Adhérence cellulaire

L’adhérence cellulaire est une fonction indispensable que les organismes supérieurs ont acquis afin de permettre la formation de tissus, organes et systèmes qui s’efforcent de satisfaire les fonctions physiologiques nécessaire à la survie de l’individu.

L’adhérence cellulaire est permise d’une part grâce à la présence d’une matrice extracellulaire (adhérence indirecte) et d’autre part par la formation d’adhérence directe par la présence de molécules d’adhérence au sein des membranes plasmiques.

I) Les matrices extracellulaires

Les matrices extracellulaires sont des trames macromoléculaires (polysaccharides, protéines fibreuses et glycoprotéines) synthétisées par des cellules caractéristiques suivant le tissu considéré (fibroblastes, cellules épithéliales, ostéoblastes, chondroblastes, etc.). Ces cellules se fixent à la trame par des récepteurs membranaires de type SAM (Substrate Adhesion Molecules ; cf. suite du cours).

On trouve deux types de morphologie :

• Les matrices extracellulaires lâches sont des structures mésenchymateuses où les cellules se déplacent facilement (exemple : derme).
• Les matrices extracellulaires denses sont des structures dans lesquelles les cellules ne bougent pas (exemple : lame basale de l’épiderme).

Il est important de préciser que toutes les cellules produisent de la matrice extracellulaire, qu’elles soient d’origine bactérienne ou végétale, ainsi son existence n’est pas uniquement liée à l’état pluricellulaire de l’organisme.

1) Constituants de la matrice extracellulaire

a) Polysaccharides

Les polysaccharides sont principalement représentés par deux types de molécules :

• Les glyco-amino-glycanes (GAG) sont de longues chaînes (25 000 résidus), non ramifiées, formées de polymère de disaccharides dont l’un des deux est aminé. Les GAG ont la propriété de piéger l’eau formant un gel aqueux qui remplit la matrice.
• Les protéoglycanes correspondent sont liés à des protéines par liaison O-glycosidique avec des GAG non ramifiés.

b) Protéines fibreuses

Les protéines fibreuses sont principalement représentées par deux types de molécules :

• Les fibres de collagènes sont des glycoprotéines qui représentent 25% des protéines totales de l’organisme et qui permettent une résistance à de forte tension mécanique et ainsi la cohésion tissulaire (cf. cours de biochimies).
• Les fibres élastiques sont présentent dans les tissus soumis à des variations de tailles et de formes. Ces fibres élastiques sont formées de protéines, appelées les élastines, reliées entre elles et associées au collagène et aux polysaccharides, limitant les étirements excessifs.

c) Les autres glycoprotéines

D’autres glycoprotéines sont présentent dans la matrice extracellulaire, parmi elles on trouve la fibronectine, et plus particulièrement au niveau de la membrane basale la laminine.

2) La lame basale

La lame basale est une région différenciée de la matrice extracellulaire, située à la base des épithéliums ou autour de certaines cellules telles que les cellules endothéliales, les cellules graisseuses, les cellules musculaires et les cellules de Schwann. Elle est constituée de laminine, de GAG, de protéoglycanes, de collagène de type IV et d’autres glycoprotéines.

La lame basale étant à l’interface entre différents tissus, elle a une fonction de filtre, permet l’assise de cellules (épithéliales et endothéliales) et le contrôle de la localisation de protéines membranaires.

II) Molécules d’adhérences et jonctions intercellulaires

1) Les molécules d’adhérence

Parmi les molécules d’adhérence on trouve les CAM (pour Cell Adhesion Molecules) qui permettent l’interaction cellule-cellule et les SAM (pour Substrate Adhesion Molecules) qui permettent l’interaction cellule-matrice extracellulaire.

Ces interactions peuvent être homophile, c’est-à-dire qu’il y a interaction entre deux mêmes protéines, ethétérophile, c’est-à-dire qu’il y a interaction entre deux protéines différentes.

a) Immunoglobuline

Les immunoglobulines sont des monomères de la même superfamille que les anticorps, possédant également une chaîne lourde et une chaîne légère, avec des boucles fermées par des liaisons disulfure. Ce sont des glycoprotéines riches en acide sialique et possèdent une trentaine de membres, dont les N-CAM présentent au niveau du système nerveux.

Les immunoglobulines sont calcium (Ca²⁺) indépendante, contrairement aux autres molécules d’adhérence, et sont exprimés de manière constitutive au niveau de la membrane plasmique, autrement dit en permanence. Elles réalisent des liaisons homophiles mais qui peuvent se faire avec des membres différents, ainsi que des liaisons hétérophiles avec des protéoglycanes de la matrice extracellulaire et des intégrines.

b) Cadhérine

Les cadhérines sont des glycoprotéines sous la forme de monomère, possédant une extrémité N-terminale extracellulaire et étant calcium (Ca²⁺) dépendante. Les différents types de cadhérines sont spécifiques au tissu.

Ces molécules jouent un rôle principal dans les jonctions intercellulaires de type desmosomes. De cette manière leurs extrémités intracellulaires C-terminale interagiront avec les plaques denses ou directement avec les protéines du cytosquelette, et leurs extrémités extracellulaires N-terminale réaliseront des interactions homophiles et hétérophiles avec des autres cadhérines, des intégrines et des protéines de la matrice extracellulaire.

Dans les tissus, les cellules inhibent leurs propres croissances en interagissant les unes avec les autres et ceci grâce à la présence des cadhérines qui sont responsables de ce phénomène appelé inhibition de contact.

c) Sélectine

Les sélectines sont des glycoprotéines sous forme de monomère possédant une extrémité N-terminale extracellulaire. Les sélectines sont des lectines calcium (Ca²⁺) dépendante qui ont la spécificité de reconnaître les groupements glucidiques d’autres glycoprotéines.

Les sélectines permettent la formation de liaison brève et de très haute spécificité. Elles ne sont pas exprimées en permanence, mais nécessite une activation entraînant son endocytose. Elles interviennent dans des interactions hétérophiles lors de la diapédèse.

d) Intégrine

Les intégrines sont des glycoprotéines sous forme de dimère (αβ) présentant une extrémité extracellulaire N-terminale et étant elles aussi calcium (Ca²⁺) dépendante.

Les intégrines interagissent avec les composants de la matrice extracellulaire et de la lame basale tels que les fibronectines, les laminines et le collagène. Elles interagissent également par des interactions hétérogènes avec des immunoglobulines et des cadhérines, et dans le milieu intracellulaire avec le cytosquelette.

2) Jonctions intercellulaires et jonctions cellules-matrice extracellulaire

Les jonctions intercellulaires sont des régions différenciées de la membrane plasmique responsable de l’adhérence intercellulaire et au niveau desquelles on distingue une concentration importante de molécules d’adhérence. Parmi elles on distingue les jonctions serrées (ou Zonula Occludens), les jonctions intermédiaires(ou Zonula Adherens), les desmosomes, les jonctions communicantes (de type nexus ou jonctions gap).

Les jonctions cellules matrice-extracellulaire sont des régions différenciées 
de la membrane plasmique responsable de l’adhérence entre les cellules et 
les éléments de la matrice extracellulaire.
Elles sont également riches en molécules d’adhérence. 
Parmi elles on distingue les hémidesmosomes.

Ces jonctions sont présentent chez le animaux, mais pas chez les végétaux et les bactéries 
qui sont uniquement liés par leurs parois. Elles permettent une solidité mécanique d’une 
part et une communication cellulaire d’autre part.

a) Les jonctions serrées (ou zonula-occludens) Les zonula-occludens sont des jonctions étanches qui ceinturent la cellule,  d’où le terme de « zonula »,  au niveau du pôle apical et ceci notamment au niveau des épithéliums monocouches (endothélium) et cellules polarisées par exemple au niveau des entérocytes et hépatocytes).  Elles créées des occlusions qui  interdissent entièrement la diffusion latérale des protéines ;  l’espace intercellulaire est totalement obturé. Elles sont composées d’occludines et de claudines qui sont des molécules calcium  indépendantes et d’immunoglobulines dont les JAM (Junctionnal Adhesion Molecule). Du côté cytoplasmique on trouve des protéines spécifiques appelées protéines  ZO qui interagissent aves les molécules de la jonction d’une part, et permet l’ancrage des microfilaments d’actine (cf. cytosquelette) d’autre part,  et ceci grâce à la cinguline qui joue le rôle d’adaptateur entre les protéines  ZO et les microfilaments d’actine.

b) Les jonctions intermédiaires (ou zonula-adherens)

Les zonula-adherens sont également des jonctions qui ceinturent  la cellule au niveau du pôle apicale,  situées juste en dessous des zonula-occludens.  Elles sont situées au niveau des cellules  polarisées et laissent un espace intercellulaire plus important  que les jonctions serrées. Elles sont composées de cadhérines et de nectines qui sont des  immunoglobulines spécifiques.  Du côté cytoplasmique on trouve une plaque dense cytoplasmique où sont ancrées  les cadhérines et les nectines : Les caténines permettent la jonction entre les microfilaments  d’actines et les cadhérines. L’afadine et la ponsine permettent la jonction entre les microfilaments  d’actines et les nectines.

c) Les desmosomes Les desmosomes ne sont cette fois-ci plus des zonulas,  mais des macula-adherens qui sont des zones  d’ancrage des filaments intermédiaires sous la forme de tâche,  d’où le terme de « macula ».  Ils permettent la formation de jonctions intercellulaires,  contrairement aux hémidesmosomes qui créés des jonctions entre cellules et lame basale.  On trouve les desmosomes principalement au niveau  des épithéliums, mais pas exclusivement. Ils sont composés de desmocolline et  desmogléine qui sont des cadhérines (calcium dépendantes) spécifiques formant des interactions homophiles et hétérophiles entre elles,  ainsi que des molécules de la superfamille des immunoglobulines. La plaque dense a cette fois-ci une forme arrondie et est composée dedesmoplakine, où se fixent les filaments intermédiaires de cytokératine. Il est important de noter que deux molécules font office d’intermédiaire entre les molécules transmembranaires (desmocolline et desmogléine),  et les molécules de la plaque dense (desmoplakine) : la plakoglobine et la plakophiline.

Les desmosomes permettent l’adhérence intercellulaire, 
le maintien de la forme des cellules et une résistance cytoplasmique.

d) Les hémidesmosomes

Les hémidesmosomes sont présents au niveau du pôle basal et forment, 
comme dit précédemment, des jonctions avec la lame basale par interaction 
entre les intégrines des hémidesmosomes et les laminines de la lame basale.

Comme les desmosomes, les hémidesmosomes présentent une plaque dense 
qui permet d’ancré les filaments intermédiaires de cytokératine. Ces derniers
forment un réseau entre les plaques des desmosomes et hémidesmosomes 
permettant le maintient de la cohésion cellulaire.

e) Les jonctions communicantes de type nexus (ou jonction gap)

Au niveau des nexus on observe un espace intercellulaire de 2 à 3 nm.
On les trouve au niveau des faces latérales des cellules épithéliales et également des cellules non épithéliales (fibroblastes, cellules musculaires, cellules osseuses, neurones, etc.).

Ils sont composés de plusieurs centaines de canaux bidirectionnels 
par association de l’un à l’autre provenant d’une cellule et de l’autre. 
Chaque canal est un connexon formé de 6 sous-unités, 
dont chaque sous-unité est uneconnexine qui possède 4 segments transmembranaires.
Les nexus permettent une coopérativité métabolique intercellulaire 
en fonction du gradient de concentration (ions et petites molécules) et permet ainsi
le transfert d’informations (second messagers tels que l’AMP cyclique, le calcium
Ca2+ et certains enzymes).

Ces jonctions ne sont pas exprimées de manière constitutionnelle 
mais possèdent des demi-vies de l’ordre de 24 heures. La régulation 
de la perméabilité dépend donc de la concentration des nexus qui varie selon l’activité cellulaire.