multilamellaire du r ticulum endoplasmique, appel e membrane d'isolement, pour former une vacuole appel e autophagosome. Ce processus est facilit par des prot ines cod es par plusieurs g nes Atg. Dans un premier temps, le complexe contenant les prot ines Atg12-Atg5-Atg16L se fixe sur une partie du r ticulum endoplastique et localise la membrane d'isolement. Par la suite, Atg8 est recrut et li la membrane. Ensemble, ils modifient la forme de la membrane d'isolement, qui se plie pour enfermer et sceller un organite destin la digestion dans la lumi re de l'autophagosome. Une fois l'autophagosome termin , le complexe Atg12-Atg5-Atg16L et Atg8 se dissocient de cette structure. Apr s l'administration cibl e d'enzymes lysosomales, l'autophagosome se transforme en lysosome. La membrane d'isolement se d sint gre dans le compartiment hydrolytique d'un lysosome. La macroautophagie se produit dans le foie au cours des premiers stades de la famine (Fig. 2.23). La microautophagie est galement un processus non sp cifique dans lequel les prot ines cytoplasmiques sont d grad es dans un processus lent et continu dans des conditions physiologiques normales. Dans la microautophagie, de petites prot ines solubles cytoplasmiques sont internalis es dans les lysosomes par invagination de la membrane lysosomale. L'autophagie m di e par un chaperon est le seul processus s lectif de d gradation des prot ines et n cessite l'aide de chaperons cytosoliques sp cifiques tels que la prot ine chaperonne de choc thermique appel e hsc73. Ce processus est activ lors de la privation en nutriments et n cessite la pr sence de signaux de ciblage sur les prot ines d grad es et d'un r cepteur sp cifique sur les prot ines d grad es. FIGURE 2.22 Trois voies autophagiques pour la d gradation des constituants cytoplasmiques. Dans la macroautophagie, une partie du cytoplasme ou un organite entier est entour d'une membrane intracellulaire du r ticulum endoplasmique pour former une vacuole autophagosome double membrane. Apr s fusion avec un lysosome, la membrane interne et le contenu de la vacuole sont d grad s. Dans la microautophagie, les prot ines cytoplasmiques sont internalis es dans les lysosomes par invagination de la membrane lysosomale. L'autophagie des lysosomes m di e par le chaperons est le processus le plus s lectif de d gradation des prot ines cytoplasmiques sp cifiques. Il n cessite l'aide de prot ines appel es chaperons. La prot ine chaperonne, c'est- -dire hsc73, se lie la prot ine et aide la transporter dans la lumi re lysosomale, o elle est g n ralement d grad e. la membrane lysosomale. Le transport direct m di par un chaperon ressemble au processus d'importation de prot ines vers divers autres organites cellulaires : hsc73 se lie la prot ine et aide son transport travers la membrane lysosomale dans la lumi re, o elle est finalement d grad e. L'autophagie m di e par le chaperon est responsable de la d gradation d'environ 30 % des prot ines cytoplasmiques dans des organes tels que le foie et les reins. En plus de la voie lysosomale de d gradation des prot ines, les cellules ont la capacit de d truire les prot ines sans l'implication des lysosomes. Un tel processus se produit au sein de grands complexes de prot ines cytoplasmiques ou nucl aires appel s prot asomes. Ils repr sentent FIGURE 2.23 Micrographie lectronique d'autophagosomes dans un h patocyte. Cette micrographie lectronique montre plusieurs autophagosomes contenant des mitochondries en d g n rescence. Notez les lysosomes environnants qui ont t color s la phosphatase acide. 12 600. (Avec l'aimable autorisation du Dr William A. Dunn, Jr.) Complexes prot ases d pendants de l'ATP qui d truisent les prot ines qui ont t sp cifiquement marqu es pour cette voie. La d gradation m di e par le prot asome est utilis e par les cellules pour d truire les prot ines anormales qui sont mal repli es, d natur es ou qui contiennent des acides amin s anormaux. Cette voie d grade galement les prot ines r gulatrices normales courte dur e de vie qui doivent tre rapidement inactiv es et d grad es, telles que les cyclines mitotiques qui r gulent la progression du cycle cellulaire, les facteurs transcriptionnels, les suppresseurs |
Histologie de Ross | de tumeurs ou les promoteurs de tumeurs. Les prot ines destin es la d gradation m di e par le prot asome doivent tre reconnues et sp cifiquement marqu es par la cha ne de polyubiquitine. La d gradation d'une prot ine dans la voie m di e par le prot asome implique deux tapes successives : la polyubiquitination, dans laquelle les prot ines cibl es pour la destruction sont marqu es plusieurs reprises par des attaches covalentes d'une petite prot ine (8,5 kilodaltons) appel e ubiquitine. La r action de marquage est catalys e par trois ubiquitine ligases appel es enzymes activatrices d'ubiquitine E1, E2 et E3. Dans une cascade de r actions enzymatiques, la prot ine cibl e est d'abord marqu e par une seule mol cule d'ubiquitine. Cela cr e un signal pour la fixation cons cutive de plusieurs autres mol cules d'ubiquitine, ce qui donne une cha ne lin aire de conjugu s d'ubiquitine. Une cible prot ique d truire dans le prot asome doit tre marqu e avec au moins quatre mol cules d'ubiquitine sous la forme d'une cha ne de polyubiquitine qui sert de signal de d gradation pour le complexe de prot asome. D gradation de la prot ine marqu e par le complexe prot asome 26S. Chaque prot asome est constitu d'un cylindre creux, en forme de tonneau, contenant une particule centrale (CP) 20S qui facilite l'activit multicatalytique de la prot ase dans laquelle les prot ines polyubiquitin es sont d grad es en petits polypeptides et acides amin s. Aux deux extr mit s du cylindre CP se trouvent deux particules r gulatrices (RP) 19S ; un RP qui forme le couvercle du baril reconna t les tiquettes de polyubiquitine, d plie la prot ine et r gule son entr e dans la chambre de destruction. Le RP sur le c t oppos ( la base) du cylindre lib re des peptides courts et des acides amin s une fois la d gradation de la prot ine termin e. Les mol cules d'ubiquitine libres sont lib r es par les enzymes d subiquitinantes (DUB) et recycl es. (Fig. 2.24). Deux groupes d'affections pathologiques sont associ s au dysfonctionnement de la d gradation induite par le prot asome. Le premier groupe de maladies r sulte d'une perte de fonction du prot asome en raison de mutations dans le syst me des enzymes activatrices de l'ubiquitine. Cela conduit une diminution de la d gradation des prot ines et leur accumulation ult rieure dans le cytoplasme cellulaire (par exemple, dans le syndrome d'Angelman et la maladie d'Alzheimer). Le deuxi me groupe de maladies r sulte d'une d gradation acc l r e des prot ines par des prot ines surexprim es impliqu es dans ce syst me (par exemple, les infections par le virus du papillome humain). La d couverte r cente d'inhibiteurs sp cifiques du prot asome est prometteuse pour le traitement des cancers et de certaines infections virales. Le syst me de synth se prot ique de la cellule se compose du r ticulum endoplasmique rugueux et des ribosomes. Le cytoplasme d'une vari t de cellules engag es principalement dans la synth se des prot ines se colore intens ment avec des colorants basiques. La coloration basophile est caus e par la pr sence d'ARN. La partie du cytoplasme qui se colore avec le colorant basique est appel e ergastoplasme. L'ergastoplasme dans les cellules s cr toires (par exemple, les cellules acineuses pancr atiques) est l'image microscopique optique de l'organite appel r ticulum endoplasmique rugueux (rER). Avec le TEM, le rER appara t sous la forme d'une s rie de sacs aplatis interconnect s, limit s par la membrane, appel s citernes, avec des particules parsemant la surface ext rieure de la membrane (Fig. 2.25). Ces particules, appel es ribosomes, sont attach es la membrane du rER par des prot ines d'amarrage ribosomiques. Les ribosomes mesurent de 15 20 nm de diam tre et sont constitu s d'une petite et d'une grande sous-unit . Chaque sous-unit contient de l'ARN ribosomique (ARNr) de longueur diff rente ainsi que de nombreuses prot ines diff rentes. Dans de nombreux cas, le rER est continu avec la membrane externe de l'enveloppe nucl aire (voir la section suivante). Les groupes de ribosomes forment de courts r seaux spiral s appel s polyribosomes ou polysomes (Fig. 2.26) dans lesquels de nombreux ribosomes sont attach s un fil d'ARN messager (ARNm). La synth se des prot ines implique la transcription et la traduction. La production de prot ines par la cellule commence dans le noyau par la transcription, dans laquelle le code g n tique d'une prot ine est transcrit de l'ADN au pr -ARNm. Apr s des modifications post-transcriptionnelles de la mol cule de pr -ARNm, ce qui comprend le clivage de l'ARN, l'excision des introns, la r union des exons et le couronnement par l'ajout de pistes poly(A) au niveau de la FIGURE 2.24 D gradation induite par le prot asome. Cette voie de d gradation implique le marquage des prot ines destin es la destruction par une cha ne de polyubiquitine et leur d gradation ult rieure dans un complexe prot asome avec la lib ration de mol cules d'ubiquitine libres |
Histologie de Ross | et r utilisables. L'ubiquitine en pr sence d'ATP est activ e par un complexe de trois enzymes activatrices d'ubiquitine (E1, E2 et E3) pour former une seule cha ne de polyubiquitine qui sert de signal de d gradation pour le complexe prot asome 26S. La particule r gulatrice (19S RP) qui forme le couvercle de la chambre de destruction de la prot ine principale (particule centrale 20S) reconna t les marqueurs de polyubiquitine, d plie la prot ine, ins re et r gule son entr e dans la chambre de destruction. La particule r gulatrice situ e du c t oppos de la chambre lib re des peptides courts et des acides amin s une fois la d gradation de la prot ine termin e. Les mol cules d'ubiquitine libres sont lib r es par les enzymes de d subiquitination (DUB) et recycl es. 3 et une coiffe de m thylguanosine [M(7) GPPP] l'extr mit 5 - la mol cule d'ARNm r sultante quitte le noyau et migre dans le cytoplasme (Fig. 2.27). La transcription est suivie d'une traduction dans laquelle le message cod contenu dans l'ARNm est lu par les complexes ribosomiques pour former un polypeptide. Une mol cule d'ARNm cytoplasmique unique typique se lie de nombreux ribosomes espac s d'aussi pr s que 80 nucl otides, formant ainsi un complexe polyribosomique, ou FIGURE 2.25 Micrographie lectronique de la rER. Cette image du rER dans une cellule principale de l'estomac montre les citernes membraneuses (C) troitement regroup es en rang es parall les. Les polyribosomes sont pr sents la surface cytoplasmique de la membrane entourant les citernes. L'image d'une membrane parsem e de ribosomes est l'origine du terme r ticulum endoplasmique rugueux. Quelques ribosomes sont libres dans le cytoplasme. M, mitochondrie. 50,000. polysome. Un polysome fix la surface cytoplasmique du rER peut traduire une seule mol cule d'ARNm et produire simultan ment de nombreuses copies d'une prot ine particuli re. En revanche, les ribosomes libres r sident dans le cytoplasme. Ils ne sont associ s aucune membrane intracellulaire et sont structurellement et fonctionnellement identiques aux polysomes de la rER. Les diff rences entre la structure des ribosomes procaryotes (bact riens) et eucaryotes ont t exploit es par les chercheurs, qui ont d couvert des compos s chimiques (antibiotiques) qui se lient aux ribosomes bact riens, d truisant ainsi une infection bact rienne sans nuire aux cellules de l'individu infect . Plusieurs types d'antibiotiques, tels que les aminosides (streptomycine), les macrolides ( rythromycine), les lincosamides (clindamycine), les t tracyclines et le chloramph nicol, inhibent la synth se des prot ines en se liant diff rentes parties des ribosomes bact riens. Les peptides signaux dirigent le transport post-traductionnel d'une prot ine. FIGURE 2.26 Micrographie lectronique des complexes rER et polyribosomes. Cette image montre une petite section du rER adjacente au noyau sectionn e en deux plans. Le r ticulum s'est retourn l'int rieur de la section. Ainsi, en haut droite et gauche, les membranes du r ticulum ont t coup es angle droit par rapport leur surface. Au centre, le r ticulum s'est tordu et est montr comme dans une vue a rienne (au-dessus de la membrane). Les grands assemblages cytoplasmiques en spirale (fl ches) sont des cha nes de ribosomes qui forment des polyribosomes qui sont activement engag s dans la traduction de la mol cule d'ARNm. 38,000. La plupart des prot ines synth tis es pour l'exportation ou pour faire partie d'organites sp cifiques (tels que la membrane plasmique, la matrice mitochondriale, le r ticulum endoplasmique ou le noyau) n cessitent des signaux de tri qui dirigent les prot ines vers leurs destinations correctes. Ces s quences de signal (peptides de signal) se retrouvent souvent dans la s quence du premier groupe de 15 60 acides amin s sur l'amino-terminus d'une prot ine nouvellement synth tis e. Par exemple, presque toutes les prot ines qui sont transport es vers le r ticulum endoplasmique ont une s quence de signal compos e de cinq dix acides amin s hydrophobes sur leurs terminaisons amin es. La s quence de signaux du peptide naissant interagit avec une particule de reconnaissance du signal (SRP), ce qui arr te la croissance ult rieure de la cha ne polypeptidique. Le complexe contenant le complexe SRP-polyribosome avec synth se polypeptidique arr t e est ensuite relocalis vers l'excision rER des introns lib ration de l'arr t traductionnel FIGURE 2.27 R sum des v nements au cours de la synth se des prot ines. La synth se des prot ines commence dans le noyau par la transcription, au cours de laquelle le code g n tique d'une prot ine est transcrit de l'ADN aux pr curseurs de l'ARNm. Apr s des modifications post-transcriptionnelles de la mol cule de pr ARNm, qui comprennent le clivage de l'ARN, l'excision des introns, la r union des exons et le couronnement par l'ajout de pistes poly(A) l'extr mit 3 et de la coiffe de m thylguanosine l'extr mit 5, la mol cul |
Histologie de Ross | e d'ARNm r sultante quitte le noyau dans le cytoplasme. Dans le cytoplasme, la s quence de l'ARNm est lue par le complexe ribosomique dans le processus de traduction pour former une cha ne polypeptidique. Le premier groupe de 15 60 acides amin s sur l'amino-terminus d'un polypeptide nouvellement synth tis forme une s quence signal (peptide signal) qui dirige la prot ine vers sa destination (c'est- -dire la lumi re du rER). Le peptide signal interagit avec une particule de reconnaissance du signal (SRP), qui arr te la croissance de la cha ne polypeptidique jusqu' sa relocalisation vers la membrane rER. La liaison de THE SRP une prot ine d'amarrage sur la surface cytoplasmique du rER aligne le ribosome avec la prot ine translocatrice. La liaison du ribosome au translocateur provoque la dissociation du complexe prot ique SRP-docking du ribosome, et la synth se des prot ines reprend. La prot ine translocatrice guide la cha ne polypeptidique dans la lumi re de la citerne rER. La s quence signal est cliv e du polypeptide par la peptidase signal et est ensuite dig r e par les peptides peptidases signal. la fin de la synth se des prot ines, le ribosome se d tache de la prot ine translocatrice. membrane. La liaison de SRP une prot ine d'amarrage la surface cytoplasmique du rER aligne le ribosome avec le translocateur, une prot ine membranaire int grale du rER. La liaison du ribosome au translocateur prot ique provoque la dissociation du complexe prot ique SRP-prot ine d'amarrage du ribosome et de la membrane rER, lib rant ainsi le bloc translationnel et permettant au ribosome de reprendre la synth se des prot ines (voir Fig. 2.27). La prot ine translocatrice ins re la cha ne polypeptidique dans son pore aqueux, permettant la prot ine nouvellement form e d' tre d charg e dans la lumi re de la citerne rER. Pour les prot ines s cr toires simples, le polypeptide continue d' tre ins r par le translocateur dans la lumi re au fur et mesure de sa synth se. La s quence signal est cliv e du polypeptide par la peptidase signal r sidant sur la face cisternale de la membrane rER, avant m me que la synth se de la cha ne enti re ne soit termin e. Pour les prot ines membranaires int grales, les s quences le long du polypeptide peuvent ordonner la prot ine en formation de passer d'avant en arri re travers la membrane, cr ant les domaines fonctionnels que la prot ine pr sentera sa membrane finale. la fin de la synth se prot ique, le ribosome se d tache de la prot ine translocatrice et est nouveau libre dans le cytoplasme. La modification post-traductionnelle et la s questration des prot ines au sein du rER constituent la premi re tape de l'exportation des prot ines destin es quitter la cellule. Au fur et mesure que les cha nes polypeptidiques sont synth tis es par les polysomes li s la membrane, la prot ine est inject e dans la lumi re de la citerne rER, o elle est modifi e post-traductionnellement par des enzymes. Ces modifications comprennent la glycosylation du noyau, la formation d'une liaison disulfure et d'une liaison hydrog ne interne, le repliement de la prot ine nouvellement synth tis e l'aide de chaperons mol culaires et l'assemblage partiel de sous-unit s. Les prot ines sont ensuite concentr es dans une lumi re des citernes voisines de la rER, ou elles sont transport es vers une autre partie de la cellule dans les canaux continus de la rER. l'exception des quelques prot ines qui restent des r sidents permanents des membranes rER et des prot ines s cr t es par la voie constitutive, les prot ines nouvellement synth tis es sont normalement livr es l'appareil de Golgi en quelques minutes. Quelques maladies sont caract ris es par une incapacit du rER exporter une prot ine mut e vers Golgi. Par exemple, en cas de carence en 1antitrypsine, une substitution d'un seul acide amin rend le rER incapable d'exporter la 1-antitrypsine (A1AT). Cela conduit une diminution de l'activit de l'A1AT dans le sang et les poumons et un d p t anormal de l'A1AT d fectueux dans le rER des h patocytes h patiques, entra nant un emphys me (maladie pulmonaire obstructive chronique) et une alt ration de la fonction h patique. Dans les cellules dans lesquelles la voie constitutive est dominante, savoir les plasmocytes et les fibroblastes activ s, les prot ines nouvellement synth tis es peuvent s'accumuler dans les citernes rER, provoquant leur engorgement et leur distension. Le rER sert galement de point de contr le de la qualit dans le processus de production de prot ines. Si la prot ine nouvellement synth tis e n'est pas correctement modifi e ou mal repli e post-traductionnelle, elle est alors export e du rER vers le cytoplasme via le m canisme de r trotranslocation. Les prot ines d fectueuses sont ici d glycosyl es, polyubiquityl es et d grad es dans les prot asomes (voir page 44). Le rER est le plus d velopp dans les cellules s cr toires actives. Le rER est particuli rement bien d velopp |
Histologie de Ross | dans les cellules qui synth tisent des prot ines destin es quitter la cellule (cellules s cr toires) ainsi que dans les cellules pr sentant de grandes quantit s de membrane plasmique, comme les neurones. Les cellules s cr toires comprennent les cellules glandulaires, les fibroblastes activ s, les plasmocytes, les odontoblastes, les am loblastes et les ost oblastes. Le rER n'est cependant pas limit aux cellules s cr toires et aux neurones. Pratiquement toutes les cellules du corps contiennent des profils de rER. Cependant, ils peuvent tre peu nombreux, ce qui refl te la quantit de s cr tion de prot ines, et dispers s de sorte qu'au microscope optique, ils ne sont pas vidents comme des zones de basophilie. Le rER est le plus d velopp dans les cellules s cr toires actives car les prot ines s cr toires sont synth tis es exclusivement par les ribosomes du rER. Dans toutes les cellules, cependant, les ribosomes du rER synth tisent galement des prot ines qui doivent devenir des composants permanents des lysosomes, de l'appareil de Golgi, du rER ou de l'enveloppe nucl aire (ces structures sont discut es dans les sections suivantes) ou des composants int graux de la membrane plasmique. Les coatomeurs assurent la m diation du trafic bidirectionnel entre le rER et l'appareil de Golgi. Les donn es exp rimentales indiquent que deux classes de v sicules enrob es sont impliqu es dans le transport des prot ines depuis et vers la rER. Une enveloppe prot ique similaire la clathrine entoure les v sicules transportant les prot ines entre le rER et l'appareil de Golgi (page 35). Cependant, contrairement aux clathrines, qui interviennent dans le transport bidirectionnel de et vers la membrane plasmique, une classe de prot ines n'est impliqu e que dans le transport ant rograde du rER vers le r seau cis-Golgi (CGN), les citernes de Golgi les plus proches du rER. Une autre classe de prot ines m die le transport r trograde du CGN vers le rER (Fig. 2.28). Ces deux classes de prot ines sont appel es coatomeurs ou COP. COP-I m die les v sicules de transport provenant de la CGN jusqu'au rER (Fig. 2.29a). Ces prot ines r trogrades ont t transf r es par erreur la CGN lors du transport ant rograde normal. En outre, la COP-I concerne galement les citernes de Golgi. FIGURE 2.28 Transport ant rograde et r trograde entre le r seau rER et le r seau cis-Golgi. Deux classes de v sicules enrob es sont impliqu es dans le transport des prot ines vers et depuis la rER. Ces v sicules sont entour es de complexes d'enrobage prot ique COP-I et COP-II, respectivement. COP-II est impliqu dans le transport ant rograde du rER vers le r seau cis-Golgi (CGN), et COP-I est impliqu dans le transport r trograde du CGN vers le rER. Une fois qu'une v sicule est form e, les composants de la couche se dissocient de la v sicule et sont recycl s vers leur site d'origine. L'enveloppe prot ique COP-I est galement impliqu e dans le transport r trograde entre les citernes l'int rieur de l'appareil de Golgi (voir Fig. 2.13). COP-II est responsable du transport ant rograde, formant des v sicules de transport rER destin es au CGN (Fig. 2.29b). COP-II aide la d formation physique des membranes rER en bourgeons fortement incurv s et la s paration suppl mentaire des v sicules de la membrane rER. La plupart des prot ines produites dans le rER utilisent des v sicules recouvertes de COP-II pour atteindre le CGN. Peu de temps apr s la formation des v sicules recouvertes de COP-I ou de COP-II, les couches se dissocient des v sicules nouvellement form es, permettant la v sicule de fusionner avec sa cible. Les composants du rev tement sont ensuite recycl s vers leur site d'origine. Les ribosomes libres synth tisent des prot ines qui resteront dans la cellule sous forme d' l ments cytoplasmiques, structurels ou fonctionnels. Les prot ines cibl es sur le noyau, les mitochondries ou les peroxysomes sont synth tis es sur des ribosomes libres, puis lib r es dans le cytosol. En l'absence d'une s quence signal, les prot ines synth tis es sur les ribosomes libres restent dans le cytosol. La basophilie cytoplasmique est associ e des cellules qui produisent de grandes quantit s de prot ines qui resteront dans la cellule. Ces cellules et leurs produits comprennent le d veloppement des globules rouges (h moglobine), des cellules musculaires en d veloppement (les prot ines contractiles actine et myosine), des cellules nerveuses (neurofilaments) et des k ratinocytes de la peau (k ratine). De plus, la plupart des enzymes de la mitochondrie sont synth tis es par des polysomes libres et transf r es dans cet organite. FIGURE 2.29 Micrographie lectronique de v sicules rev tues de COP-I et COP-II. un. Cette image montre des v sicules recouvertes de COP-I qui initient le transport r trograde du r seau cis-Golgi vers le rER. Sur cette image, prise avec un microscope cong lateur rapide, notez la structure du CGN et les v sicules mergentes. 27 000. b. Image de |
Histologie de Ross | v sicules recouvertes de COP-II responsables du transport ant rograde. Notez que la couche superficielle de ces v sicules est diff rente de celle des v sicules recouvertes de clathrine. 50 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr John E. Heuser, Facult de m decine de l'Universit de Washington.) La basophilie dans ces cellules tait autrefois appel e ergastoplasme et est caus e par la pr sence de grandes quantit s d'ARN. Dans ce cas, les ribosomes et les polysomes sont libres dans le cytoplasme (c'est- -dire qu'ils ne sont pas attach s aux membranes du r ticulum endoplasmique). Les grands corps basophiles des cellules nerveuses, appel s corps de Nissl, sont constitu s la fois de rER et d'un grand nombre de ribosomes libres (Fig. 2.30). Tous les ribosomes contiennent de l'ARN ; ce sont les groupes phosphate de l'ARN des ribosomes, et non le composant membraneux du r ticulum endoplasmique, qui expliquent la coloration basophile du cytoplasme. FIGURE 2.30 Micrographie lectronique d'un corps de cellule nerveuse montrant le rER. Cette image montre les profles rER ainsi que de nombreux ribosomes libres situ s entre les membranes du rER. Collectivement, les ribosomes libres et les ribosomes membranaires sont responsables de la basophilie cytoplasmique caract ristique (corps de Nissl) observ e au microscope optique dans le cytoplasme p rinucl aire des neurones. 45,000. Le sER est constitu de courts tubules anastomos s qui ne sont pas associ s aux ribosomes. Les cellules pr sentant de grandes quantit s de r ticulum endoplasmique surface lisse peuvent pr senter une osinophilie cytoplasmique distincte (acidophilie) lorsqu'elles sont observ es au microscope optique. Le sER est structurellement similaire au rER mais ne contient pas les prot ines d'amarrage des ribosomes. Il a tendance tre tubulaire plut t qu'en forme de feuille, et il peut tre s par du rER ou d'une extension de celui-ci. Le sER est abondant dans les cellules qui fonctionnent dans le m tabolisme des lipides (c'est- -dire les cellules qui synth tisent les acides gras et les phospholipides), et il prolif re dans les h patocytes lorsque les animaux sont confront s des m dicaments lipophiles. Le sER est bien d velopp dans les cellules qui synth tisent et s cr tent des st ro des telles que les cellules corticosurr nales et les cellules de Leydig testiculaires (interstitielles) (Fig. 2.31). Dans le muscle squelettique et cardiaque, le sER est galement appel sarcoplasmique FIGURE 2.31 Micrographie lectronique du sER. Cette image montre de nombreux profils de sER dans une cellule interstitielle (Leydig) du testicule, une cellule qui produit des hormones st ro des. Le sER observ ici est un syst me complexe de tubules anastomos s. Les petits objets denses sont des particules de glycog ne. 60,000. r ticulum. Il s questre le Ca2, qui est essentiel au processus contractile et est troitement oppos aux invaginations de la membrane plasmile qui conduisent les impulsions contractiles l'int rieur de la cellule. Le sER est le principal organite impliqu dans la d toxification et la conjugaison des substances nocives. Le sER est particuli rement bien d velopp dans le foie et contient une vari t d'enzymes d toxifiantes li es au cytochrome P450 qui sont ancr es directement dans les membranes plasmiques du sER. Ils modifient et d toxifient les compos s hydrophobes tels que les pesticides et les canc rig nes en les convertissant chimiquement en produits conjugu s hydrosolubles qui peuvent tre limin s de l'organisme. Le degr d'implication du foie dans la d toxification un moment donn peut tre estim par la quantit de sER pr sente dans les cellules h patiques. Le sER est galement impliqu dans le m tabolisme des lipides et des st ro des, le m tabolisme du glycog ne, la formation et le recyclage des membranes. En raison de ces fonctions tr s disparates, de nombreuses autres enzymes, notamment les hydrolases, les m thylases, la glucose-6phosphatase, les ATPases et les lipides oxydases, sont associ es au sER, en fonction de son r le fonctionnel. L'appareil de Golgi est bien d velopp dans les cellules s cr toires et ne se colore pas avec l'h matoxyline ou l' osine. L'appareil de Golgi a t d crit il y a plus de 100 ans par l'histologiste Camillo Golgi. En tudiant des cellules nerveuses impr gn es d'osmium, il a d couvert un organite qui formait des r seaux autour du noyau. Il a galement t d crit comme bien d velopp dans les cellules s cr toires. Changements de forme et FIGURE 2.32 Photomicrographie des plasmocytes. Cette photomicrographie d'un sp cimen incrust de plastique montrant la lamina propria de l'intestin gr le est color e au bleu de toluidine. Les plasmocytes, lorsqu'ils sont correctement orient s, pr sentent une zone claire dans le cytoplasme pr s du noyau. Ces r gions color es n gativement (fl ches) repr sentent une accumulation importante de citernes membraneuses qui appartiennent l'appareil de Golgi. Le cyto |
Histologie de Ross | plasme environnant est profond ment color m tachromatiquement en raison de la pr sence de ribosomes associ s la rER tendue. 1,200. l'emplacement de l'appareil de Golgi par rapport son tat s cr toire ont t d crits avant m me qu'il ne soit observ au microscope lectronique et avant que sa relation fonctionnelle avec le rER ne soit tablie. Il est actif la fois dans les cellules qui s cr tent des prot ines par exocytose et dans les cellules qui synth tisent de grandes quantit s de prot ines membranaires et associ es la membrane, telles que les cellules nerveuses. Au microscope optique, les cellules s cr toires qui ont un grand appareil de Golgi (par exemple, les plasmocytes, les ost oblastes et les cellules de l' pididyme) pr sentent g n ralement une zone claire partiellement entour e d'ergastoplasme (Fig. 2.32). Dans EM, l'appareil de Golgi appara t comme une s rie de sacs ou de citernes empil s, aplatis, limit s la membrane et d'extensions tubulaires int gr es dans un r seau de microtubules pr s du centre organisateur des microtubules (voir page 65). De petites v sicules impliqu es dans le transport v siculaire sont observ es en association avec les citernes. L'appareil de Golgi est polaris la fois morphologiquement et fonctionnellement. Les citernes aplaties situ es les plus proches du rER repr sentent la face en formation, ou le r seau cis-Golgi (CGN) ; les citernes situ es l'oppos du rER repr sentent la face en cours de maturation, ou le r seau trans-Golgi (TGN) ; (Fig. 2.33 et 2.34). Les citernes situ es entre le TGN et le CGN sont commun ment appel es le r seau m dio-golgi. L'appareil de Golgi fonctionne dans la modification, le tri et l'emballage post-traductionnels des prot ines. De petites v sicules de transport rev tues de COP-II transportent des prot ines nouvellement synth tis es (s cr toires et membranaires) du rER au CGN. De l , ils voyagent l'int rieur des v sicules de transport d'une citerne l'autre. Les v sicules bourgeonnent partir d'une citerne et fusionnent avec les citernes adjacentes (Fig. 2.35). Au fur et mesure que les prot ines et les lipides voyagent travers les empilements de Golgi, ils subissent une s rie de modifications post-traductionnelles qui impliquent le remodelage des oligosaccharides li s l'azote pr c demment ajout s dans le rER. FIGURE 2.33 Micrographie lectronique de l'appareil de Golgi. Cette micrographie lectronique montre l'appareil de Golgi tendu dans une cellule d' lot du pancr as. Les sacs membranaires engraiss s de l'appareil de Golgi sont dispos s en couches. Le CGN est repr sent par les v sicules engraiss es sur la surface convexe externe, tandis que les v sicules engraiss es de la r gion convexe interne constituent le TGN. Plusieurs v sicules bourgeonnent du TGN (1). Ces v sicules sont lib r es (2) et finissent par devenir des v sicules s cr toires (3). 55,000. En g n ral, les glycoprot ines et les glycolipides ont leurs oligosaccharides coup s et transloqu s. La glycosylation des prot ines et des lipides utilise plusieurs enzymes de traitement des glucides qui ajoutent, liminent et modifient les fractions sucr es des cha nes d'oligosaccharides. M-6-P est ajout aux prot ines destin es voyager vers les endosomes et lysosomes tardifs (voir page 37). De plus, les glycoprot ines sont phosphoryl es et sulfat es. Le clivage prot olytique de certaines prot ines est galement initi au sein des citernes. Quatre voies principales de s cr tion de prot ines par l'appareil de Golgi dispersent les prot ines vers diverses destinations cellulaires. Comme indiqu , les prot ines sortent de l'appareil de Golgi partir du TGN. Ce r seau et le r seau tubulo-lovesiculaire associ servent de FIGURE 2.34 Micrographie lectronique de citernes de Golgi. un. Cette micrographie lectronique transmission montre une r plique isol e de l'appareil de Golgi congel e partir d'une lign e cellulaire d'ovaire de hamster chinois (CHO) en culture. Les citernes trans-Golgi sont en train de former des v sicules enrob es. b. L'incubation des citernes trans-Golgi avec le cytosol appauvri en coatomer montre une diminution de l'activit de formation des v sicules. Notez l'absence de v sicules et la forme fenestr e des citernes trans-Golgi. 85 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr John E. Heuser, Facult de m decine de l'Universit de Washington.) FIGURE 2.35 L'appareil de Golgi et le traffcking v siculaire. L'appareil de Golgi contient plusieurs piles de citernes engraiss es aux bords dilat s. Les citernes de Golgi forment des compartiments fonctionnels distincts. Le compartiment le plus proche du rER repr sente le CGN, vers lequel les v sicules de transport rev tues de COP-II provenant du rER fusionnent et d livrent des prot ines nouvellement synth tis es. Le transport r trograde de CGN rER, ainsi que le transport r trograde entre les citernes de Golgi, sont m di s par des v sicules recouvertes de COP-I. Une fois que les prot ines ont t |
Histologie de Ross | modifi es dans le CGN, les v sicules de transport bourgeonnent partir des extr mit s dilat es de ce compartiment, et les prot ines sont transf r es dans les citernes de Golgi m diales. Le processus se poursuit ; de la m me mani re, les prot ines sont transloqu es dans les citernes trans-Golgi et la station de tri pour les v sicules navettes qui d livrent les prot ines aux endroits suivants (voir Fig. 2.36). Membrane plasmique apicale. De nombreuses prot ines extracellulaires et membranaires sont livr es ce site. Cette voie constitutive utilise tr s probablement des v sicules non recouvertes de clathrine. Dans la plupart des cellules, les prot ines s cr toires destin es la membrane plasmique apicale ont des signaux de tri sp cifiques qui guident leur processus de tri dans le TGN. Les prot ines sont ensuite d livr es la surface de la cellule apicale. Membrane plasmique basolat rale. Les prot ines cibl es sur le domaine basolat ral ont galement un signal de tri sp cifique qui leur est attach par le TGN. Cette voie constitutive utilise des v sicules recouvertes d'une prot ine encore non identifi e associ e une prot ine adaptatrice sp cifique de l' pith lium. Les prot ines membranaires transport es sont incorpor es en continu dans la surface cellulaire basolat rale. Ce type de ciblage est pr sent dans la plupart des cellules pith liales polaris es. Dans les h patocytes h patiques, cependant, le processus de tri des prot ines dans les domaines basolat ral et apical est tr s diff rent. Toutes les prot ines int grales de la membrane plasmique qui sont destin es la fois aux domaines apical et basolat ral sont d'abord transport es du TGN la membrane plasmique basolat rale. partir de l , les deux prot ines sont endocytos es et tri es dans les compartiments endosomaux pr coces. Les prot ines basolat rales sont recycl es dans la membrane basolat rale, tandis que les prot ines apicales sont transport es travers le cytoplasme jusqu' la membrane cellulaire apicale par transcytose. Endosomes ou lysosomes. La plupart des prot ines destin es aux organites portent des s quences de signaux sp cifiques. Ils sont tri s dans le TGN et livr s des organites sp cifiques. Cependant, les m canismes de tri TGN ne sont jamais compl tement pr cis. Par exemple, environ 10 % des prot ines de la membrane int grale lysosomale (boiteries) voyagent directement dans les endosomes pr coces ou tardifs, empruntent un itin raire prolong passant par la membrane plasmique apicale (voir Fig. 2.20), puis retournent dans les voies endosomales. Les enzymes destin es aux lysosomes l'aide de marqueurs M-6-P (voir page 37) sont d livr es dans les endosomes pr coces ou tardifs au fur et mesure qu'ils se d veloppent en lysosomes matures. Cytoplasme apical. Les prot ines qui ont t agr g es ou cristallis es dans le TGN la suite de changements de pH et de concentration de Ca2 sont stock es dans de grandes v sicules s cr toires. Ces v sicules subissent un processus de maturation dans lequel des prot ines s cr toires sont retenues l'int rieur de la v sicule. Toutes les autres prot ines non s cr toires sont recycl es dans le compartiment endosomal ou TGN dans les v sicules enrob es de clathrine FIGURE 2.36 R sum des v nements de traffcking de prot ines partir du TGN. Le r seau tubulo-lovesiculaire du TGN sert de station de tri pour le transport des v sicules qui d livrent les prot ines aux destinations suivantes : (1) membrane plasmique apicale (c'est- -dire les cellules pith liales) ; (2) la r gion apicale du cytoplasme cellulaire o les prot ines sont stock es dans les v sicules s cr toires (c'est- -dire les cellules s cr toires) ; (3) compartiment endosomal pr coce ou tardif ; (4) des prot ines s lectionn es contenant des signaux lysosomaux, qui sont cibl es sur les lysosomes ; (5) membrane plasmique lat rale (c'est- -dire cellules pith liales) ; (6) membrane plasmique basale (c.- -d. cellules pith liales) ; (7) les prot ines destin es aux surfaces apicales, basales et lat rales de la membrane plasmique, qui sont d livr es la membrane plasmique basale (c'est- -dire dans les h patocytes) ; (8) toutes les prot ines endocytos es et tri es dans les endosomes pr coces ; (9) membrane plasmique apicale des endosomes pr coces ; (10) membrane plasmique lat rale ; et (11) membrane plasmique basale. Notez deux m canismes de ciblage des prot ines sur diff rentes surfaces de la membrane plasmique. Dans les cellules pith liales, les prot ines sont directement cibl es du TGN vers la surface cellulaire appropri e, comme indiqu aux tapes (1), (5) et (6). Dans les h patocytes, toutes les prot ines sont s cr t es d'abord la surface des cellules basales, puis elles sont distribu es la surface cellulaire appropri e via le compartiment endosomal, comme indiqu aux tapes (7) (11). (voir Fig. 2.35). Les v sicules s cr toires matures finissent par fusionner avec la membrane plasmique pour lib rer le produit s cr toire par exo |
Histologie de Ross | cytose. Ce type de s cr tion est caract ristique des cellules s cr toires hautement sp cialis es que l'on trouve dans les glandes exocrines. Le tri et l'emballage des prot ines dans les v sicules de transport se produisent dans le r seau trans-Golgi. Les prot ines qui arrivent dans le TGN sont distribu es diff rents endroits intercellulaires dans les v sicules de transport. La destination intercellulaire de chaque prot ine d pend des signaux de tri qui sont incorpor s dans la cha ne polypeptidique de la prot ine. Le tri et l'emballage proprement dits des prot ines dans les TGN sont principalement bas s sur les signaux de tri et les propri t s physiques. Les signaux de tri sont repr sent s par le r seau lin aire d'acides amin s ou de mol cules de glucides associ es. Ce type de signal est reconnu par la machinerie de tri, qui dirige la prot ine dans la v sicule de transport correctement enrob e. Les propri t s physiques sont importantes pour l'emballage de complexes prot iques associ s fonctionnellement. Ces groupes de prot ines sont d'abord divis s en radeaux lipidiques s par s qui ciblent les organites. Les mitochondries sont abondantes dans les cellules qui g n rent et d pensent de grandes quantit s d' nergie. Les mitochondries taient galement connues des premiers cytologistes qui les ont observ es dans des cellules color es de mani re vitale avec Janus green B. Il est maintenant vident que le nombre de mitochondries augmente par division tout au long de l'interphase, et que leurs divisions ne sont pas synchronis es avec le cycle cellulaire. La vid omicroscopie confirme que les mitochondries peuvent la fois changer d'emplacement et subir des changements transitoires de forme. Ils peuvent donc tre compar s des g n rateurs d' nergie mobiles car ils migrent d'une zone de la cellule une autre pour fournir l' nergie n cessaire. Parce que les mitochondries g n rent de l'ATP, elles sont plus nombreuses dans les cellules qui utilisent de grandes quantit s d' nergie, telles que les cellules musculaires stri es et les cellules engag es dans le transport de fluides et d' lectrolytes. Les mitochondries se localisent galement aux endroits de la cellule o l' nergie est n cessaire, comme dans la partie centrale du spermatozo de, les espaces intermyofibrillaires dans les cellules musculaires stri es et adjacents aux repliements basolat raux de la membrane plasmique dans les cellules du tubule contourn proximal du rein. Les mitochondries ont volu partir de bact ries a robies qui ont t englouties par des cellules eucaryotes. On pense que les mitochondries ont volu partir d'un procaryote a robie (Eubacterium) qui vivait en symbiose au sein de cellules eucaryotes primitives. Cette hypoth se a t tay e par la d monstration que les mitochondries poss dent leur propre g nome, augmentent leur nombre par division et synth tisent certaines de leurs prot ines structurelles (constituantes). L'ADN mitochondrial est une mol cule circulaire ferm e qui code pour 13 enzymes impliqu es dans la voie de phosphorylation oxydative, deux ARNr et 22 ARN de transfert (ARNt) utilis s dans la traduction de l'ARNm mitochondrial. Les mitochondries poss dent un syst me complet pour la synth se des prot ines, y compris la synth se de leurs propres ribosomes. Le reste des prot ines mitochondriales est cod par l'ADN nucl aire ; De nouveaux polypeptides sont synth tis s par des ribosomes libres dans le cytoplasme, puis import s dans les mitochondries l'aide de deux complexes prot iques. Il s'agit notamment de la translocase de la membrane mitochondriale externe (complexes TOM) et de la translocase de la membrane mitochondriale interne (complexes TIM). La translocation des prot ines travers les membranes mitochondriales n cessite de l' nergie et l'assistance de plusieurs prot ines chaperonnes sp cialis es. Les mitochondries sont pr sentes dans toutes les cellules, l'exception des globules rouges et des k ratinocytes terminaux. Le nombre, la forme et la structure interne des mitochondries sont souvent caract ristiques de types de cellules sp cifiques. Lorsqu'elles sont pr sentes en grand nombre, les mitochondries contribuent l'acidophilie du cytoplasme en raison de la grande quantit de membrane qu'elles contiennent. Les mitochondries peuvent tre color es sp cifiquement par des proc dures histochimiques qui mettent en vidence certaines de leurs enzymes constitutives, telles que celles impliqu es dans la synth se de l'ATP et le transport des lectrons. Les mitochondries poss dent deux membranes qui d limitent des compartiments distincts. Les mitochondries pr sentent une vari t de formes, notamment des sph res, des b tonnets, des filaments allong s et m me des structures enroul es. Toutes les mitochondries, contrairement aux autres organites d crits ci-dessus, poss dent deux membranes (Fig. 2.37). La membrane mitochondriale interne entoure un espace appel matrice. La membrane mitochondriale externe est en c |
Histologie de Ross | ontact troit avec le cytoplasme. L'espace entre les deux membranes est appel espace intermembranaire. Les composants structurels suivants des mitochondries poss dent des caract ristiques sp cifiques li es leurs fonctions. Membrane mitochondriale externe. Cette membrane lisse de 6 7 nm d' paisseur contient de nombreux canaux anioniques voltage-d pendants ( galement appel s porines mitochondriales). Ces grands canaux (environ 3 nm de diam tre) sont perm ables des mol cules non charg es aussi grandes que 5 000 daltons. Ainsi, les petites mol cules, les ions et les m tabolites peuvent p n trer dans l'espace intermembranaire mais ne peuvent pas p n trer la membrane interne. L'environnement de l'espace intermembranaire est donc similaire celui du cytoplasme en ce qui concerne les ions et les petites mol cules. La membrane externe poss de des r cepteurs pour les prot ines et les polypeptides qui se d placent dans l'espace intermembranaire. Il contient galement plusieurs enzymes, dont la phospholipase A2, la monoamine oxydase et l'ac tyl coenzyme A (CoA) synthase. Membrane mitochondriale interne. Le TEM r v le que cette membrane est plus mince que la membrane mitochondriale externe. Il est dispos en de nombreuses cr tes (plis) qui augmentent consid rablement la surface interne de la membrane (voir Fig. 2.37). Ces plis se projettent dans la matrice qui constitue le compartiment interne de l'organite. Dans certaines cellules impliqu es dans le m tabolisme des st ro des, la membrane interne peut former des projections tubulaires ou v siculaires dans la matrice. La membrane interne est riche en phospholipides cardiolipine, FIGURE 2.37 Structure de la mitochondrie. un. Cette micrographie lectronique montre une mitochondrie dans une cellule acineuse pancr atique. Notez que la membrane mitochondriale interne forme les cr tes (C) par une s rie de repliements, comme on peut le voir dans la r gion de la fl che. La membrane mitochondriale externe est une enveloppe lisse et continue qui est s par e et distincte de la membrane interne. 200,000. b. Sch ma de principe montrant les composants d'une mitochondrie. Notez l'emplacement des particules l mentaires (en m daillon), dont la forme refl te la structure tridimensionnelle de l'ATP synthase. ce qui rend la membrane imperm able aux ions. La membrane formant les cr tes contient des prot ines qui ont trois fonctions principales : (1) effectuer les r actions d'oxydation de la cha ne de transport d' lectrons respiratoires, (2) synth tiser l'ATP et (3) r guler le transport des m tabolites dans et hors de la matrice. Les enzymes de la cha ne respiratoire sont attach es la membrane interne et projettent leur t te dans la matrice (Fig. 2.37, rectangle). Avec le MET, ces enzymes apparaissent sous la forme de structures en forme de raquette de tennis appel es particules l mentaires. Leurs t tes mesurent environ 10 nm de diam tre et contiennent des enzymes qui effectuent la phosphorylation oxydative, ce qui g n re de l'ATP. Espace intermembranaire. Cet espace est situ entre les membranes interne et externe et contient des enzymes sp cifiques qui utilisent l'ATP g n r dans la membrane interne. Ces enzymes comprennent la cr atine kinase, l'ad nylate kinase et le cytochrome c. Ce dernier est un facteur important dans l'initiation de l'apoptose (voir page 94). Matrice. La matrice mitochondriale est entour e par la membrane mitochondriale interne et contient les enzymes solubles du cycle de l'acide citrique (cycle de Krebs) et les enzymes impliqu es dans l'oxydation des acides gras. Les principaux produits de la matrice sont le CO2 et le NADH r duit, qui est la source d' lectrons pour la cha ne de transport d' lectrons. Les mitochondries contiennent des granules de matrice dense qui stockent le Ca2 et d'autres cations divalents et trivalents. Ces granules augmentent en nombre et en taille lorsque la concentration de cations divalents (et trivalents) augmente dans le cytoplasme. Les mitochondries peuvent accumuler des cations contre un gradient de concentration. Ainsi, en plus de la production d'ATP, les mitochondries r gulent galement la concentration de certains ions de la matrice cytoplasmique, un r le qu'elles partagent avec le sER. La matrice contient galement de l'ADN mitochondrial, des ribosomes et des ARNt. Les mitochondries contiennent le syst me enzymatique qui g n re l'ATP au moyen du cycle de l'acide citrique et de la phosphorylation oxydative. Les mitochondries g n rent de l'ATP dans diverses voies m taboliques, notamment la phosphorylation oxydative, le cycle de l'acide citrique et l'oxydation des acides gras. L' nergie g n r e par ces r actions, qui ont lieu dans la matrice mitochondriale, est repr sent e par des ions hydrog ne (H) d riv s du NADH r duit. Ces ions entra nent une s rie de pompes protons situ es l'int rieur de la membrane mitochondriale interne qui transf rent H de la matrice l'espace intermembranaire (Fig. 2.38). Ces pompes co |
Histologie de Ross | nstituent la cha ne de transport d' lectrons des enzymes respiratoires (voir Fig. 2.37). Le transfert de H travers la membrane mitochondriale interne tablit un FIGURE 2.38 Sch ma illustrant comment les mitochondries g n rent de l' nergie. Le sch ma indique le complexe ATP synthase et la cha ne de transport d' lectrons des prot ines situ es dans la membrane mitochondriale interne. La cha ne de transport d' lectrons g n re un gradient de protons entre la matrice et l'espace intermembranaire qui est utilis pour produire l'ATP. Les nombres repr sentent des prot ines s quentielles impliqu es dans la cha ne de transport d' lectrons et la production d'ATP : 1, complexe NADH d shydrog nase ; 2, l'ubiquinone ; 3, complexe cytochrome b-c1 ; 4, cytochrome C ; 5, complexe cytochrome oxydase ; et 6, complexe ATP synthase. gradient lectrochimique de protons. Ce gradient cr e une grande force motrice de protons qui provoque le mouvement de H le long de son gradient lectrochimique par le biais d'une grande enzyme li e la membrane appel e ATP synthase. L'ATP synthase fournit une voie travers la membrane mitochondriale interne dans laquelle les ions H sont utilis s pour entra ner les r actions nerg tiquement d favorables conduisant la synth se de l'ATP. Ce mouvement de retour des protons vers la matrice mitochondriale est appel couplage chimiosmotique. L'ATP nouvellement produit est transport de la matrice vers l'espace intermembranaire par la prot ine d' change ATP/ADP induite par gradient de tension situ e dans la membrane mitochondriale interne. De l , l'ATP quitte les mitochondries via des canaux anioniques voltage-d pendants dans la membrane externe pour p n trer dans le cytoplasme. Dans le m me temps, l'ADP produit dans le cytoplasme p n tre rapidement dans les mitochondries pour se recharger. Plusieurs d fauts mitochondriaux sont li s des d fauts dans les enzymes qui produisent l'ATP. Les tissus m taboliquement actifs qui utilisent de grandes quantit s d'ATP, tels que les cellules musculaires et les neurones, sont les plus touch s. Par exemple, l' pilepsie myoclonique avec fbers rouges en lambeaux (MERRF) se caract rise par une faiblesse musculaire, une ataxie, des convulsions et une insuffisance cardiaque et respiratoire. L'examen microscopique des tissus musculaires des patients atteints montre des agr gats de mitochondries anormales, fournissant une apparence irr guli re de muscles rouges. Le MERRF est caus par une mutation du g ne de l'ADN mitochondrial codant pour l'ARNt de la lysine. Ce d faut produit deux complexes anormaux dans la cha ne de transport d' lectrons des enzymes respiratoires affectant la production d'ATP. Les mitochondries subissent des changements morphologiques li s leur tat fonctionnel. Les tudes TEM montrent des mitochondries dans deux configurations distinctes. Dans la confguration orthodoxe, les cr tes sont pro minentes et le compartiment matriciel occupe une grande partie du volume mitochondrial total. Cette configuration correspond un faible niveau de phosphorylation oxydative. Dans la confguration condens e, les cr tes ne sont pas facilement reconnues, la matrice est concentr e et r duite en volume, et l'espace intermembranaire augmente jusqu' 50% du volume total. Cette configuration correspond un niveau lev de phosphorylation oxydative. Les mitochondries d cident si la cellule vit ou meurt. Des tudes exp rimentales indiquent que les mitochondries d tectent le stress cellulaire et sont capables de d cider si la cellule vit ou meurt en initiant l'apoptose (mort cellulaire programm e). Le principal v nement de mort cellulaire g n r par les mitochondries est la lib ration du cytochrome c de l'espace intermembraneux mitochondrial dans le cytoplasme cellulaire. Cet v nement, r gul par la famille des prot ines Bcl-2 (voir page 94), initie la cascade de r actions enzymatiques prot olytiques qui conduit l'apoptose. Les peroxysomes sont des organites monomembraneux d limit s contenant des enzymes oxydatives. Les peroxysomes (microcorps) sont de petits organites sph riques (0,5 m de diam tre), limit s par une membrane, qui contiennent des enzymes oxydatives, en particulier la catalase et d'autres peroxydases. Pratiquement toutes les enzymes oxydatives produisent du peroxyde d'hydrog ne (H2O2) comme produit de la r action d'oxydation. Le peroxyde d'hydrog ne est une substance toxique. La catalase universellement pr sente dans les peroxysomes r gule soigneusement la teneur en peroxyde d'hydrog ne cellulaire en d composant le peroxyde d'hydrog ne, prot geant ainsi la cellule. De plus, les peroxysomes contiennent des oxydases d'acides amin s D, des enzymes d'oxydation et de nombreuses autres enzymes. Les enzymes oxydatives sont particuli rement importantes dans les cellules h patiques (h patocytes), o elles effectuent une vari t de processus de d toxification. Les peroxysomes dans les h patocytes sont responsables de la d toxification de l'alcool ing r |
Histologie de Ross | en le convertissant en ac tald hyde. L'oxydation des acides gras est galement une fonction majeure des peroxysomes. Dans certaines cellules, l'oxydation des acides gras peroxysomaux peut tre gale celle des mitochondries. Les prot ines contenues dans la lumi re et la membrane du peroxysome sont synth tis es sur les ribosomes cytoplasmiques et import es dans le peroxysome. Une prot ine destin e aux peroxysomes doit avoir un signal de ciblage peroxysomal attach son extr mit carboxy. Bien qu'abondants dans les cellules du foie et des reins, les peroxysomes se trouvent galement dans la plupart des autres cellules. Le nombre de peroxysomes pr sents dans une cellule augmente en r ponse au r gime alimentaire, aux m dicaments et la stimulation hormonale. Chez la plupart des animaux, mais pas chez les humains, les peroxysomes contiennent galement de l'urate oxydase (uricase), qui appara t souvent sous la forme d'une inclusion cristallo de caract ristique (nucl o de). Divers troubles m taboliques humains sont caus s par l'incapacit d'importer des prot ines peroxysomales dans l'organite en raison d'un signal de ciblage peroxysomal d fectueux ou de son r cepteur. Plusieurs troubles graves sont associ s aux peroxysomes non fonctionnels. Dans la maladie h r ditaire la plus courante li e aux peroxysomes non fonctionnels, le syndrome de Zellweger, qui conduit une mort pr matur e, les peroxysomes perdent leur capacit fonctionner en raison d'un manque d'enzymes n cessaires. La maladie est caus e par une mutation dans le g ne codant pour le r cepteur du signal de ciblage des peroxysomes qui ne reconna t pas le signal Ser-Lys-Leu au niveau du carboxyterminus des enzymes dirig es vers les peroxysomes. Les traitements des troubles peroxysomaux n'ont pas t satisfaisants jusqu' pr sent. Les microtubules sont des tubes creux non ramifi s et rigides de prot ines qui peuvent se d sassembler rapidement un endroit et se r assembler un autre. En g n ral, ils se d veloppent partir du centre organisateur des microtubules situ pr s du noyau et s' tendent vers la p riph rie cellulaire. Les microtubules cr ent un syst me de connexions l'int rieur de la cellule, souvent compar aux voies ferr es, le long duquel se produit le mouvement v siculaire. Les microtubules sont des structures polym res allong es compos es parts gales de -tubuline et de -tubuline. Les microtubules mesurent de 20 25 nm de diam tre (Fig. 2.39). La paroi du microtubule a une paisseur d'environ 5 nm et se compose de 13 mol cules de tubuline dim rique globulaire dispos es circulairement. Le dim re de tubuline a une masse mol culaire de 110 kilodaltons (kDa) et est form d'une mol cule de tubuline et d'une mol cule de tubuline, chacune ayant une masse mol culaire de 55 kDa (Fig. 2.40). Les dim res polym risent de bout en bout, de la t te la queue, avec la mol cule d'un dim re li e la FIGURE 2.39 Micrographies lectroniques de microtubules. un. Micrographie montrant les microtubules (fl ches) du fuseau mitotique dans une cellule en division. droite, les microtubules sont attach s des chromosomes. 30 000. b. Micrographie de microtubules (fl ches) dans l'axone d'une cellule nerveuse. Dans les deux cellules, les microtubules sont visibles en profle longitudinale. 30,000. mol cule du dim re suivant dans un motif r p titif. Des contacts longitudinaux entre dim res les relient en une structure lin aire appel e protoflament. La p riodicit axiale observ e le long des dim res de 5 nm de diam tre correspond la longueur des mol cules de prot ines. Un petit segment de microtubule de 1 m contient environ 16 000 dim res de tubuline. La disposition des mol cules de -tubuline et de -tubuline dans le microtubule est visible sur la Figure 2.41. Les microtubules se d veloppent partir d'anneaux de tubuline dans le MTOC qui servent de sites de nucl ation pour chaque microtubule. La formation de microtubules peut tre attribu e des centaines d'anneaux de tubuline qui font partie int grante du MTOC (Fig. 2.42). Les dim res et -tubuline sont ajout s un anneau de -tubuline de bout en bout (voir Fig. 2.40). La polym risation des dim res de tubuline n cessite la pr sence de guanosine triphosphate (GTP) et de Mg2. Chaque mol cule de tubuline se lie au GTP avant d' tre incorpor e dans le microtubule en formation. Le complexe GTP-tubuline est ensuite polym ris , et un moment donn , le GTP est hydrolys en guanosine diphosphate (GDP). En raison de ce mod le de polym risation, les microtubules sont polaires car tous les dim res ont la m me orientation. Chaque microtubule poss de une extr mit n gative (non croissante) qui correspond la -tubuline ; dans la cellule, il est g n ralement int gr dans le MTOC. L'extr mit positive (croissance) des microtubules correspond la tubuline et tend la p riph rie cellulaire. Les dim res de tubuline se dissocient des microtubules l' tat d' quilibre, ce qui ajoute un pool de dim res de tubuline libre |
Histologie de Ross | s au cytoplasme. Ce pool est en quilibre avec la tubuline polym ris e dans les micro-tubules ; donc La polym risation et la d polym risation sont en quilibre. L' quilibre peut tre d plac dans le sens de la d polym risation en exposant la cellule ou les microtubules isol s des temp ratures basses ou une pression lev e. L'exposition r p t e une alternance de basses et de hautes temp ratures est la base de la technique de purification de la tubuline et des microtubules. La vitesse de polym risation ou de d polym risation peut galement tre modifi e par l'interaction avec des prot ines sp cifiques associ es aux microtubules (MAP). Ces prot ines, telles que MAP-1, 2, 3 et 4, MAP- et TOG, r gulent l'assemblage des microtubules et ancrent les microtubules des organites sp cifiques. Les MAP sont galement responsables de l'existence de populations stables de microtubules non d polym risants dans la cellule, tels que ceux trouv s dans les cils et les flagelles. La longueur des microtubules change dynamiquement mesure que des dim res de tubuline sont ajout s ou retir s dans un processus d'instabilit dynamique. Les microtubules observ s dans les cellules cultiv es avec la microscopie vid o en temps r el semblent cro tre constamment vers la p riph rie cellulaire (par l'ajout de dim res de tubuline), puis r tr cir soudainement dans la direction du MTOC (par l' limination des dim res de tubuline). Ce processus de remodelage constant, connu sous le nom d'instabilit dynamique, est li un mod le d'hydrolyse du GTP pendant le processus d'assemblage et de d sassemblage des microtubules. Le MTOC peut tre compar un cam l on qui se nourrit, qui tire sa longue langue de projectile pour entrer en contact avec de la nourriture potentielle. Le cam l on r tracte ensuite sa langue dans sa bouche et r p te ce processus jusqu' ce qu'il r ussisse obtenir de la nourriture. La m me strat gie consistant tirer les microtubules du MTOC vers la p riph rie de la cellule et les r tracter par la suite permet la cellule d' tablir un syst me organis de prot ines de coiffage de tubuline mi- ( end) ( end) li es GTP dim re de tubuline li GDP 24 nm Pi Pi -tubuline -tubuline -tubuline FIGURE 2.40 Polym risation des microtubules. Sur la gauche, le sch ma d crit le processus de polym risation et de d polym risation des dim res de tubuline pendant le processus d'assemblage des microtubules. Chaque dim re de tubuline se compose d'une -tubuline et d'une sous-unit -tubuline. Sur la droite, un sch ma montrant que chaque microtubule contient 13 dim res de tubuline dans sa section transversale. L'extr mit n gative ( ) du microtubule contient un anneau de -tubuline, qui est n cessaire la nucl ation des microtubules. Cette extr mit est g n ralement int gr e dans le MTOC et poss de de nombreuses prot ines de coiffage. L'extr mit positive ( ) du microtubule est l'extr mit croissante laquelle sont incorpor s les dim res de tubuline li s aux mol cules de guanosine triphosphate (GTP). Les dim res de tubuline incorpor s hydrolysent le GTP, qui lib re les groupes phosphate pour former des polym res avec des mol cules de guanosine diphosphate (GDP) et de tubuline. crotubules reliant les structures p riph riques et les organites au MTOC. Comme mentionn pr c demment, l'association d'un micro-tubule avec des MAP, comme cela se produit dans l'axon me d'un cil ou d'un flagelle, bloque efficacement cette instabilit dynamique et stabilise les microtubules. FIGURE 2.41 Reconstruction tridimensionnelle d'un microtubule intact. Cette image a t obtenue par cryo-microscopie lectronique. Des images tomographiques (en coupe) d'un microtubule hydrat congel ont t recueillies et reconstruites num riquement une r solution de 8 angstr ms ( ). La structure h lico dale des mol cules de -tubuline est reconnaissable cette magnification. 3 250 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr Kenneth Downing.) La structure et la fonction des microtubules dans la mitose et dans les cils et les flagelles sont discut es plus loin dans ce chapitre et dans le chapitre 5. Les microtubules peuvent tre visualis s au microscope optique et sont impliqu s dans le transport intracellulaire et la motilit cellulaire. Les microtubules peuvent tre vus au microscope optique l'aide de colorants sp ciaux, d'une polarisation ou d'une optique contraste de phase. En raison de la r solution limit e du microscope optique, dans le pass , les microtubules taient appel s tort fibres, telles que les fibres du fuseau mitose. Les microtubules peuvent maintenant tre distingu s des composants cytoplasmiques filamenteux et fibrillaires, m me au niveau microscopique optique, en utilisant des anticorps contre la tubuline, le principal composant prot ique des microtubules, conjugu des colorants fluorescents (Fig. 2.42). En g n ral, les microtubules se trouvent dans le cytoplasme, o ils proviennent du MTOC ; chez les cils et les flagelles, o |
Histologie de Ross | ils forment l'axon me et son corps basal d'ancrage ; dans les centrioles et le fuseau mitotique ; et dans les processus d'allongement de la cellule, tels que ceux des axones en croissance. Les microtubules sont impliqu s dans de nombreuses fonctions cellulaires essentielles : transport v siculaire intracellulaire (par exemple, mouvement des v sicules secondaires, des endosomes et des lysosomes), mouvement des cils et des flagelles, fixation des chromosomes au fuseau mitotique et leur mouvement pendant la mitose et la m iose, longation et mouvement cellulaires (migration), et maintien de la forme cellulaire, en particulier de son asym trie. FIGURE 2.42 Coloration des microtubules avec un colorant fuorescent. Cette image immunofuorescente confocale montre l'organisation des microtubules au sein d'une cellule pith liale en culture tissulaire. Dans cet exemple, l' chantillon a t immunocolor avec trois anticorps primaires contre la tubuline (vert), la centrine (rouge) et les kin tochores (bleu clair), puis incub dans un m lange de trois anticorps secondaires diff rents marqu s au fuorescence qui ont reconnu les anticorps primaires. Les noyaux ont t color s (bleu fonc ) avec une mol cule fuorescente qui s'intercale dans la double h lice de l'ADN. Notons que les microtubules sont focalis s au niveau du MTOC ou centrosome (rouge) situ c t du noyau. La cellule est dans la phase S du cycle cellulaire, comme l'indique la pr sence de grands kin tochores non dupliqu s et de petites paires de cin tochores dupliqu s. 3 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr Wilma L. Lingle et de Mme Vivian A. Negron.) Le mouvement des organites intracellulaires est g n r par des prot ines motrices mol culaires associ es aux microtubules. Dans les activit s cellulaires qui impliquent le mouvement d'organites et d'autres structures cytoplasmiques, telles que les v sicules de transport, les mitochondries et les lysosomes, les microtubules servent de guides vers les destinations appropri es. Les prot ines motrices mol culaires se fixent ces organites ou structures et s'entrechoquent le long de la piste des microtubules (Fig. 2.43). L' nergie n cessaire au mouvement du cliquet est d riv e de l'hydrolyse de l'ATP. Deux familles de prot ines motrices mol culaires ont t identifi es qui permettent un mouvement unidirectionnel : les dyn ines constituent une famille de moteurs mol culaires. Ils se d placent le long des microtubules vers l'extr mit n gative du tubule. Par cons quent, les dyn ines cytoplasmiques sont capables de transporter les organites de la p riph rie cellulaire vers le MTOC. Un membre de la famille des dyn ines, la dyn ine axon mique, est pr sent dans les cils et les flagelles. Il est responsable du glissement d'un microtubule contre un microtubule adjacent de l'axon me qui effectue leur mouvement. Les kin sines, membres de l'autre famille, se d placent le long des microtubules vers l'extr mit positive ; Par cons quent, ils sont FIGURE 2.43 Les prot ines motrices mol culaires associ es aux microtubules. Les microtubules servent de guides pour les prot ines motrices mol culaires. Ces prot ines motrices associ es aux microtubules entra n es par l'ATP sont attach es des structures mobiles (telles que des organites) qui les font s'entrechoquer le long d'une piste tubulaire. Deux types de moteurs mol culaires ont t identifi s : les dyn ines qui se d placent le long des microtubules vers leur extr mit n gative ( ) (c'est- -dire vers le centre de la cellule) et les kin sines qui se d placent vers leur extr mit positive ( ) (c'est- -dire vers la p riph rie de la cellule). D placement des organites du centre cellulaire vers la p riph rie cellulaire. Les dyn ines et les kin sines sont toutes deux impliqu es dans la mitose et la m iose. Dans ces activit s, les dyn ines d placent les chromosomes le long des microtubules du fuseau mitose. Les kin sines sont simultan ment impliqu es dans le mouvement des microtubules polaires. Ces microtubules s' tendent d'un p le de fuseau au-del de la plaque de m taphase et se chevauchent avec des microtubules s' tendant partir du p le de fuseau oppos . Les kin sines situ es entre ces microtubules g n rent un mouvement de glissement qui r duit le chevauchement, cartant ainsi les deux p les du fuseau vers chaque cellule fille (Fig. 2.44). Les filaments d'actine sont pr sents dans pratiquement tous les types de cellules. Les mol cules d'actine (42 kDa) sont abondantes et peuvent constituer jusqu' 20 % de la prot ine totale de certaines cellules non musculaires (Fig. 2.45). Semblable la tubuline dans les microtubules, les mol cules d'actine s'assemblent galement spontan ment par polym risation en un r seau h lico dal lin aire pour former des filaments de 6 8 nm de diam tre. Ils sont plus fins, plus courts et plus flexibles que les microtubules. Les mol cules d'actine libres dans le cytoplasme sont appel es G-actine (actine globulaire), contrairement l'actine p |
Histologie de Ross | olym ris e du filament, qui est appel e F-actine (actine flammante). Un filament d'actine est une structure polaris e ; Son extr mit croissance rapide est appel e l'extr mit positive (barbel e), et son extr mit croissance lente est appel e extr mit n gative (pointue). Le processus dynamique de polym risation de l'actine n cessite la pr sence de K, de Mg2 et d'ATP, qui sont hydrolys s en ADP apr s que chaque mol cule de G-actine est incorpor e dans le filament (Fig. 2.46). Le contr le et la r gulation du processus de polym risation d pendent de la concentration locale de G-actine et de l'interaction des prot ines d'actine (ABP), qui peuvent emp cher ou am liorer la polym risation. En plus de contr ler le taux de polym risation des filaments d'actine, les ABP sont responsables de l'organisation des filaments. Par exemple, un certain nombre de prot ines peuvent modifier ou agir sur les filaments d'actine pour leur donner diverses caract ristiques sp cifiques : FIGURE 2.44 Distribution de la prot ine motrice kin sinique dans le fuseau mitose. Cette image immunofuorescente confocale montre une cellule pith liale de la glande mammaire en anaphase de la mitose. Chaque p le de fuseau mitotique contient deux centrioles (verts). Une mol cule de kin sine sp cifique la mitose appel e Eg5 (rouge) est associ e au sous-ensemble des microtubules du fuseau mitotique qui relient les kin tochores (blanc) aux p les du fuseau. L'action motrice d'Eg5 est n cessaire pour s parer les chromatides s urs (en bleu) en cellules filles. Cette cellule a d'abord t immunomarqu e avec trois anticorps primaires contre Eg5 (rouge), centrine (vert) et kin tochores (blanc), puis incub e dans trois anticorps secondaires diff rents marqu s au parfum qui reconnaissent les anticorps primaires. Les chromosomes ont t color s avec une mol cule fuorescente qui s'intercale dans la double h lice de l'ADN. 3 500. (Avec l'aimable autorisation du Dr Wilma L. Lingle et de Mme Vivian A. Negron.) Les prot ines qui regroupent l'actine r ticulent les filaments d'actine en r seaux parall les, cr ant ainsi des faisceaux de filaments d'actine. Un exemple de cette modification se produit l'int rieur des microvillosit s, o les filaments d'actine sont r ticul s par les prot ines fascine et fmbrin. Cette r ticulation fournit un soutien et conf re de la rigidit aux microvillosit s. FIGURE 2.45 Distribution des flaments d'actine dans les cellules endoth liales de l'art re pulmonaire en culture. Les cellules ont t fx es et color es avec une coloration la phallacidine NDB conjugu e un colorant fuoresc ine. La phallacidine lie et stabilise les flaments d'actine, emp chant leur d polym risation. Notez l'accumulation de flaments d'actine la p riph rie de la cellule juste sous la membrane plasmique. Ces cellules ont galement t color es avec deux colorants suppl mentaires : un colorant s lectif des mitochondries (c'est- -dire MitoTracker Red) qui permet de visualiser les mitochondries (rouge) au milieu de la cellule et une coloration DAPI qui r agit avec l'ADN nucl aire et pr sente une fuorescence bleue sur le noyau. 3 000. (Avec l'aimable autorisation de Molecular Probes, Inc., Eugene, OR.) prot ines qu'ils contiennent. Il existe deux types de filaments (myoflaments) pr sents dans les cellules musculaires : les filaments d'actine de 6 8 nm (appel s flaments minces ; Fig. 2.47) et des filaments de 15 nm (appel s flaments pais) de myosine II, qui est la prot ine pr dominante dans les cellules musculaires. La myosine II est une mol cule deux t tes avec une queue allong e en forme de b tonnet. Les relations structurelles et fonctionnelles sp cifiques entre l'actine, la myosine et d'autres ABP dans la contraction musculaire sont les suivantes FIGURE 2.46 Polym risation des flaments d'actine. Les flaments d'actine sont des structures polaris es. Leur extr mit croissance rapide est appel e l'extr mit plus ( ) ou l'extr mit barbel e ; L'extr mit croissance lente est appel e extr mit moins ( ) ou extr mit pointue. Le processus dynamique de polym risation de l'actine n cessite de l' nergie sous la forme d'une mol cule d'ATP qui est hydrolys e en ADP apr s qu'une mol cule de G-actine ait t incorpor e dans le flament. Les prot ines qui coupent les longs filaments d'actine en fragments courts. Un exemple d'une telle prot ine est la gelsoline, un ABP de 90 kDa qui initie normalement la polym risation de l'actine mais des concentrations lev es de Ca2 provoque la sectionnement des filaments d'actine, convertissant un gel d'actine en un tat fluide. Les prot ines de coiffage de l'actine bloquent l'ajout suppl mentaire de mol cules d'actine en se liant l'extr mit libre d'un filament d'actine. Un exemple est la tropomoduline, qui peut tre isol e des cellules musculaires squelettiques et cardiaques. La tropomoduline se lie l'extr mit libre des myofilaments d'actine, r gulant la longueur des filaments d'un sarcom re. Les prot in |
Histologie de Ross | es de r ticulation de l'actine sont responsables de la r ticulation des filaments d'actine les uns avec les autres. Un exemple de ces prot ines peut tre trouv dans le cytosquelette des rythrocytes. Plusieurs prot ines, telles que la spectrine, l'adductine, la prot ine 4.1 et la prot ine 4.9, sont impliqu es dans la r ticulation des filaments d'actine. Les prot ines motrices de l'actine appartiennent la famille des myosines, qui hydrolyse l'ATP pour fournir l' nergie n cessaire au mouvement le long du filament d'actine de l'extr mit n gative l'extr mit positive. Certaines cellules, telles que les cellules musculaires, sont caract ris es par la taille, la quantit et la nature des filaments et de l'actimoteur dont il est question au chapitre 11 (Tissu musculaire). En plus de la myosine II, les cellules non musculaires contiennent de la myosine I, une prot ine avec un seul domaine globulaire et une queue courte qui se fixe d'autres mol cules ou organites. Des tudes approfondies ont r v l la pr sence d'une vari t d'autres isoformes de myosine non musculaires responsables des fonctions motrices dans de nombreuses cellules sp cialis es, telles que les m lanocytes, les cellules absorbantes r nales et intestinales, les c nes de croissance nerveuse et les cellules cili es de l'oreille interne. Les filaments d'actine participent une vari t de fonctions cellulaires. Les filaments d'actine sont souvent regroup s en faisceaux pr s de la membrane plasmique. Les fonctions de ces filaments d'actine associ s la membrane sont les suivantes. Ancrage et mouvement de la prot ine membranaire. Les filaments d'actine sont r partis dans des r seaux tridimensionnels dans toute la cellule et sont utilis s comme ancrages dans des jonctions cellulaires sp cialis es telles que les adh sions focales. Formation du noyau structurel des microvillosit s sur les cellules pith liales absorbantes. Les filaments d'actine peuvent galement aider maintenir la forme de la surface de la cellule apicale (par exemple, la toile terminale apicale des filaments d'actine sert d'ensemble de c bles de tension sous la surface de la cellule). Locomotion des cellules. La locomotion est obtenue par la force exerc e par les filaments d'actine par polym risation leurs extr mit s de croissance. Ce m canisme est utilis dans de nombreuses cellules migratrices, en particulier sur les cellules transform es de tumeurs invasives. la suite de la polym risation de l'actine leur bord d'attaque, les cellules tendent les processus partir de leur surface en poussant la membrane plasmique devant les filaments d'actine en croissance. Les extensions de pointe d'une cellule rampante sont appel es lamellipodes ; Ils contiennent des FIGURE 2.47 Organisation et structure de la mince flament dans les cellules cardiaques. un. Micrographie d'immunofuorescence d'un myocyte cardiaque de poulet color pour l'actine (vert) pour montrer les flaments minces et pour la tropomoduline (rouge) pour montrer l'emplacement des extr mit s croissance lente ( ) des flaments minces. La tropomoduline appara t sous forme de stries r guli res en raison de la longueur uniforme et de l'alignement des minces flaments dans les sarcom res. 320. (Avec l'aimable autorisation des Drs Velia F. Fowler et Ryan Littlefeld.) b. Sch ma d'un mince flament. La polarit du flament mince est indiqu e par l'extr mit croissance rapide ( ) et l'extr mit croissance lente ( ). Seule une partie de l'ensemble de la mince flament est montr e pour plus de clart . La tropomoduline est li e l'actine et la tropomyosine l'extr mit croissance lente ( ). Le complexe troponine se lie chaque mol cule de tropomyosine tous les sept monom res d'actine le long de la mince flament. (Avec l'aimable autorisation des Drs Velia F. Fowler et Ryan Littlefeld.) faisceaux de filaments d'actine avec leurs extr mit s positives dirig es vers la membrane plasmique. Extension des processus cellulaires. Ces processus peuvent tre appel s flopodes, situ s autour de leur surface. Comme dans la lipodie lamellaire, ces protub rances contiennent des agr gations l ches de 10 20 filaments d'actine organis s dans la m me direction, encore une fois avec leurs extr mit s positives dirig es vers le m mo brane plasmatique. Les filaments d'actine sont galement essentiels dans le flux cytoplasmique (c'est- -dire le mouvement du cytoplasme qui peut tre observ dans les cellules en culture). Les flaments interm diaires jouent un r le de soutien ou structurel g n ral. Ces filaments ressemblant des cordes sont dits interm diaires car leur diam tre de 8 10 nm se situe entre ceux des filaments d'actine et des microtubules. Presque tous les filaments interm diaires sont constitu s de sous-unit s d'un poids mol culaire d'environ 50 kDa. Certaines preuves sugg rent que de nombreuses prot ines structurelles stables dans les filaments interm diaires ont volu partir d'enzymes hautement conserv es, avec seulemen |
Histologie de Ross | t des modifications g n tiques mineures. Les filaments interm diaires sont form s partir de sous-unit s de filaments interm diaires non polaires et tr s variables. Contrairement celles des microfilaments et des microtubules, les sous-unit s prot iques des filaments interm diaires pr sentent une diversit et une sp cificit tissulaire consid rables. De plus, ils ne poss dent pas d'activit enzymatique et forment des filaments non polaires. Les filaments interm diaires ne disparaissent g n ralement pas non plus et se reforment de mani re continue caract ristique de la plupart des microtubules et des filaments d'actine. Pour ces raisons, on pense que les filaments interm diaires jouent un r le principalement structurel dans la cellule et qu'ils composent le lien cytoplasmique d'un continuum tissulaire de filaments cytoplasmiques, nucl aires et extracellulaires (Fig. 2.48). Les prot ines flamentaires interm diaires sont caract ris es par un domaine central en forme de b tonnet tr s variable avec des domaines globulaires strictement conserv s chaque extr mit (Fig. 2.49). Bien que les diff rentes classes de filaments interm diaires diff rent dans la s quence d'acides amin s du domaine en forme de b tonnet et montrent une certaine variation de poids mol culaire, ils partagent tous une r gion homologue qui est importante dans l'auto-assemblage du filament. Les filaments interm diaires sont assembl s partir d'une paire de monom res h lico daux qui s'enroulent l'un autour de l'autre pour former des dim res enroul s. Ensuite, deux dim res bobines enroul es se tordent l'un autour de l'autre de mani re antiparall le (parall les mais pointant dans des directions oppos es) pour g n rer un t tram re d cal de deux dim res bobines enroul es, formant ainsi l'unit non polaris e des filaments interm diaires (voir Fig. 2.49). Chaque t tram re, agissant comme une unit individuelle, est align le long de l'axe du filament. Les extr mit s des t tram res sont li es ensemble pour former les extr mit s libres du filament. Ce processus d'assemblage fournit un r seau h lico dal stable et d cal dans lequel les filaments sont regroup s et stabilis s en outre par des interactions de liaison lat rale entre t tram res adjacents. Les filaments interm diaires sont un groupe h t rog ne d' l ments cytosquelettiques pr sents dans divers types de cellules. FIGURE 2.48 Micrographie lectronique de la partie apicale d'une cellule pith liale mettant en vidence des flaments interm diaires. Cette micrographie lectronique, obtenue l'aide de la technique de gravure profonde cong lation rapide, montre la bande terminale (TW) d'une cellule pith liale et les flaments interm diaires (IF) sous-jacents. Les noyaux longs et droits des flaments d'actine ou radicelles (R) s' tendant des microvillosit s sont r ticul s par un r seau dense de flaments d'actine contenant de nombreuses prot ines de liaison l'actine. Le r seau de flames interm diaires peut tre vu sous la toile terminale ancrant les flaments d'actine des microvillosit s. 47 000. (R imprim avec la permission de Hirokawa N, Keller TC 3rd, Chasan R, Mooseker MS. M canisme de contractilit de la bordure de pinceau tudi par la m thode de cong lation rapide, gravure profonde. J Cell Biol 1983 ; 96:1325 1336.) Les filaments interm diaires sont organis s en six grandes classes en fonction de la structure des g nes, de la composition des prot ines et de la distribution cellulaire (tableau 2.3). Classes 1 et 2. Il s'agit des groupes de filaments interm diaires les plus diversifi s et sont appel s k ratines (cytok ratines). Ces classes contiennent plus de 50 isoformes diff rentes et repr sentent la plupart des filaments interm diaires (environ 54 g nes sur un total de 70 g nes de filaments interm diaires humains sont li s des mol cules de k ratine). Les k ratines ne s'assemblent que sous forme d'h t ropolym res ; Une cytok ratine acide (classe 1) et une mol cule de cytok ratine basique (classe 2) forment un h t rodim re. Chaque paire de k ratine est caract ristique d'un type particulier d' pith lium ; Cependant, certaines cellules pith liales peuvent exprimer plus d'une paire. Les filaments de k ratine se trouvent dans diff rentes cellules d'origine pith liale. Selon la nouvelle nomenclature, les k ratines sont divis es en trois groupes d'expression : les k ratines d' pith liums simples, FIGURE 2.49 Polym risation et structure des flaments interm diaires. Les flaments interm diaires sont auto-assembl s partir d'une paire de monom res qui s'enroulent l'un autour de l'autre de mani re parall le pour former un dim re stable. Deux dim res bobines enroul es se tordent ensuite l'un autour de l'autre de mani re antiparall le pour g n rer un t tram re d cal de deux dim res bobines enroul es. Ce t tram re forme l'unit non polaris e des flaments interm diaires. Chaque t tram re, agissant comme une unit individuelle, s'aligne le long de l'axe du torchon et se lie l'ex |
Histologie de Ross | tr mit libre de la structure allong e. Ce r seau h lico dal d cal est en outre stabilis par des interactions de liaison lat rale entre t tram res adjacents. les k ratines d' pith liums stratifi s et les k ratines structurales, galement appel es k ratines dures. Les derniers se trouvent dans les appendices cutan s tels que les cheveux et les ongles. Les filaments de k ratine traversent le cytoplasme des cellules pith liales et, via les desmosomes, se connectent aux filaments de k ratine des cellules voisines. Les sous-unit s de k ratine ne s'assemblent pas avec d'autres classes de filaments interm diaires ; Par cons quent, ils forment un syst me de reconnaissance distinct sp cifique aux cellules et aux tissus. Classe 3. Ce groupe contient quatre prot ines : la vimentine, la prot ine de filament interm diaire la plus largement distribu e dans l'organisme, et les prot ines de type vimentine telles que la desmine, la prot ine acide gliale fbrillaire (GFAP) et la p riph rine. Ils repr sentent une famille diversifi e de filaments cytoplasmiques pr sents dans de nombreux types de cellules. Contrairement aux k ratines, les prot ines de classe 3 ( l'exception de la desmine) forment pr f rentiellement des filaments homopolym res contenant un seul type de prot ine interm diaire. La vimentine est le filament interm diaire le plus abondant que l'on trouve dans toutes les cellules d riv es du m soderme, y compris les fibroblastes (Fig. 2.50) ; la desmine est caract ristique des cellules musculaires ; La GFAP se trouve dans les cellules gliales (tr s sp cifiques des astrocytes) et la p riph rine se trouve dans de nombreuses cellules nerveuses p riph riques. Classe 4. Historiquement, ce groupe a t appel neuroflaments ; Ils contiennent des prot ines de filaments interm diaires qui sont exprim es principalement dans les axones des cellules nerveuses. Les trois types de prot ines de neurofilaments ont des poids mol culaires diff rents : NF-L (une prot ine de faible poids), NF-M (une prot ine de poids moyen) et NF-H (une prot ine de poids lev ). Ils s'assemblent pour former un h t rodim re qui contient une mol cule NF-L et l'une des autres. Les trois prot ines forment des neurofilaments qui s' tendent du corps cellulaire aux extr mit s des axones et des dendrites, fournissant un soutien structurel. Cependant, les g nes des prot ines de classe 4 codent galement pour plusieurs autres prot ines de filament interm diaires. Ceux-ci incluent la nestine et l'internexine dans les cellules nerveuses ainsi que la syn mine, la synco line et la paran mine dans les cellules musculaires. Les membres de ce groupe s'assemblent pr f rentiellement dans les tissus sous forme d'h t ropolym res. Classe 5. Les lamines, en particulier les lamines nucl aires, forment une structure en forme de r seau qui est associ e l'enveloppe nucl aire. Les lamines sont repr sent es par deux types de prot ines, la lamine A et la lamine B. Contrairement d'autres types de filaments interm diaires pr sents dans le cytoplasme, les lamines sont situ es dans le nucl oplasme de presque toutes les cellules diff renci es du corps. Une description de leur structure et de leur fonction se trouve la page 82. Classe 6. Il s'agit d'un groupe sp cifique au cristallin de filaments interm diaires, ou flaments perl s contenant deux prot ines, la phakinine et la flensine. L'aspect p riodique de la surface de ces filaments est attribu la structure globulaire de l'extr mit carboxy-terminale de la mol cule de filensine, qui fait saillie partir du noyau du filament assembl . Les prot ines associ es aux filaments interm diaires sont essentielles l'int grit des jonctions matricielles de cellule cellule et de cellule extracellulaire. Une vari t de prot ines interm diaires associ es au flament fonctionnent dans le cytosquelette comme des parties int grantes de l'architecture mol culaire des cellules. Certaines prot ines, comme celles de la famille des plectines, poss dent des sites de liaison pour les filaments d'actine, TABLEAU Classes de filaments interm diaires Leur emplacement et maladies associ es 2.3 Poids mol culaire Exemples de type de prot ine (kDa) o ils se trouvent Maladies associ es Classes 1 et 2 : K ratines Cytok ratines acides 40 64 Toutes les cellules pith liales pidermolyse bulleuse simplex Cytok ratines basiques 52 68 Toutes les cellules pith liales Troubles de la k ratodermie caus s par des mutations de la k ratine Dystrophie corn enne de Meesman Classe 3 : Vimentine et vimentine apparent e 55 Cellules d'origine m senchymateuse Myopathie li e la Desmine (y compris les cellules endoth liales, les myofbroblastes (DRM), certaines cellules musculaires lisses de cardiomyopathie dilat e) et certaines cellules d'origine neuroectodermique de la maladie d'Alexander Scl rose lat rale amyotrophique Desmin 53 Cellules musculaires ; co-assemblage avec (SLA) nestine, syn mine et paran mine Prot ine acide fbrillaire gliale 50 52 Cellules |
Histologie de Ross | neurogliales (principalement des astrocytes ; (GFAP) dans une moindre mesure, cellules pendymaires), cellules de Schwann, cellules gliales ent riques, cellules satellites des ganglions sensoriels et pituicytes P riph rine 54 Neurones p riph riques Classe 4 : Neurofilaments Neuroflament L (NF-L) 68 Neurones Maladie de Charcot-Marie Co-assemblage avec NF-M ou NF-H Maladie de Parkinson Neuroflament M (NF-M) 110 Neurones Co-assemblage avec NF-L Neuroflament H (NF-H) 130 Neurones Co-assemblage avec NF-L Nestin 240 Cellules souches neurales, certaines cellules d'origine neuroectodermique, cellules musculaires Co-assemblages avec la desmine -Internexine 68 Neurones Synemine / A 182 Cellules musculaires Co-assemblages avec la desmine Synca line 64 Cellules musculaires Paranemin 178 Cellules musculaires Co-assemblages avec la desmine Classe 5 : Lamines Lamin A/CB 62 72 Noyau de toutes les cellules nucl es Dystrophie musculaire d'Emery-Dreyfuss Lamine B 65 68 Noyau de toutes les cellules nucl es Dystrophie musculaire des ceintures Classe 6 : Filaments perl s Phakinine (CP49)C 49 Cellules du cristallin Cellules du cristallin Cellules de la cataracte juv nile Co-assemblage avec la fl sine Cataractes cong nitales Limein (CP115) 115 Cellules du cristallin Co-assembl avec la phakinine A La syn mine et la syn mine repr sentent deux transcrits alternatifs du g ne DMN. BLamin C est un produit d' pissage de la lamine A. C Le poids mol culaire de l'h t rodim re filensine/phakinine est de 131 kilodaltons. microtubules, et les filaments interm diaires et sont donc importants dans le bon assemblage du cytosquelette. Les lamines, les filaments interm diaires du noyau, sont associ es de nombreuses prot ines de la membrane nucl aire interne, notamment l' m rine, le r cepteur de la lamine B (LBR), le nurim et plusieurs polypeptides associ s aux lames. Certaines de ces prot ines ont plusieurs sites de liaison aux filaments interm diaires, l'actine, la chromatine et aux prot ines de signalisation ; Ainsi, ils fonctionnent dans l'organisation de la chromatine, l'expression des g nes, l'architecture nucl aire et la signalisation cellulaire et fournissent un lien essentiel entre le nucl osquelette et le cytosquelette de la cellule. Une autre famille importante de prot ines associ es aux filaments interm diaires comprend les desmoplakines, les prot ines similaires aux desmoplakines et les plakoglobines. Ces prot ines forment les plaques d'attache des filaments interm diaires, une partie essentielle des desmosomes et des h midesmosomes. L'interaction des filaments interm diaires avec les jonctions matricielles cellule-cellule et cellule-extracellulaire fournit une force m canique et une r sistance aux forces extracellulaires. Le tableau 2.4 r sume les caract ristiques des trois types de filaments cytosquelettiques. Les centrioles repr sentent le point focal autour duquel le MTOC se rassemble. Les centrioles, visibles au microscope optique, sont des cylindres cytoplasmiques appari s, courts et en forme de b tonnets, construits partir de neuf triplets de microtubules. Dans les cellules au repos, les centrioles ont une FIGURE 2.50 Distribution des flames interm diaires dans les fbroblastes pulmonaires f taux humains. La distribution de la vimentine (rouge) et des feuillets d'actine (vert) est illustr e dans des fbroblastes cultiv s de poumons f taux humains. La vimentine est une prot ine flamentaire interm diaire exprim e dans toutes les cellules d'origine m senchymateuse. Dans les fbroblastes en culture, les flaments de vimentine sont visibles au centre du cytoplasme cellulaire, tandis que les flaments d'actine sont agr g s principalement pr s de la surface cellulaire. Cette image immunofuorescente a t obtenue l'aide des techniques d'immunofuorescence indirecte dans lesquelles les flaments de vimentine ont t trait s avec des anticorps primaires anti-vimentine de souris suivis d'anticorps secondaires anti-souris de ch vre conjugu s un colorant fuorescent rouge du Texas. Les flaments d'actine ont t contre-color s avec de la phallo dine conjugu e un colorant vert fuorescent. Les noyaux ont t teint s en bleu avec une coloration fuorescente Hoechst. 3 500. (Reproduit avec la permission de Michael W. Davidson, Florida State University.) Orientation : Un centriole de la paire est dispos angle droit par rapport l'autre. Les centrioles se trouvent g n ralement pr s du noyau, souvent partiellement entour s par l'appareil de Golgi, et associ s une zone de mat riel p ricentriolaire amorphe et dense. La r gion de la cellule contenant les centrioles et le mat riel p ricentriolaire est appel e centre organisateur des microtubules ou centrosome (Fig. 2.51). Le MTOC est la r gion o la plupart des microtubules se forment et partir de laquelle ils sont ensuite dirig s vers des destinations sp cifiques au sein de la cellule. Par cons quent, le MTOC contr le le nombre, la polarit , la direction, l'orientation et l'organ |
Histologie de Ross | isation des microtubules form s pendant l'interphase du cycle cellulaire. Au cours de la mitose, les MTOCs dupliqu s servent de p les de fuseau mitotiques. Le d veloppement du MTOC lui-m me d pend uniquement de la pr sence de centrioles. Lorsque les centrioles sont manquants, les MTOC disparaissent et la formation des microtubules est gravement alt r e. La matrice p ricentriolaire du MTOC contient de nombreuses structures en forme d'anneau qui initient la formation de microtubules. Le MTOC contient des centrioles et une matrice p ricentriolaire amorphe de plus de 200 prot ines, y compris la tubuline qui est organis e en structures en forme d'anneau. Chaque anneau de tubuline sert de point de d part (site de nucl ation) pour la croissance d'un microtubule qui est assembl partir de dim res de tubuline ; et des dim res de tubuline sont ajout s avec une orientation sp cifique l'anneau de tubuline. L'extr mit n gative du micro-tubule reste attach e au MTOC, et l'extr mit positive TABLEAU Sommaire Caract ristiques de trois types d' l ments cytosquelettiques 2.4 Forme Lin aire double brin Fibres semblables des cordes Cylindres h lico daux longs et creux non ramifi s Diam tre 6 8 8 10 20 25 (nm) Monom re basique de G-actine Divers filaments interm diaires Dim res de et prot ine de tubuline (MW 42 kDa) Prot ines (MW ~50 kDa) (MW 54 kDa) - la sous-unit de tubuline trouv e dans le MTOC est n cessaire pour la nucl ation des microtubules -, -, -, -tubulines sont associ es au MTOC et aux corps basaux Activit hydrolytique enzymatique ATP Aucun Activit hydrolytique GTP Polarit Oui Structures non polaires Oui Moins ( ) ou pointu L'extr mit Moins ( ) est non croissante L'extr mit est croissance lente L'extr mit est int gr e dans le MTOC Plus ( ) ou l'extr mit barbel e Plus ( ) l'extr mit est l'extr mit croissante est croissance plus rapide Assemblage Les monom res de G-actine sont Deux paires de monom res Au site de nucl ation, et le processus ajout la croissance flament forme deux dim res de bobine enroul e -tubuline sont ajout s La polym risation n cessite des dim res ; puis deux anneaux de tubuline enroul s en pr sence de K, Mg2, et les dim res de bobine se tordent autour de l'ATP de mode bout bout, qui est hydrolys l'un l'autre pour g n rer Chaque dim re de tubuline ADP apr s chaque G-actine un t tram re d cal , la mol cule se lie GTP avant qu'elle ne soit incorpor e mol cule qui s'aligne le long du devient incorpor dans l'axe du flament du flament et le microtubule se lie l'extr mit libre de La polym risation n cessite galement la pr sence de la structure d'allongement du complexe Mg2 GTP-tubuline est polym ris ; apr s l'incorporation, le GTP est hydrolys au GDP Source d'ATP N/A nergie GTP n cessaire l'assemblage Caract ristiques Fl nements minces et souples Structures fortes et stables Pr sente une instabilit dynamique Associ Vari t de PBA avec diff rents Fl aux interm diaires Prot ines associ es aux microtubules Fonctions : regroupement de fascines ; prot ines associ es : plectines prot ines : MAP-1, 2, 3, gelsolin flament severing ; liaison des microtubules, de l'actine et de la coiffe des prot ines 4, MAP- et TOG CP ; et flaments interm diaires ; r guler l'assemblage, stabiliser, spectrin r ticulation ; desmoplakines et plakoglobines et ancrer les microtubules la myosine I et II moteur attachent des flaments interm diaires organites sp cifiques ; fonctions motrices aux desmosomes et aux prot ines dyn ines et kin sines h midesmosomes n cessaires au mouvement des organites Filaments d'actine (microfilaments) Filaments interm diaires Microtubules chapitre 2 Localisation Noyau des microvillosit s S' tendre travers le cytoplasme Noyau des cils dans la cellule Toile terminale reliant les desmosomes merger de Concentr en dessous et les h midesmosomes MTOC et membrane plasmique tal e Dans le noyau juste en dessous la p riph rie des l ments contractiles membrane nucl aire interne cellule des muscles Mitotique fuseau, anneau contractile Centrosome dans les cellules en division Principaux Fournir des composants essentiels Fournir une r sistance m canique Fournir des fonctions de r seau aux l ments contractiles et une r sistance au cisaillement ( voies ferr es ) pour les cellules musculaires (sarcom res) Forces de mouvement des organites l'int rieur de la cellule Fournir un mouvement pour les cils et les chromosomes pendant la division cellulaire TABLEAU R sum Caract ristiques de trois types d' l ments cytosquelettiques, suite.2.4 Filaments d'actine (microfilaments) Filaments interm diaires Microtubules FIGURE 2.51 Structure du MTOC. Ce sch ma montre que repr sente l'extr mit de croissance dirig e vers la membrane plasmique (voir Fig. 2.51). Les centrioles fournissent des corps basaux pour les cils et les flagelles et alignent le fuseau mitotique pendant la division cellulaire. Bien que les centrioles aient t d couverts il y a plus d'un si cle, leurs |
Histologie de Ross | fonctions pr cises, leur r plication et leur assemblage font toujours l'objet d' tudes approfondies. Les fonctions connues des centrioles peuvent tre organis es en deux cat gories : Formation du corps basal. L'une des fonctions importantes du centriole est de fournir les corps basaux, qui sont n cessaires l'assemblage des cils et des flagelles (Fig. 2.52). Les corps basaux sont form s soit par formation de novo sans contact avec les centrioles pr existants (la voie acentriolaire), soit par duplication des centrioles existants (la voie centriolaire). Environ 95 % des centrioles sont g n r s par la voie acentriolaire. Les deux voies donnent naissance de multiples pr curseurs imm diats de centrioles, appel s procentrioles, qui m rissent en migrant vers le site appropri pr s de la membrane cellulaire apicale, o ils deviennent des corps basaux (Fig. 2.53). Le corps basal agit comme le centre organisateur d'un cil. Les microtubules se d veloppent vers le haut partir du corps basal, poussant la membrane cellulaire vers l'ext rieur, et s'allongent pour former le cil mature. Le processus de duplication des centrioles est d crit plus loin la page 70. Formation du fuseau mitotique. Au cours de la mitose, position du MTOC par rapport au noyau et l'appareil de Golgi. Chez certaines esp ces, le MTOC est attach l'enveloppe nucl aire par une prot ine contractile, le connecteur noyau-corps basal (NBBC). Le MTOC contient les centrioles et une matrice prot ique amorphe avec une abondance d'anneaux de tubuline. Chaque anneau de tubuline sert de site de nucl ation pour la croissance d'un seul microtubule. Notez que l'extr mit n gative ( ) du microtubule reste attach e au MTOC, et que l'extr mit positive ( ) repr sente l'extr mit croissante dirig e vers la membrane plasmique. des centrioles d termine l'emplacement des p les du fuseau mitotieux. Les centrioles sont galement n cessaires la formation d'un MTOC enti rement fonctionnel, qui nucl e les microtubules associ s au fuseau mitotique. Par exemple, les microtubules astraux se forment autour de chaque centriole individuel la mani re d'une toile. Ils sont cruciaux pour tablir l'axe du fuseau mitotique en d veloppement. Dans certaines cellules animales, le fuseau mitotique lui-m me (principalement des microtubules kin tochores) est DOSSIER 2.2 Corr lation clinique : anomalies dans les microtubules et les filaments Des anomalies li es l'organisation et la structure des microtubules, de l'actine et des flaments interm diaires sont l'origine de divers troubles pathologiques. Ces anomalies entra nent des d fauts dans le cytosquelette et peuvent produire une vari t de d fauts li s au transport v siculaire intracellulaire, aux accumulations intracellulaires de prot ines pathologiques et l'alt ration de la mobilit cellulaire. Des d fauts dans l'organisation des microtubules et des prot ines associ es aux microtubules peuvent immobiliser les cils de l' pith lium respiratoire, interf rant avec la capacit du syst me respiratoire liminer les s cr tions accumul es. Cette condition, connue sous le nom de syndrome de Kartager (voir page 120), provoque galement un dysfonctionnement des microtubules, ce qui affecte la motilit des spermatozo des et conduit la st rilit masculine. Il peut galement provoquer l'infertilit chez les femmes en raison d'une alt ration du transport ciliaire de l'ovule travers l'oviducte. Les microtubules sont essentiels au transport v siculaire (endocytose et exocytose) ainsi qu' la motilit cellulaire. Certains m dicaments, comme la colchicine, se lient aux mol cules de tubuline et emp chent leur polym risation ; Ce m dicament est utile dans le traitement des crises aigu s de goutte, pour pr venir la migration des neutrophiles et pour r duire leur capacit r pondre aux d p ts de cristaux d'urate dans les tissus. La vinblastine et la vincristine (Oncovin) repr sentent une autre famille de m dicaments qui se lient aux microtubules et inhibent la formation du fuseau mitotique essentiel la division cellulaire. FIGURE F.2.2.1 Photomicrographie des corps de Mallory. Ces m dicaments sont utilis s comme cumulation antimitotique et antiprolif rative de flaments interm diaires de k ratine formant des agents intercellulaires dans le traitement du cancer. Un autre m dicament, le paclitaxel (Taxol), est fr quemment associ des l sions cellulaires sp cifiques. est utilis en chimioth rapie pour le cancer du sein. Dans la cirrhose alcoolique du foie, les h patocytes pr sentent de telles inclusions de crotubules, les emp chant de se d polym riser (une action (fl ches), qui sont connues sous le nom de corps de Mallory. lymphocytes et l'oppos de celui de la colchicine), et arr te ainsi les cellules canc reuses macrophages responsables d'une r action inflammatoire intense divers stades de la division cellulaire. entourent les cellules contenant des corps de Mallory. 900. Les flaments d'actine sont essentiels pour les di |
Histologie de Ross | ff rents stades de leucocytes dans les neuroflaments du tissu c r bral sont caract ristiques de la migration ainsi que pour les fonctions phagocytotiques des vari La maladie d'Alzheimer, qui produit des cellules neurofbrillaires. Certaines substances chimiques isol es partir de champignons, d'enchev trements contenant des neuroflaments et d'autres microtubules tels que la cytochalasine B et la cytochalasine D, emp chent les prot ines associ es. polym risation de l'actine par liaison l'extr mit positive de l'actine Un autre trouble du syst me nerveux central, le flament inhibant la migration des lymphocytes, la phagocytose et la maladie d'Alexander est associ des mutations dans la division cellulaire (cytokin se). Plusieurs toxines de la r gion codante toxique du g ne GFAP. La caract ristique pathologique des champignons, tels que la phallo dine, se lie galement la maladie d'actine flathis est la pr sence d'inclusions cytoplasmiques, ce qui les stabilise et emp che leur d polym risation. Conjugu avec des colorants de fuoresc ine, d riv s de la tion de la prot ine de flament interm diaire GFAP. La famille modifi e des phallotoxines GFAP (c'est- -dire NDB-phallacidine) emp che souvent l'assemblage non seulement des flames interm diaires utilis s en laboratoire pour colorer les flaments d'actine (voir Figs. mais aussi d'autres prot ines qui contribuent la structurelle2.45 et 2.50). Exposition prolong e de la cellule l'int grit et la fonction des astrocytes. Les nourrissons porteurs de substances Alexander peuvent perturber l' quilibre dynamique entre la maladie et d velopper une leucoenc phalopathie (infection de l'actine F et de l'actine G, provoquant la mort cellulaire. cerveau) avec macroc phalie (t te anormalement grosse), convulsions et retard psychomoteur, entra nant la mort Comme indiqu , la structure mol culaire des flaments interm diaires g n ralement au cours de la premi re d cennie de la vie. est sp cifique aux tissus et se compose de nombreux types diff rents de Une caract ristique importante de la cirrhose alcoolique du foie est les prot ines. Plusieurs maladies sont caus es par des d fauts dans la pr sence d'inclusions intracytoplasmiques osinophiles et l'assemblage correct des flaments interm diaires. Ces d fauts repr sentaient principalement des flaments interm diaires de k ratine. ont galement t induites exp rimentalement par des mutations dans ces inclusions, appel es corps de Mallory, sont visibles dans les g nes de flament terme m dit diaire l ger chez les animaux de laboratoire. Modifications de la microscopie dans le cytoplasme des h patocytes (Fig. F.2.2.1). FIGURE 2.52 Corps basaux et cils. Cette micrographie lectronique montre les corps basaux et les cils en section transversale comme on le voit dans une coupe oblique travers la partie apicale d'une cellule cili e dans les voies respiratoires. Notez la disposition des cils 9 2 microtubules dans laquelle neuf microtubules la p riph rie des cils entourent deux microtubules centraux. Les corps basaux n'ont pas la paire de tubules centraux. Sur plusieurs coupes transversales, le pied basal est visible car il fait saillie lat ralement partir du corps basal (ast risques). 28 000. (Avec l'aimable autorisation de Patrice C. Abell-Aleff.) form par des m canismes ind pendants du MTOC et constitu de microtubules qui proviennent des chromosomes. Des donn es exp rimentales r centes indiquent qu'en l'absence de centrioles, les microtubules astraux ne se d veloppent pas, ce qui entra ne des erreurs d'orientation du fuseau mitotique (Fig. 2.54). Ainsi, le r le principal des centrioles dans la mitose est de positionner correctement le fuseau mitotique en recrutant le MTOC partir duquel les microtubules astraux peuvent se d velopper et tablir l'axe du fuseau en d veloppement. La caract ristique dominante des centrioles est l'ensemble cylindrique de microtubules triplets avec des prot ines associ es. Le TEM r v le que chaque centriole en forme de b tonnet mesure environ 0,2 m de long et se compose de neuf triplets de microtubules orient s parall lement l'axe long de l'organite et se d roulant en faisceaux l g rement tordus (Fig. 2.55). Les trois micro- FIGURE 2.53 Deux voies de formation du corps basal. Dans la voie centriolaire, une paire de centrioles existants sert de centre d'organisation pour la duplication de nouveaux centrioles. En utilisant cette voie, les cellules cili es ont la capacit d'assembler un grand nombre de centrioles proximit d'un vieux centriole mature. Dans la voie acentriolaire, qui joue un r le majeur dans la formation des corps basaux dans les cellules cili es, de nouveaux centrioles sont form s de novo partir de granules fbroux situ s proximit de structures non microtubulaires appel es deut r somes. Les deux voies donnent naissance des procentrioles, qui m rissent en migrant vers le site appropri pr s de la membrane cellulaire apicale, o ils deviennent des corps b |
Histologie de Ross | asaux. Les granules fibreux contribuent la formation de la radicelle stri e. (D'apr s Hagiwara H, Ohwada N, Takata K. Biologie cellulaire de la ciliogen se normale et anormale dans l' pith lium cili . Int Rev Cytol 2004 ; 234:101 139.) Les tubules du triplet sont soud s, les microtubules adjacents partageant une paroi commune. Le microtubule le plus interne ou A est un anneau complet de 13 protofilaments contenant des dim res de tubuline ; les micro-tubules B et C du milieu et de l'ext rieur, respectivement, apparaissent en forme de C parce qu'ils partagent des dim res de tubuline entre eux et avec le microtubule A. Les microtubules des tripl s ne sont pas de longueur gale. Le microtubule C du triplet est g n ralement plus court que A et B. Les triplets de microtubules du centriole entourent une lumi re interne. La partie distale de la lumi re (loin du noyau) contient une prot ine de liaison au Ca2 de 20 kDa, la centrine (Fig. 2.56). La partie proximale de la lumi re (pr s du noyau) est tapiss e de -tubuline, qui fournit le mod le pour l'arrangement des microtubules triplets. De plus, une famille de mol cules de -, -, -, et de tubuline nouvellement d couvertes, ainsi que des complexes prot iques de p ricentrine, ont galement t localis s avec les centrioles. D'autres prot ines, comme la prot ine p210, forment un anneau de mol cules qui semble lier l'extr mit distale du centriole la membrane plasmique. Des connexions filamenteuses entre la paire de centrioles ont t identifi es dans les lymphocytes humains. Chez d'autres organismes, deux ponts prot iques, le fber proximal et le fber de liaison distale, relient chaque centriole par paire (voir Fig. 2.56). Dans les cellules en division, ces connexions participent la s gr gation des centrioles chaque cellule fille. Chez certains organismes, l'extr mit proximale de FIGURE 2.54 Fuseau mitotique pendant la division cellulaire normale et dans les cellules d pourvues de centrioles. un. Ce sch ma montre l'orientation du fuseau mitotique dans une cellule normale subissant une mitose. Notez les positions des centrioles et la distribution des microtubules fusiformes. b. Dans une cellule d pourvue de centrioles, une mitose se produit et un fuseau mitotique contenant uniquement des micro-tubules kin tochores se forme. Cependant, les deux p les du fuseau mitotique sont d pourvus de microtubules astraux, qui positionnent le fuseau dans le bon plan pendant la mitose. Un tel fuseau mal orient est appel fuseau bipolaire anastral. (D'apr s Marshall WF, Rosenbaum JL. Comment fonctionnent les centrioles : le ons de la levure verte. Curr Opin Cell Biol 2000; 12:119 125.) chaque centriole est attach l'enveloppe nucl aire par des prot ines contractiles appel es connecteurs noyau-corps basal (NBBC). Leur fonction est de relier le centriole aux p les du fuseau mitotique pendant la mitose. Dans les cellules humaines, la connexion centrosome-noyau semble tre maintenue par les structures filamenteuses du cytosquelette. Une caract ristique distinctive des centrioles de mammif res est la diff rence entre les centrioles individuels de la paire. Un centriole (appel centriole mature) contient des processus satellites en forme de tige et des appendices en forme de feuille dont la fonction n'est pas connue (voir Fig. 2.56). L'autre centriole (appel centriole immature) ne poss de ni satellites ni appendices. La duplication des centrosomes est synchronis e avec les v nements du cycle cellulaire et li e au processus de ciliogen se. La dynamique des centrosomes telle que la duplication ou la formation de corps basaux pour la ciliogen se est synchronis e avec la FIGURE 2.55 Micrographie lectronique montrant les centrioles parent et fille dans un fbroblaste. Notez que le centriole de section transversale dans chacune des paires r v le la concubination triplet des microtubules. Le centriole inf rieur droit repr sente une section longitudinale moyenne, tandis que le centriole sup rieur gauche a galement t sectionn longitudinalement, mais le long du plan de sa paroi. 90 000. (Avec l'aimable autorisation des Drs Manley McGill, D. P. Highfeld, T. M. Monahan et Bill R. Brinkley.) Les cils sont assembl s pendant la phase G1 ; ils sont plus abondants dans GO et sont d sassembl s avant que la cellule n'entre dans la phase M du cycle cellulaire. Ces v nements sont illustr s la figure 2.57, qui montre une association entre la duplication des centrosomes, la formation du cil primaire et la progression dans le cycle cellulaire. tant donn que chaque cellule fille ne re oit qu'une seule paire de centrioles apr s la division cellulaire, les cellules filles doivent dupliquer les centrioles existants avant la division cellulaire. Dans la plupart des cellules somatiques, la duplication des centrioles commence pr s de la transition entre les phases G1 et S du cycle cellulaire. Cet v nement est troitement associ l'activation du complexe cycline E-Cdk2 pendant la phase S d |
Histologie de Ross | u cycle cellulaire (voir Fig. 3.11). Ceci FIGURE 2.56 Structure sch matique des centrioles. Dans les cellules non divis es, les centrioles sont dispos s par paires dans lesquelles un centriole est align angle droit par rapport l'autre. Un centriole est galement plus mature (g n r au moins deux cycles cellulaires plus t t) que l'autre centriole, qui a t g n r lors du cycle cellulaire pr c dent. Le centriole mature est caract ris par la pr sence de satellites et d'appendices. Les centrioles sont situ s proximit du noyau. Les composants de base de chaque centriole sont des triplets de microtubules qui forment la structure cylindrique entourant une lumi re interne. La partie proximale de la lumi re est doubl e de -tubuline, qui fournit le mod le pour la nucl ation et l'arrangement des triplets de microtubules. La partie distale de chaque lumi re contient la prot ine centrine. Chez certaines esp ces, deux ponts prot iques, le fbers proximal et le fbers distal, relient chaque centriole par paire. Chez certaines esp ces, mais pas chez l'homme, l'extr mit proximale de chaque centriole est attach e l'enveloppe nucl aire par une prot ine contractile connue sous le nom de connecteur noyau-corps basal. phosphoryle directement la prot ine nucl ophosmine/B23, qui est responsable de l'initiation de la duplication des centrioles. Dans la plupart des cellules, la duplication commence par la division d'une paire de centrioles, suivie de l'apparition d'une petite masse de mat riel fibrillaire et granulaire l'extr mit lat rale proximale de chaque centriole d'origine. tant donn que la paire de centrioles existante sert de noyau pour la formation de nouveaux organites, ce processus de duplication des centrioles est appel voie centriolaire (voir Fig. 2.53). Les granules fbreux fusionnent en structures sph riques denses appel es deut rosomes, et ils donnent naissance au procentriole (ou bourgeon), qui s'agrandit progressivement pour former un appendice angle droit par rapport au parent (voir Fig. 2.53). Les microtubules commencent se d velopper dans la masse de granules fibreux au fur et mesure de sa croissance (g n ralement pendant les phases S la fin G2 du cycle cellulaire), apparaissant d'abord comme un anneau de neuf tubules simples, puis comme des doublets, et enfin comme des triplets. Au fur et mesure que les procentrioles m rissent pendant les phases S et G2 du cycle cellulaire, chaque paire parent-fille migre autour du noyau. Avant le d but de la mitose, les centrioles avec le mat riel p ricentriolaire amorphe environnant se positionnent sur les c t s oppos s du noyau et produisent des microtubules astraux. Ce faisant, ils d finissent les p les entre lesquels se d veloppe le fuseau mitotique bipolaire. La diff rence importante entre la duplication des centrioles pendant la mitose et pendant la ciliogen se est le fait que pendant la mitose, un seul centriole fille bourgeonne du c t lat ral de l'organite parent, alors que pendant la ciliogen se, jusqu' dix centrioles peuvent se d velopper autour du centriole parent. Le d veloppement des cils la surface des cellules n cessite la pr sence de corps basaux, des structures d riv es des centrioles. Chaque cil n cessite un corps basal. La g n ration de centrioles, qui se produit au cours du processus de ciliogen se, est responsable de la production des corps basaux. Les centrioles nouvellement form s migrent vers la surface apicale de la cellule et servent de centres d'organisation pour l'assemblage des microtubules du cil. La structure centrale (axon me) d'un cil mobile est compos e d'un ensemble complexe de microtubules compos de deux microtubules centraux entour s de neuf doublets de microtubules (configuration 9 2). Le r le organisateur du corps basal diff re de celui du MTOC. Les doublets de microtubules axon miques sont continus avec les microtubules A et B du corps basal partir desquels ils se d veloppent par l'ajout de dim res de tubuline l'extr mit positive en croissance. Une description d taill e de la structure des cils, des corps basaux et du processus de ciliogen se se trouve au chapitre 5, Tissu pith lial. Les inclusions contiennent des produits de l'activit m tabolique de la cellule et se composent en grande partie de granules de pigment, de gouttelettes lipidiques et de glycog ne. Les inclusions sont des structures cytoplasmiques ou nucl aires avec des propri t s de coloration caract ristiques qui sont form es partir des produits m taboliques de la cellule. Ils sont consid r s comme des composants immobiles et non vivants de la cellule. Certains d'entre eux, comme les granules de pigment, sont entour s d'une membrane plasmique ; D'autres (par exemple, les gouttelettes lipidiques ou le glycog ne) r sident plut t dans la matrice cytoplasmique ou nucl aire. La lipofuscine est un pigment brun-or visible dans la routine Pr paration H&E. Il est facilement visible dans les cellules non divis es telles que les neurones |
Histologie de Ross | et les cellules musculaires squelettiques et cardiaques. La lipofuscine s'accumule au fil des ans dans la plupart des cellules eucaryotes la suite de la s nescence cellulaire (vieillissement) ; C'est pourquoi on l'appelle souvent le pigment d'usure . La lipofuscine est un conglom rat de lipides oxyd s, de phospholipides, de m taux et de mol cules organiques qui s'accumulent dans les cellules la suite de la d gradation oxydative des mitochondries et de la digestion lysosomale. Les cellules phagocytotiques telles que les macrophages peuvent galement L'un des composants critiques de la division cellulaire normale est la redistribution pr cise des chromosomes et d'autres organises cellulaires pendant la mitose. Apr s la r plication de l'ADN chromosomique dans la phase S du cycle cellulaire, les centrioles subissent un seul cycle de duplication qui est troitement coordonn avec la progression du cycle cellulaire. Au cours de la mitose, les centri-oles sont responsables de la formation du fuseau mitotique bipolaire, qui est essentiel pour une s gr gation gale des chromosomes entre les cellules filles. Des alt rations des m canismes r gulant la duplication des centrioles peuvent conduire la multiplication et des anomalies des centrioles et des centrosomes environnants (MTOC). De tels changements peuvent d former le fuseau mitotique (c'est- -dire la pr sence de fuseaux multipolaires ou mal orient s) (Fig. F.2.3.1), entra nant un tri anormal des chromosomes lors des divisions cellulaires. Les modifications du nombre chromosomique qui en r sultent (aneuplo die) peuvent augmenter l'activit des oncog nes ou diminuer la protection contre les g nes suppresseurs de tumeurs. Ces changements sont connus pour favoriser la transformation des cellules malignes. Une augmentation du nombre de centrioles est fr quemment observ e dans les cellules tumorales. DOSSIER 2.3 Corr lation clinique : duplication anormale des centrioles et cancer ababFIGURE F2.3.1 Fuseau mitotique multipolaire dans une cellule tumorale. un. Micrographie lectronique de la cellule tumorale mammaire invasive montrant un fuseau mitotique tripolaire sym trique anormal dans la m taphase de la division cellulaire. 16 000. b. Ce dessin, compos de trac s en couleur de microtubules (rouge), de p les du fuseau mitotique (vert) et de chromosomes m taphasiques (bleu) (obtenus partir de six coupes en s rie non adja-cent de cellules tumorales en division) montre plus clairement l'organisation de ce fuseau mitotique anormal. Une analyse d taill e et une reconstruction tridimensionnelle du fuseau ont r v l que chaque p le du fuseau avait au moins deux centrioles et qu'un p le du fuseau tait compos de deux foyers distincts mais adjacents de microtubules. (Reproduit avec la permission de Lingle WL. Salisbury JL. L'alt ration de la structure des centrosomes est associ e des mitoses anormales dans les tumeurs du sein humain. Am J Path 1999 ; 155:1941 1951.) Contiennent de la lipofuscine, qui s'accumule lors de la digestion des bact ries, des particules trang res, des cellules mortes et de leurs propres organites. Des exp riences r centes indiquent que l'accumulation de lipofuscine peut tre un indicateur pr cis du stress cellulaire. L'h mosid rine est un complexe de stockage du fer pr sent dans le cytoplasme de nombreuses cellules. Il est tr s probablement form par les r sidus non digestibles de l'h moglobine, et sa pr sence est li e la phagocytose des globules rouges. L'h mosid rine se manifeste plus facilement dans la rate, o les rythrocytes g s sont phagocyt s, mais elle peut galement tre trouv e dans les macrophages alv olaires du tissu pulmonaire, en particulier apr s une infection pulmonaire accompagn e d'une petite h morragie dans les alv oles. Elle est visible en microscopie optique sous la forme d'un granule brun fonc , plus ou moins indiscernable de la lipofuscine. Les granules d'h mosid rine peuvent tre color s diff remment l'aide de m thodes histochimiques pour la d tection du fer. Le glycog ne est un polym re tr s ramifi utilis comme mat riau de stockage du glucose. Il n'est pas tach lors de la pr paration habituelle de H&E. Cependant, il peut tre observ au microscope optique avec des proc dures sp ciales de fixation et de coloration (telles que le bleu de toluidine ou la m thode PAS). Les cellules h patiques et musculaires stri es, qui contiennent g n ralement de grandes quantit s de glycog ne, peuvent pr senter des r gions non color es o se trouve le glycog ne. Le glycog ne appara t dans l'EM sous forme de granules de 25 30 nm de diam tre ou sous forme de grappes de granules qui occupent souvent des parties importantes du cytoplasme (Fig. 2.58). Les inclusions lipidiques (gouttelettes de graisse) sont g n ralement des inclusions nutritives qui fournissent de l' nergie au m tabolisme cellulaire. Les gouttelettes lipidiques peuvent appara tre dans une cellule pendant une br ve p riode (par exemple, dans les cellu |
Histologie de Ross | les absorbantes intestinales) ou peuvent y rester pendant une longue p riode (par exemple, dans les adipocytes). Dans les adipocytes, les inclusions lipidiques constituent souvent la majeure partie de la vol mie cytoplasmique FIGURE 2.57 Association de la duplication du centrosome et de la formation du cil primaire avec le cycle cellulaire. Apr s qu'une cellule est sortie de la mitose, elle poss de un seul centrosome (MTOC) entour de mat riel p ricentriolaire amorphe. La formation primaire du cil se produit d'abord au cours de la phase G1 au cours de laquelle le centrosome migre vers la membrane cellulaire et initie le processus de ciliogen se. Les prot ines structurales et de transport n cessaires sont acquises et activ es pour construire le cilium axon me primaire (9, 0) directement sur le sommet du centriole mature. Pendant la fin de la phase G1, ainsi qu'en GO, le cil primaire fonctionne comme une antenne r ceptrice externe d tectant et interpr tant les signaux de l'environnement extracellulaire. La duplication des centrioles commence pr s de la transition entre les phases G1 et S du cycle cellulaire, et les deux centrioles sont visibles dans la phase S. Au cours de la phase tardive G2, les centrioles atteignent leur pleine maturit , tandis que le cil primaire est d sassembl . Cela permet aux centrioles de migrer loin de la membrane cellulaire et de participer la formation du fuseau mitose. Une fois la division cellulaire termin e, les centrioles peuvent proc der un r assemblage ciliaire en phase G1. (D'apr s Santos N, Reiter JF. Le construire et le d monter : la r gulation de la ciliogen se des vert br s. Dev Dyn 2008 ; 237:1972 1981.) ume, comprimant les autres organites form s en un mince rebord la marge de la cellule. Les gouttelettes lipidiques sont g n ralement extraites par les solvants organiques utilis s pour pr parer les tissus la microscopie optique et lectronique. Ce qui est vu comme une gouttelette de graisse en microscopie optique est en fait un trou dans le cytoplasme qui repr sente le site partir duquel le lipide a t extrait. Chez les personnes pr sentant des anomalies g n tiques des enzymes impliqu es dans le m tabolisme des lipides, les gouttelettes lipidiques peuvent s'accumuler des endroits anormaux ou en quantit s anormales. Ces maladies sont class es comme maladies de stockage des lipides. Les inclusions cristallines contenues dans certaines cellules sont reconnues au microscope optique. Chez l'homme, de telles inclusions se trouvent dans les cellules Sertoli (sustentaculaire) et Leydig (interstitielle) du testicule. Avec le TEM, des inclusions cristallines ont t trouv es dans de nombreux types de cellules et dans pratiquement toutes les parties de la cellule, y compris le noyau et la plupart des organites cytoplasmiques. Bien que certaines de ces inclusions contiennent des prot ines virales, du mat riel de stockage ou des m tabolites cellulaires, la signification d'autres n'est pas claire. La matrice cytoplasmique est un gel aqueux concentr compos de mol cules de diff rentes tailles et formes. La matrice cytoplasmique (substance broy e ou cytosol) pr sente peu de structure sp cifique par microscopie optique ou MET conventionnelle et a traditionnellement t d crite comme une solution aqueuse concentr e contenant des mol cules de tailles et de formes diff rentes (par exemple, lectrolytes, m tabolites, ARN et prot ines synth tis es). Dans la plupart des cellules, il s'agit du plus grand compartiment. La matrice cytoplasmique est le si ge de processus physiologiques fondamentaux l'existence de la cellule (synth se des prot ines, d gradation des nutriments). Des tudes avec des EM haute tension (HVEM) de sections de 0,25 0,5 m r v lent un r seau structurel tridimensionnel complexe de brins microtrab culaires minces et de r ticulants. Ce r seau fournit un substrat structurel sur lequel se produisent les r actions cytoplasmiques, telles que celles impliquant des ribosomes libres, et le long duquel se produisent le transport cytoplasmique r gul et dirig et le mouvement des organites. FIGURE 2.58 Micrographies lectroniques d'une cellule h patique avec inclusions de glycog ne. un. Micrographie lectronique faible grossissement montrant une partie d'un h patocyte avec une partie du noyau (N, en haut gauche). Le glycog ne (G) se pr sente sous la forme de masses irr guli res denses en lectrons. Des profaces de r ticulum endoplasmique rugueux (rER) et de mitochondries (M) sont galement videntes. 10 000. b. Cette EM de magnitude plus lev e r v le que le glycog ne (G) est un agr gat de petites particules. M me les plus petits agr gats (fl ches) semblent tre compos s de plusieurs particules de glycog ne plus petites. La densit du glycog ne est consid rablement sup rieure celle des ribosomes (en bas gauche). 52,000. Le noyau cellulaire VUE D'ENSEMBLE DU NOYAU / 75 COMPOSANTS NUCL AIRES / 75 Chromatine / 75 Nucl ole / 79 Enveloppe nucl aire / 81 |
Histologie de Ross | Nucl oplasme / 84 RENOUVELLEMENT CELLULAIRE / 84 CYCLE CELLULAIRE / 86 Phases et points de contr le dans le cycle cellulaire / 86 R gulation du cycle cellulaire / 87 Mitose / 89 M iose / 89 MORT CELLULAIRE / 93 Apoptose / 94 Autres formes de mort cellulaire programm e / 95 Dossier 3.1 Corr lation clinique : Tests cytog n tiques / 80 Dossier 3.2 Corr lation clinique : r gulation du cycle cellulaire et traitement du cancer / 81 Le noyau est un compartiment limit par une membrane qui contient le g nome (information g n tique) des cellules eucaryotes. Le noyau contient de l'information g n tique, ainsi que la machinerie pour la r plication de l'ADN et la transcription et le traitement de l'ARN. Le noyau d'une cellule non divis e, galement appel cellule interphase, se compose des composants suivants. La chromatine est une mati re nucl aire organis e en euchromatine ou h t rochromatine. Il contient de l'ADN associ une masse peu pr s gale de diverses prot ines nucl aires (par exemple, des histones) qui sont n cessaires au fonctionnement de l'ADN. Le nucl ole (pl., nucl oles) est une petite zone l'int rieur du noyau qui contient de l'ADN sous forme de g nes d'ARN ribosomique (ARNr) actifs par transcription, d'ARN et de prot ines. Le nucl ole est le site de synth se de l'ARNr et contient des prot ines r gulatrices du cycle cellulaire. L'enveloppe nucl aire est le syst me membranaire qui entoure le noyau de la cellule. Il se compose d'une membrane interne et d'une membrane externe s par es par un espace cisternal p rinucl aire et perfor es par des pores nucl aires. La membrane externe de l'enveloppe nucl aire est continue avec celle du r ticulum endoplasmique surface rugueuse (rER) et est souvent parsem e de ribosomes. Le nucl oplasme est un contenu nucl aire autre que la chromatine et le nucl ole. Une simple valuation microscopique du noyau fournit beaucoup d'informations sur le bien- tre cellulaire. L' valuation de la taille, de la forme et de la structure nucl aires joue un r le important dans le diagnostic des tumeurs. Par exemple, les cellules mourantes pr sentent des alt rations nucl aires visibles. Il s'agit notamment de la caryolyse, ou la disparition des noyaux due la dissolution compl te de l'ADN par une activit accrue de l'ADN par une activit accrue de l'ADNAase, de la pycnose ou de la condensation de la chromatine entra nant un r tr cissement des noyaux (ils apparaissent sous forme de masses basophiles denses), et de la caryorrhexie, ou fragmentation des noyaux (ces changements sont g n ralement proc d s par la pycnose). La chromatine, un complexe d'ADN et de prot ines, est responsable de la basophilie caract ristique du noyau. Chaque cellule eucaryote contient environ 6 milliards de bits d'information cod s dans la structure de l'ADN, qui a une longueur totale d'environ 1,8 m tre. La longueur de la mol cule d'ADN est 100 000 fois plus longue que le diam tre nucl aire. Par cons quent, l'ADN doit tre fortement pli et serr dans le noyau cellulaire. Ceci est accompli par la formation d'un complexe nucl oprot ique unique appel chromatine. Le complexe chromatinique est constitu d'ADN et de prot ines structurales. Un repliement suppl mentaire de la chromatine, comme celui qui se produit lors de la mitose, produit des structures appel es chromosomes. Chaque cellule humaine contient 46 chromosomes. Les prot ines de la chromatine comprennent cinq prot ines de base appel es histones ainsi que d'autres prot ines non histones. Une caract ristique unique de l'emballage de la chromatine est qu'il permet la machinerie transcriptionnelle d'acc der aux r gions des chromosomes n cessaires l'expression des g nes. Le s quen age du g nome humain a t achev avec succ s en 2003. Le g nome humain englobe toute la longueur de l'ADN humain qui contient l'information g n tique contenue dans les 46 chromosomes. Le s quen age du g nome humain a pris environ 13 ans et a t achev avec succ s en 2003 par le Projet du g nome humain. Le g nome humain contient une s quence consensus de 2,85 milliards de paires de bases de nucl otides, qui sont dispos s en environ 23 000 g nes codant pour des prot ines. Pendant des ann es, on a pens que les g nes taient g n ralement pr sents en deux copies dans un g nome. Cependant, des d couvertes r centes ont r v l que de grands segments d'ADN peuvent varier en nombre de copies. De telles variations du nombre de copies (CNV) sont r pandues dans le g nome humain et entra nent tr s probablement des d s quilibres g n tiques. Par exemple, les g nes que l'on pensait toujours pr sents en deux copies par g nome ont parfois une, trois ou plusieurs copies. Une d finition pr c dente d'un g ne en tant que segment d'ADN impliqu dans la production d'une cha ne polypeptidique a t r cemment mise jour pour tre consid r e comme une union de s quences g nomiques codant pour un ensemble coh rent de produits fonctionnels potentiellement chevauchants. En g n ral, deux forme |
Histologie de Ross | s de chromatine se trouvent dans le noyau : une forme condens e appel e h t rochromatine et une forme dispers e appel e euchromatine. Dans la plupart des cellules, la chromatine n'a pas un aspect homog ne ; Au lieu de cela, des amas de chromatine dens ment color e sont int gr s dans un fond plus l g rement colorant. Le mat riau dens ment colorant est la chromatine hautement condens e appel e h t rochromatine, et le mat riau l g rement colorant (o se trouvent la plupart des g nes transcrits) est une forme dispers e appel e euchromatine. Ce sont les groupes phosphate de l'ADN de la chromatine qui sont responsables de la basophilie caract ristique de la chromatine (page 6). L'h t rochromatine est dispos e en trois endroits (Fig. 3.1) : La chromatine marginale se trouve la p riph rie du noyau (la structure que les microscopistes de la lumi re, anciennement appel e membrane nucl aire, est en fait constitu e en grande partie de chromatine marginale). Les caryosomes sont des corps discrets de chromatine de taille et de forme irr guli res que l'on trouve dans tout le noyau. La chromatine associ e aux nucl oles est la chromatine pr sente en association avec le nucl ole. Coloration de l'h t rochromatine l'h matoxyline et aux colorants basiques ; il est galement facilement visible avec la proc dure Feulgen (une r action histochimique sp cifique pour le d soxyribose de l'ADN, page 6) et des colorants vitaux fluorescents tels que les colorants Hoechst et l'iodure de propidium. C'est l'h t rochromatine qui explique la coloration visible du noyau dans les pr parations d'h matoxyline et d' osine (H&E). L'euchromatine n'est pas vidente au microscope optique. Il est pr sent dans le nucl oplasme dans les zones claires entre et autour de l'h t rochromatine. Dans les micrographies lectroniques de routine, il n'y a pas de d marcation nette entre l'euchromatine et l'h t rochromatine ; Les deux ont un aspect granuleux et filamenteux, mais l'euchromatine est moins serr e. L'euchromatine indique une chromatine active, c'est- -dire une chromatine qui est tir e de sorte que l'information g n tique de l'ADN peut tre lue et transcrite. Il est pro minent dans les cellules m taboliquement actives telles que les neurones et les cellules h patiques. L'h t rochromatine pr domine dans les cellules m taboliquement inactives telles que les petits lymphocytes circulants et les spermatozo des, ou dans les cellules qui produisent un produit majeur comme les plasmocytes. Les plus petites unit s de la structure de la chromatine sont des complexes macromol culaires d'ADN et d'histones appel s nucl osomes. Les nucl osomes se trouvent la fois dans l'euchromatine et l'h t rochromatine et dans les chromosomes. Ces particules de 10 nm de diam tre repr sentent le premier niveau de repliement de la chromatine et sont form es par l'enroulement de la mol cule d'ADN autour d'un noyau de prot ine. Cette tape raccourcit la mol cule d'ADN d'environ sept fois par rapport la mol cule d'ADN d pli e. Le noyau du nucl osome est constitu de huit mol cules d'histones (appel es octam res). Deux boucles d'ADN (environ 146 paires de nucl otides) sont enroul es autour de l'octom re central. L'ADN s' tend entre chaque particule sous la forme d'un filament de 2 nm qui relie les nucl osomes adjacents. Lorsque la chromatine est extraite du noyau, la sous-structure nucl osomale de la chromatine est visible en microscopie lectronique transmission (MET) et est souvent d crite comme des billes sur une corde (Fig. 3.2a). Dans l' tape suivante, un long brin de nucl osomes est enroul pour produire une fibre de chromatine de 30 nm. Six nucl osomes forment un tour dans la bobine de la fibrille de chromatine, qui est environ 40 fois plus courte que l'ADN d pli . De longs tron ons de fibrilles chromatiniennes de 30 nm sont ensuite organis s en domaines de boucle (contenant 15 000 100 000 paires de bases), qui sont ancr s dans un chafaudage chromosomique ou une matrice nucl aire compos e de prot ines non histones. Dans l'h t rochromatine, les fibres de chromatine sont troitement emball es et pli es les unes sur les autres ; Dans l'euchromatine, les fibrilles de la chromatine sont plus l ches. Dans les cellules en division, la chromatine est condens e et organis e en corps discrets appel s chromosomes. Au cours de la division mitotique, les fbers de chromatine form s partir de domaines de boucle de chromatine attach s un chafaudage prot ique flexible subissent une condensation pour former des chromosomes [Gr., corps color s]. Chaque chromosome est form de deux chromatides qui sont r unies en un point appel centrom re (Fig. 3.2b). La double nature du chromosome est produite dans la phase synth tique (S) pr c dente du cycle cellulaire qui maintient la longueur des t lom res. Par exemple, dans les cellules qui (voir page 87), au cours desquelles l'ADN est r pliqu par anticipation, ont t transform es en cellules malignes, une enzyme de la divis |
Histologie de Ross | ion mitotique suivante. appel e t lom rase est pr sente qui ajoute un nucl otide r p t FIGURE 3.1 Micrographies lectroniques de noyaux de deux types de cellules diff rents. La grande micrographie lectronique montre le noyau d'une cellule nerveuse. Deux nucl oles sont inclus dans le plan de section. Le noyau de cette cellule active, l'exclusion des nucl oles, comprend presque enti rement la chromatine ou l'euchromatine tendue. 10 000. Encadr . Le plus petit noyau appartient un lymphocyte circulant (la cellule enti re est repr sent e sur la micrographie). C'est une cellule relativement inactive. Notez la raret du cytoplasme et des organites cytoplasmiques. La chromatine dans le noyau est en grande partie condens e (h t rochromatine). Les zones plus claires repr sentent l'euchromatine. 13,000. La zone situ e chaque extr mit du chromosome est appel e s quences aux extr mit s des t lom res. R cemment, l'expression de cela le t lom re. Les t lom res se raccourcissent chaque division cellulaire. Il a t d montr que la r enzyme prolonge la dur e de vie des cellules. Cent tudes indiquent que la longueur des t lom res est un l ment important, l'exception des gam tes matures, de l' uf et du d cideur de la dur e de vie de la cellule. Pour survivre ind finiment aux spermatozo des, les cellules humaines contiennent 46 chromosomes organis s en 23 (deviennent immortalis s ), les cellules doivent activer un m canisme de paires homologues (chaque chromosome de la paire a la fibre de chromatine avec des boucles de fibrille de chromatine FIGURE 3.2 Int gration de la chromatine dans la structure chromosomique. un. Les tapes s quentielles de l'emballage de la chromatine nucl aire sont illustr es dans ce sch ma, en commen ant par la double h lice de l'ADN et en terminant par la forme hautement condens e trouv e dans les chromosomes. b. Structure du chromosome 2 m taphas humain telle qu'elle est visible sur l'image microscopique de la force atomique. 20 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr Tatsuo Ushiki.) m me forme et m me taille). Vingt-deux paires ont des chromosomes identiques (c'est- -dire que chaque chromosome de la paire contient la m me partie du g nome) et sont appel es autosomes. La vingt-troisi me paire de chromosomes est constitu e de chromosomes sexuels, d sign s X et Y. Les femelles contiennent deux chromosomes X ; les m les contiennent un chromosome X et un chromosome Y. Le nombre chromosomique, 46, se trouve dans la plupart des cellules somatiques du corps et est appel nombre diplo de (2n). Pour simplifier la description du nombre chromosomique et des modifications de l'ADN au cours de la mitose et de la m iose, nous utilisons la lettre minuscule (n) pour le nombre de chromosomes et la lettre minuscule (d) pour le contenu en ADN. Les chromosomes diplo des ont la quantit (2d) d'ADN imm diatement apr s la division cellulaire, mais ont le double de cette quantit c'est- -dire la quantit (4d) d'ADN apr s la phase S (voir page 89). la suite de la m iose, les ovules et les spermatozo des n'ont que 23 chromosomes, le nombre haplo de (1n), ainsi que la quantit haplo de (1d) d'ADN. Le nombre de chromosomes somatiques (2n) et la quantit diplo de (2d) d'ADN sont r tablis lors de la f condation par la fusion du noyau du spermatozo de avec le noyau de l'ovule. Dans un caryotype, les paires de chromosomes sont tri es en fonction de leur taille, de leur forme et de la couleur fluorescente mise. Une pr paration de chromosomes d riv s de cellules en division rompues m caniquement, qui sont ensuite fix es, plaqu es sur une lame de microscope et color es, est appel e propagation en m taphase. Dans le pass , les chromosomes taient syst matiquement color s avec une coloration Giemsa ; cependant, avec le d veloppement r cent des techniques d'hybridation in situ, la proc dure d'hybridation in situ fluorescente (FISH) est maintenant plus souvent utilis e pour visualiser une propagation chromosomique. Ces propagations sont observ es l'aide de microscopes fluorescence, et des cam ras contr l es par ordinateur sont ensuite utilis es pour capturer des images des paires de chromosomes. Un logiciel de traitement d'images est utilis pour trier les paires de chromosomes en fonction de leur morphologie afin de former un caryotype (voir Fig. F3.1.1a). Une vari t de sondes mol culaires qui sont maintenant disponibles dans le commerce sont utilis es dans les tests cytog n tiques pour diagnostiquer des troubles caus s par des anomalies chromosomiques telles que les non-disjonctions, les transpositions (voir Fig. F3.1.1a), les d l tions (voir Fig. F3.1.1b) et les duplications de sites de g nes sp cifiques. Les caryotypes sont galement utilis s pour la d termination pr natale du sexe chez les f tus et pour le d pistage pr natal de certaines maladies g n tiques (voir Fig. 1.7). Le corps de Barr peut tre utilis pour identifier le sexe d'un f tus. Certains chromosomes sont r prim s dans le noyau |
Histologie de Ross | interphasique et n'existent que sous la forme h t rochromatique serr e. Un chromosome X de la femme est un exemple d'un tel chromosome. Ce fait peut tre utilis pour identifier le sexe d'un f tus. Ce chromosome a t d couvert en 1949 par Barr et Bartram dans les cellules nerveuses de chattes, o il appara t sous la forme d'un corps rond bien color , maintenant appel corps de Barr, adjacent au nucl ole. Bien que le corps de Barr ait t trouv l'origine dans des tissus sectionn s, il a t d montr par la suite qu'un nombre relativement important de cellules pr par es sous forme de frottis (par exemple, des raclages de la muqueuse buccale de l'int rieur des joues ou des neutrophiles d'un frottis sanguin) peut tre utilis pour rechercher le corps de Barr. Dans les cellules de la muqueuse buccale, le corps de Barr est situ c t de l'enveloppe nucl aire. Chez les neutrophiles, le corps de Barr forme un appendice en forme de pilon sur l'un des lobes nucl aires (Fig. 3.3). Dans les sections et les frottis, de nombreuses cellules doivent tre examin es pour trouver celles dont l'orientation convient l'affichage du corps de Barr. FIGURE 3.3 Photomicrographie d'un neutrophile partir d'un frottis sanguin d'une patiente. Le deuxi me chromosome X de la patiente est r prim dans le noyau interphasique et peut tre mis en vidence dans le neutrophile sous la forme d'un appendice ressemblant un pilon (fl che) sur un lobe nucl aire. 250. Le nucl ole est le site de la synth se de l'ARN ribosomique (ARNr) et de l'assemblage ribosomique initial. Le nucl ole est une r gion non membraneuse du noyau qui entoure les g nes de l'ARNr transcriptionnellement actifs. C'est le principal site de production et d'assemblage des ribosomiques. Le nucl ole varie en taille mais est particuli rement bien d velopp dans les cellules actives dans la synth se des prot ines. Certaines cellules contiennent plus d'un nucl ole (Fig. 3.4). Le nucl ole a trois r gions morphologiquement distinctes : les centres fibrillaires contiennent des boucles d'ADN de cinq chromosomes diff rents (13, 14, 15, 21 et 22) qui contiennent des g nes d'ARNr, d'ARN polym rase I et des facteurs de transcription. Le mat riel fibrillaire (pars fbrosa) contient des g nes ribosomales qui subissent activement la transcription et de grandes quantit s d'ARNr. Le mat riau granulaire (pars granulosa) repr sente le site de l'assemblage ribosomique initial et contient des particules pr ribosomiques dens ment emball es. Le r seau form par les mat riaux granulaires et fibrillaires s'appelle le nucl olon me. L'ARNr est pr sent la fois dans le mat riel granulaire et fibrillaire et est organis , respectivement, sous forme de granules et de filaments extr mement fins serr s les uns contre les autres. Les g nes des sous-unit s ribosomales sont localis s dans FIGURE 3.4 Micrographie lectronique du nucl ole. Ce nucl ole d'une cellule nerveuse pr sente des centres fibrillaires (FC) entour s des mat riaux fibrillaires (F) et granulaires (G). Un tel r seau des deux mat riaux est appel nucl olon me. L'ARNr, les g nes contenant de l'ADN pour l'ARNr et des prot ines sp cifiques sont localis s dans les interstices du nucl olon me. 15,000. les interstices de ce r seau et sont transcrits par l'ARN polym rase I. Apr s un traitement ult rieur et une modification de l'ARNr par de petits ARN nucl olaires (snoARN), les sous-unit s de l'ARNr sont assembl es l'aide de prot ines ribosomales import es du cytoplasme. Les sous-unit s ribosomiques partiellement assembl es (pr ribosomes) sont export es du noyau via les pores nucl aires pour un assemblage complet en ribosomes matures dans le cytoplasme. Le nucl ole est impliqu dans la r gulation du cycle cellulaire. La nucl ost mine est une prot ine nouvellement identifi e qui a t trouv e dans le nucl ole. La nucl ost mine est une prot ine de liaison p53 qui r gule le cycle cellulaire et influence la diff renciation cellulaire (page 88). Au fur et mesure que la diff renciation cellulaire progresse, le niveau de cette prot ine diminue. La pr sence de la nucl ost mine dans les cellules malignes sugg re qu'elle pourrait jouer un r le dans leur prolif ration incontr l e (dossier 3.2). De plus, l'ADN, l'ARN et les r trovirus et leurs prot ines virales interagissent avec le nucl ole et provoquent une redistribution des mat riaux fbrillaires et granulaires au cours de l'infection virale. Ces virus peuvent utiliser des composants du nucl ole dans le cadre de leur propre processus de r plication. Les preuves sugg rent que les virus peuvent cibler le nucl ole et ses composants pour favoriser la transcription et la traduction virales et peut- tre modifier le cycle cellulaire pour favoriser la r plication virale. Le nucl ole se colore intens ment avec de l'h matoxyline et des colorants basiques et m tachromatiquement avec des colorants thionine. Le fait que la basophilie et la m tachromasie du nucl ole soient li es aux groupes phos |
Histologie de Ross | phate de l'ARN nucl olaire est confirm par la pr digestion d' chantillons avec de la ribonucl ase (ARNASE), qui abolit la coloration. Comme mentionn ci-dessus, l'ADN est pr sent dans le nucl ole ; cependant, sa concentration est inf rieure la capacit de d tection de la r action de Feulgen. Ainsi, lorsqu'ils sont examin s au microscope optique, les nucl oles Les tests cytog n tiques sont un l ment important dans la di-agnosis et l' valuation des troubles g n tiques et font r f rence l'analyse des chromosomes. Les anomalies chromosomiques surviennent dans environ 0,5 % de toutes les naissances vivantes et sont d tect es dans environ 50 % des fausses couches du premier trimestre (avortements spontan s) et dans environ 95 % de diverses cellules tumorales. L'analyse chromosomique peut tre effectu e sur le sang p riph rique, la moelle osseuse, les tissus (tels que la peau ou les villosit s choriales obtenues partir de biopsies) et les cellules obtenues partir de liquide amni-otique lors de l'amniocent se. L' tude des chromosomes commence par l'extraction de chromosomes entiers partir des noyaux des cellules en division. Ces chromosomes sont ensuite plac s sur des lames de verre, hybrid s avec des sondes de fluorescence sp ciales (technique FISH), et examin s au microscope. Une seule sonde d'ADN fluo-rescente produit un signal microscopique brillant lorsque la sonde est hybrid e une partie sp cifique d'un chromosome particulier. Pour obtenir une image de tous les chromosomes, un m lange de diff rentes sondes est utilis pour produire diff rentes couleurs dans chaque chromosome. Les caryotypes marqu s par cette m thode permettent aux cytog n ticiens d'effectuer une analyse compl te des modifications du nombre de chromosomes et des anomalies chromosomiques telles que les ajouts ou les suppressions. Les chromosomes appari s sont num rot s dans le karyotype, et le sexe masculin est indiqu par la pr sence des chromosomes X et Y (voir Fig. F3.1.1a). L'encadr blanc de la figure F3.1.1a montre la paire de chromosomes XX telle qu'elle appara t chez la femelle. Parfois, une partie d'un chromosome se d tache et se tache sur un autre chromosome. Lorsque cela se produit, on parle nouveau d'une translocation. Notez que l'encadr rouge de la figure F3.1.1a montre une translocation entre les chromosomes 8 et 14 (t8 ; 14). Il est clairement visible sur cette image en couleur qu'une partie du chromosome 8 d'origine (r gion bleu aqua) est maintenant attach e au chromosome 14, et qu'une petite partie du chromosome 14 (r gion rouge) fait maintenant partie du chromosome 14. DOSSIER 3.1 Corr lation clinique : tests cytog n tiques FIGURE F3.1.1 Caryotypes obtenus avec la technique FISH. un. Caryotype d'un m le normal. L'encadr blanc montre la paire de chromosomes XX d'une femelle normale. L'encadr rouge r v le une anomalie dans les chromosomes 14 et 8. (Avec l'aimable autorisation d'Applied Imaging International Ltd., Newcastle upon Tyne, Royaume-Uni.) b. Une m taphase s'est propag e partir d'un patient atteint du syndrome de Prader-Willi/Angelman. L'encadr jaune montre la paire agrandie du chromosome 15. (Avec l'aimable autorisation du Dr Robert B. Jenkins.) 1 6 7 8 8 9 10 11 12 13 19 20 21 22 X XX Y 14 14 15 16 17 18 2 3 4 5 15 baba apparaissent Feulgen-n gatif avec Feulgen-positif Chromatine associ e au nucl ole Feulgen qui borde souvent le nucl ole. L'enveloppe nucl aire, form e de deux membranes s par es par un espace cisternal p rinucl aire, s pare le nucl oplasme du cytoplasme. L'enveloppe nucl aire fournit une barri re membraneuse s lectivement perm able entre le compartiment nucl aire et le cytoplasme, et elle renferme la chromatine. L'enveloppe nucl aire est assembl e partir de deux membranes nucl aires (externe et int rieure) s par es par un espace cisternal p rinucl aire. L'espace cisternal clair p rinucl aire est continu avec l'espace cisternal du rER (Fig. 3.5). Les deux membranes de l'enveloppe sont perfor es intervalles r guliers par des pores nucl aires qui interviennent dans le transport actif des prot ines, des ribonucl oprot ines et des ARN entre le noyau et le cytoplasme. Les membranes de l'enveloppe nucl aire diff rent par leur structure et leurs fonctions : la membrane nucl aire externe ressemble beaucoup la membrane du r ticulum endoplasmique et est en fait continue avec la membrane rER (voir Fig 3.5). Les polyribosomes sont souvent attach s aux prot ines d'amarrage ribosomique pr sentes du c t cytoplasmique de la membrane nucl aire externe. La membrane nucl aire interne est soutenue par un r seau rigide de filaments prot iques interm diaires attach s sa surface interne appel lame nucl aire (fbrous). De plus, la membrane nucl aire interne contient des r cepteurs sp cifiques de la lame et plusieurs prot ines associ es la lame qui se lient aux chromosomes et s curisent la fixation de la lame nucl aire. La lame nucl aire est form e de filaments interm diaires et se trouv |
Histologie de Ross | e c t de la membrane nucl aire interne. La lame nucl aire, une fine couche interm diaire dense en lectrons, semblable un r seau, r side sous le nucl aire DOSSIER 3.2 Corr lation clinique : r gulation du cycle cellulaire et traitement du cancer La compr hension des d tails de la r gulation du cycle cellulaire a eu un impact sur la recherche sur le cancer et a contribu au d veloppement de nouveaux traitements. Par exemple, il a t d montr que l'inactivation des g nes suppresseurs de tumeurs joue un r le dans la croissance et la division des cellules canc reuses. Les prot ines cod es par ces g nes sont utilis es par la cellule travers plusieurs points de contr le des dommages l'ADN. Par exemple, les mutations du g ne 1 de susceptibilit au cancer du sein (BRCA-1) et du g ne 2 de susceptibilit au cancer du sein (BRCA-2) sont associ es un risque accru de cancer du sein bilat ral. Les deux produits prot iques de ces g nes suppresseurs de tumeurs, savoir les prot ines BRCA-1 et BRCA-2, sont directement impliqu s dans de multiples processus cellulaires en r ponse aux dommages l'ADN, y compris l'activation des points de contr le, la transcription des g nes et la r paration des cassures double brin de l'ADN. Avec la prot ine RAD-51, qui est impliqu e dans la recombinaison homologue et la r paration de l'ADN, ils maintiennent la stabilit du g nome humain. Les prot ines BRCA d fectueuses sont incapables d'interagir avec RAD-51. En d pistant les patients pour des mutations dans ces g nes, il est possible de d tecter le cancer beaucoup plus t t. On sait aussi maintenant pourquoi chez certains individus, les mutations p53 rendent leurs tumeurs r sistantes la radioth rapie. Les dommages l'ADN caus s par les proc dures de radiation th rapeutique sont d tect s par des points de contr le des dommages l'ADN, qui provoquent l'arr t des cellules canc reuses dans le cycle cellulaire. Cependant, ces cellules ne mourront pas en raison de l'absence de p53 fonctionnelle, qui d clenche l'apoptose. LE NOYAU CELLULAIRE COMPOSANTS NUCL AIRES FIGURE 3.5 Structure de l'enveloppe nucl aire et sa relation avec la rER. un. La paroi nucl aire est constitu e d'une double enveloppe membranaire qui entoure le noyau. La membrane externe est en continuit avec les membranes du rER ; ainsi, l'espace p rinucl aire communique avec le lumen du rER. La membrane interne est adjacente aux filaments interm diaires nucl aires qui forment la lame nucl aire. b. Cette micrographie lectronique, pr par e par la technique de gravure profonde cong lation rapide, montre le noyau, le grand objet sph rique, entour par l'enveloppe nucl aire. Notez que la membrane externe poss de des ribosomes et est continue avec le rER. 12 000. (Avec l'aimable autorisation du Dr John E. Heuser, Facult de m decine de l'Universit de Washington.) membrane. En plus de sa fonction de soutien ou nucl osquelettique , la lame nucl aire est essentielle dans de nombreuses activit s nucl aires telles que la r plication de l'ADN, la transcription et la r gulation des g nes. Si le composant membraneux de l'enveloppe nucl aire est perturb par l'exposition au d tergent, la lame nucl aire reste et le noyau conserve sa forme. Les principaux composants de la lame, tels que d termin s par l'isolement biochimique, sont les lamines nucl aires, un type sp cialis de filament interm diaire nucl aire (voir page 63), et les prot ines associ es aux lames. La lame nucl aire est essentiellement compos e de prot ines de la lamine A et de la lamine C qui forment des filaments interm diaires. Ces filaments sont r ticul s dans un r seau orthogonal (Fig. 3.6), qui est attach principalement via la prot ine de lamine B la membrane nucl aire interne par ses interactions avec les r cepteurs de la lamine. La famille des r cepteurs de la lamine comprend l' m rine (34 kilodaltons) qui se lie la fois la lamine A et la lamine B, le nurim (29 kilodaltons) qui se lie la lamine A et un r cepteur de la lamine B (LBR) de 58 kilodaltons qui, comme son nom l'indique, se lie la lamine B. Contrairement d'autres filaments interm diaires cytoplasmiques, les lamines se d sassemblent pendant la mitose et se r assemblent la fin de la mitose. La lame nucl aire semble servir d' chafaudage la chromatine, aux prot ines associ es la chromatine, aux pores nucl aires et aux membranes de l'enveloppe nucl aire. De plus, il est impliqu dans l'organisation nucl aire, la r gulation du cycle cellulaire, la diff renciation et l'expression des g nes. L'alt ration de l'architecture ou de la fonction de la lame nucl aire est associ e certaines maladies g n tiques (laminopathies) et l'apoptose. Les mutations de la lamine A/C provoquent des maladies tissulaires sp cifiques qui affectent le muscle stri , le tissu adipeux, le d veloppement des nerfs p riph riques ou du squelette et le vieillissement pr matur . R cemment, deux formes h r ditaires de dystrophie musculaire d'Emery-Dreifuss |
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