Worldlex Wiki L'adhérence cellulaire est le processus par lequel les cellules interagissent et se fixent aux cellules voisines grâce à des molécules spécialisées présentes à leur surface. Ce processus peut se produire soit par contact direct entre les surfaces cellulaires, comme au niveau des jonctions intercellulaires , soit par interaction indirecte, où les cellules se fixent à la matrice extracellulaire (MEC) environnante, une structure gélatineuse contenant des molécules libérées par les cellules dans les espaces intercellulaires. les molécules d'adhérence cellulaire (CAM), des protéines transmembranaires situées dans la membrane cellulaire . L'adhérence cellulaire relie les cellules de différentes manières et peut être impliquée dans la transduction du signal permettant aux cellules de détecter les changements de leur environnement et d'y répondre. Parmi les autres processus cellulaires régulés par l'adhérence cellulaire figurent la migration cellulaire et le développement tissulaire chez les organismes multicellulaires . Des altérations de l'adhérence cellulaire peuvent perturber des processus cellulaires importants et entraîner diverses maladies, notamment le cancer et l'arthrite . L'adhérence cellulaire est également essentielle à la capacité des organismes infectieux, tels que les bactéries ou les virus , à provoquer des maladies .
Les molécules d'adhérence cellulaire (CAM) sont classées en quatre grandes familles : les intégrines , la superfamille des immunoglobulines , les cadhérines et les sélectines . Les cadhérines et les IgSF sont des CAM homophiles, car elles se lient directement au même type de CAM sur une autre cellule, tandis que les intégrines et les sélectines sont des CAM hétérophiles qui se lient à des types de CAM différents . Chacune de ces molécules d'adhérence possède une fonction différente et reconnaît des ligands différents . Les défauts d'adhérence cellulaire sont généralement attribuables à des défauts d'expression des CAM.
Chez les organismes multicellulaires, les liaisons entre les CAM permettent aux cellules d'adhérer les unes aux autres et créent des structures appelées jonctions cellulaires . Selon leurs fonctions, les jonctions cellulaires peuvent être classées comme suit :
- Les jonctions d'ancrage ( jonctions adhérentes , desmosomes et hémidesmosomes ) maintiennent les cellules ensemble et renforcent le contact entre les cellules.
- Les jonctions occlusives ( jonctions serrées ) scellent les espaces entre les cellules par contact intercellulaire, créant ainsi une barrière imperméable à la diffusion.
- Les jonctions communicantes ( jonctions formant des canaux ) relient le cytoplasme des cellules adjacentes, permettant ainsi le transport de molécules entre les cellules.
- Jonctions de relais de signaux, qui peuvent être des synapses dans le système nerveux
On peut également classer les jonctions cellulaires en deux grands types selon ce qui interagit avec la cellule : les jonctions cellule-cellule, principalement médiées par les cadhérines, et les jonctions cellule-matrice, principalement médiées par les intégrines.
jonctions intercellulaires
Les jonctions intercellulaires peuvent se présenter sous différentes formes. Dans les jonctions d'ancrage, telles que les jonctions adhérentes et les desmosomes, les principales molécules d'adhérence cellulaire (CAM) présentes sont les cadhérines. Cette famille de CAM est constituée de protéines membranaires qui assurent l'adhérence intercellulaire via leurs domaines extracellulaires et nécessitent des ions Ca²⁺ extracellulaires pour fonctionner correctement. Les cadhérines forment des liaisons homophiliques entre elles, ce qui permet aux cellules de même type de s'associer et peut conduire à une adhésion cellulaire sélective, permettant ainsi aux cellules des vertébrés de s'assembler en tissus organisés. Les cadhérines sont essentielles à l'adhérence intercellulaire et à la signalisation cellulaire chez les animaux multicellulaires et peuvent être classées en deux types : les cadhérines classiques et les cadhérines non classiques.
Jonctions adhérentes
Les jonctions d'adhérence ont pour fonction principale de maintenir la forme des tissus et d'assurer la cohésion cellulaire. Au sein de ces jonctions, les cadhérines classiques interagissent entre les cellules voisines via leurs domaines extracellulaires. Ces cadhérines possèdent une région conservée sensible au calcium dans leurs domaines extracellulaires . Lorsque cette région entre en contact avec des ions Ca²⁺ , les domaines extracellulaires des cadhérines passent d'une conformation flexible inactive à une conformation plus rigide, permettant ainsi une liaison homophile . Les domaines intracellulaires des cadhérines classiques sont également hautement conservés, car ils se lient à des protéines appelées caténines , formant des complexes caténine-cadhérine qui relient les cadhérines classiques aux filaments d'actine . Cette association avec les filaments d'actine est essentielle à la stabilisation de l'adhérence intercellulaire par les jonctions d'adhérence. Les interactions avec les filaments d'actine peuvent également favoriser le regroupement des cadhérines, impliquées dans l'assemblage des jonctions adhérentes, car les regroupements de cadhérines favorisent la polymérisation des filaments d'actine qui à leur tour assemblent les jonctions adhérentes en se liant aux complexes cadhérine-caténine qui se forment à la jonction.
Desmosomes
Les desmosomes présentent une structure similaire à celle des jonctions d'adhérence, mais leur composition diffère. Au lieu des cadhérines classiques, ce sont des cadhérines non classiques, comme les desmogléines et les desmocolines, qui agissent comme molécules d'adhérence et sont liées aux filaments intermédiaires plutôt qu'aux filaments d'actine. Les desmosomes ne contiennent pas de caténine, car les domaines intracellulaires des cadhérines desmosomales interagissent avec les protéines des plaques desmosomales. Ces protéines forment les plaques cytoplasmiques épaisses des desmosomes et lient les cadhérines aux filaments intermédiaires. Les desmosomes confèrent résistance et solidité aux contraintes mécaniques en répartissant les forces sur les filaments intermédiaires, flexibles mais résilients, ce qui est impossible avec les filaments d'actine rigides. Ceci explique l'importance des desmosomes dans les tissus soumis à de fortes contraintes mécaniques, comme le muscle cardiaque et les tissus épithéliaux , et leur présence fréquente dans ces types de tissus.
Jonctions serrées
Les jonctions serrées sont normalement présentes dans les tissus épithéliaux et endothéliaux , où elles scellent les espaces et régulent le transport paracellulaire des solutés et des fluides extracellulaires dans ces tissus qui fonctionnent comme des barrières. Les jonctions serrées sont formées de protéines transmembranaires, notamment les claudines , les occludines et les tricellulines, qui se lient étroitement les unes aux autres sur les membranes adjacentes de manière homophilique. À l'instar des jonctions d'ancrage, les domaines intracellulaires de ces protéines de jonction serrée sont liés à des protéines d'échafaudage qui maintiennent ces protéines en agrégats et les relient aux filaments d'actine afin de préserver la structure de la jonction serrée. Les claudines, essentielles à la formation des jonctions serrées, forment des pores paracellulaires qui permettent le passage sélectif d'ions spécifiques à travers les jonctions serrées, rendant ainsi la barrière sélectivement perméable.
jonctions à fente
Les jonctions communicantes sont composées de canaux appelés connexons , eux-mêmes constitués de protéines transmembranaires, les connexines, regroupées par six. Les connexons de cellules adjacentes forment des canaux continus lorsqu'ils entrent en contact et s'alignent. Ces canaux permettent le transport d'ions et de petites molécules entre les cytoplasmes de deux cellules adjacentes, tout en assurant la cohésion cellulaire et la stabilité structurale, à l'instar des jonctions d'ancrage ou des jonctions serrées. La perméabilité des canaux des jonctions communicantes est sélective et dépend des connexines qui les constituent. Cette perméabilité permet aux jonctions communicantes de participer à la signalisation cellulaire en régulant le transfert de molécules impliquées dans les cascades de signalisation . Les canaux peuvent répondre à de nombreux stimuli différents et leur régulation est dynamique, soit par des mécanismes rapides, comme la régulation par le potentiel membranaire , soit par des mécanismes lents, comme la modification du nombre de canaux présents dans les jonctions communicantes.
Sélections
Les sélectines constituent une famille de molécules d'adhérence cellulaire (CAM) spécialisées, impliquées dans l'adhérence cellulaire transitoire au sein du système circulatoire. Elles interviennent principalement dans la migration des leucocytes dans le flux sanguin en leur permettant de « rouler » sur les cellules endothéliales grâce à des liaisons réversibles. Les sélectines présentent des liaisons hétérophiles : leur domaine extracellulaire se lie aux glucides des cellules adjacentes plutôt qu'à d'autres sélectines, et elles nécessitent des ions Ca²⁺ pour fonctionner, à l'instar des cadhérines. L'adhérence des leucocytes aux cellules endothéliales est essentielle aux réponses immunitaires , car elle permet aux leucocytes de migrer vers les sites d'infection ou de lésion. Au niveau de ces sites, les intégrines présentes sur les leucocytes en roulement sont activées et se lient fermement aux cellules endothéliales locales, immobilisant ainsi les leucocytes et leur permettant de franchir la barrière endothéliale.
Superfamille des immunoglobulines
La superfamille des immunoglobulines (IgSF) est l'une des plus grandes superfamilles de protéines de l'organisme et comprend de nombreuses molécules d'adhérence cellulaire (CAM) diverses impliquées dans différentes fonctions. Ces protéines transmembranaires possèdent un ou plusieurs domaines de type immunoglobuline dans leur domaine extracellulaire et se lient, indépendamment du calcium, à des ligands présents sur les cellules adjacentes. Certaines CAM de la superfamille des IgSF, comme les molécules d'adhérence des cellules neuronales (NCAM), peuvent établir une liaison homophilique, tandis que d'autres, comme les molécules d'adhérence intercellulaire (ICAM) ou les molécules d'adhérence des cellules vasculaires (VCAM), établissent une liaison hétérophilique avec des molécules telles que les glucides ou les intégrines. Les ICAM et les VCAM sont exprimées à la surface des cellules endothéliales vasculaires et interagissent avec les intégrines des leucocytes pour faciliter l'adhérence de ces derniers et leur passage à travers la barrière endothéliale.
Jonctions cellule-matrice
Les cellules créent la matrice extracellulaire en libérant des molécules dans l'espace extracellulaire qui les entoure. Elles possèdent des molécules d'adhérence cellulaire (CAM) spécifiques qui se lient aux molécules de la matrice extracellulaire et relient cette dernière au cytosquelette intracellulaire . La matrice extracellulaire sert de support lors de l'organisation des cellules en tissus et peut également intervenir dans la signalisation cellulaire en activant des voies de signalisation intracellulaires lorsqu'elle est liée aux CAM. Les jonctions cellule-matrice sont principalement assurées par les intégrines, qui s'agrègent comme les cadhérines pour former des adhésions robustes. Les intégrines sont des hétérodimères transmembranaires composés de sous-unités α et β différentes, chacune présentant des structures de domaine distinctes. Les intégrines peuvent transmettre des signaux dans les deux sens : la signalisation intracellulaire, où les signaux intracellulaires modifient les domaines intracellulaires et peuvent réguler l'affinité des intégrines pour leurs ligands, et la signalisation extracellulaire, où les ligands extracellulaires se lient aux domaines extracellulaires et peuvent induire des changements conformationnels des intégrines et initier des cascades de signalisation. Les domaines extracellulaires des intégrines peuvent se lier à différents ligands par liaison hétérophile tandis que les domaines intracellulaires peuvent être liés soit à des filaments intermédiaires, formant des hémidesmosomes, soit à des filaments d'actine, formant des adhésions focales .
Hémidesmosomes
Dans les hémidesmosomes , les intégrines se fixent aux laminines , des protéines de la matrice extracellulaire sécrétée par les cellules épithéliales, au niveau de la lame basale . Les intégrines lient la matrice extracellulaire aux filaments intermédiaires de kératine , qui interagissent avec le domaine intracellulaire des intégrines via des protéines adaptatrices telles que les plectines et BP230 . Les hémidesmosomes jouent un rôle important dans le maintien de la stabilité structurale des cellules épithéliales en les ancrant indirectement entre elles par l'intermédiaire de la matrice extracellulaire.
Adhérences focales
Au niveau des adhésions focales , les intégrines fixent les fibronectines , un composant de la matrice extracellulaire, aux filaments d'actine à l'intérieur des cellules. Des protéines adaptatrices, telles que les talines , les vinculines , les α-actinines et les filamines , forment un complexe au niveau du domaine intracellulaire des intégrines et se lient aux filaments d'actine. Ce complexe multiprotéique reliant les intégrines aux filaments d'actine est important pour l'assemblage des complexes de signalisation qui agissent comme signaux pour la croissance et la motilité cellulaires.
Autres organismes
Eucaryotes
Les cellules végétales adhèrent étroitement les unes aux autres et sont reliées par des plasmodesmes , canaux qui traversent les parois cellulaires et connectent les cytoplasmes des cellules adjacentes. Les molécules, nutriments ou signaux nécessaires à la croissance, sont transportées, passivement ou sélectivement, entre les cellules végétales par l'intermédiaire des plasmodesmes.
Les protozoaires expriment de multiples molécules d'adhérence aux spécificités différentes, qui se lient aux glucides présents à la surface de leurs cellules hôtes. L'adhérence intercellulaire est essentielle à la fixation et à la pénétration des protozoaires pathogènes dans leurs cellules hôtes. Le parasite du paludisme ( Plasmodium falciparum ) en est un exemple : il utilise une molécule d'adhérence appelée protéine circumsporozoïte pour se fixer aux cellules hépatiques, et une autre molécule d'adhérence appelée protéine de surface du mérozoïte pour se fixer aux globules rouges .
Les champignons pathogènes utilisent des molécules d'adhésion présentes sur leur paroi cellulaire pour se fixer, soit par des interactions protéine-protéine, soit par des interactions protéine-glucide, aux cellules hôtes ou aux fibronectines de la matrice extracellulaire.
Procaryotes
Les procaryotes possèdent des molécules d'adhérence à leur surface cellulaire, appelées adhésines bactériennes , en plus de leurs pili ( fimbriae ) et de leurs flagelles . Les procaryotes peuvent présenter un ou plusieurs flagelles, situés en un ou plusieurs endroits de la surface cellulaire. Les espèces pathogènes telles qu'Escherichia coli et Vibrio cholerae possèdent des flagelles qui facilitent l'adhérence.
Les adhésines peuvent reconnaître divers ligands présents à la surface des cellules hôtes ainsi que des composants de la matrice extracellulaire. Ces molécules contrôlent également la spécificité d'hôte et régulent le tropisme (interactions spécifiques aux tissus ou aux cellules) par leur interaction avec leurs ligands.
Virus
Les virus possèdent également des molécules d'adhérence nécessaires à leur fixation aux cellules hôtes. Par exemple, le virus de la grippe présente à sa surface une hémagglutinine indispensable à la reconnaissance de l' acide sialique, un sucre présent à la surface des cellules hôtes. Le VIH possède une molécule d'adhérence appelée gp120 qui se lie à son ligand CD4 , exprimé à la surface des lymphocytes . Les virus peuvent aussi cibler des composants des jonctions cellulaires pour pénétrer dans les cellules hôtes ; c'est le cas, par exemple, du virus de l'hépatite C, qui cible les occludines et les claudines des jonctions serrées pour pénétrer dans les cellules hépatiques.
Signification clinique
Un dysfonctionnement de l'adhérence cellulaire survient lors des métastases cancéreuses . La perte d'adhérence intercellulaire des cellules tumorales métastatiques leur permet de quitter leur site d'origine et de se disséminer dans le système circulatoire . Parmi les molécules d'adhérence cellulaire (CAM) dérégulées dans le cancer, on trouve les cadhérines, inactivées par des mutations génétiques ou par d'autres molécules de signalisation oncogéniques, ce qui favorise la migration et l'invasion des cellules cancéreuses . D'autres CAM, comme les sélectines et les intégrines, peuvent faciliter les métastases en modulant les interactions intercellulaires entre les cellules tumorales métastatiques migrant dans le système circulatoire et les cellules endothéliales d'autres tissus distants . Compte tenu du lien entre les CAM et les métastases cancéreuses, ces molécules pourraient constituer des cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement du cancer.
Il existe également d'autres maladies génétiques humaines dues à l'incapacité d'exprimer certaines molécules d'adhérence. Le déficit d'adhérence leucocytaire de type I (LAD-I) en est un exemple : l'expression de la sous-unité β2 - intégrine est réduite, voire absente . Ceci entraîne une diminution de l'expression des hétérodimères d'intégrine β2 , indispensables à l'adhérence des leucocytes à la paroi endothéliale au niveau des sites d' inflammation , afin de lutter contre les infections . Les leucocytes des patients atteints de LAD-I sont incapables d'adhérer aux cellules endothéliales, et ces patients présentent des épisodes infectieux graves pouvant engager leur pronostic vital.
Une maladie auto-immune appelée pemphigus est également causée par la perte d'adhérence cellulaire, car elle résulte d' auto-anticorps ciblant les cadhérines desmosomales d'une personne, ce qui conduit au détachement des cellules épidermiques les unes des autres et provoque des ampoules cutanées.
Les micro-organismes pathogènes, notamment les bactéries, les virus et les protozoaires, doivent d'abord adhérer aux cellules hôtes pour les infecter et provoquer des maladies. Les thérapies anti-adhésion permettent de prévenir l'infection en ciblant les molécules d'adhésion présentes soit sur le pathogène, soit sur la cellule hôte. Outre la modification de la production des molécules d'adhésion, des inhibiteurs compétitifs, qui se lient à ces molécules pour empêcher l'adhérence intercellulaire, peuvent également être utilisés comme agents anti-adhésifs.