B4 · Matrice extracellulaire
Lame basale, interactions cellule–matrice et remodelage
Décrire la composition et les fonctions de la lame basale sous un épithélium. Présenter les contacts focaux et hémidesmosomes, la signalisation par les intégrines et le remodelage matriciel par les protéases.
Biologie cellulaire6 min de lecture15 QCM corrigés
Organisation de la lame basale
La lame basale est sécrétée principalement par les cellules qui reposent sur elle. Sa composition moléculaire détaillée dépend du tissu, mais son architecture repose sur l'association de deux réseaux macromoléculaires :
- un réseau de laminines, en relation directe avec les récepteurs cellulaires ;
- un réseau de collagène de type IV, qui confère une résistance mécanique en nappe.
Ces réseaux sont reliés par des glycoprotéines d'assemblage, notamment le nidogène, et par des protéoglycanes tels que le perlécane. Les protéoglycanes portent des chaînes de glycosaminoglycanes fortement hydratées et chargées négativement.
La structure propre des collagènes, des laminines, de la fibronectine et des protéoglycanes est traitée dans les deux fiches précédentes du sous-bloc.
Architecture moléculaire
Les laminines sont des glycoprotéines constituées de trois chaînes associées. Elles peuvent se lier entre elles, aux intégrines membranaires et à d'autres composants de la lame basale. Elles assurent donc l'ancrage initial des cellules et organisent l'assemblage de la matrice.
Le collagène IV ne forme pas de longues fibrilles parallèles. Ses molécules s'associent en un réseau bidimensionnel souple, adapté à une structure en feuillet. Le nidogène établit des ponts entre ce réseau et celui des laminines. Le perlécane occupe les espaces du réseau, retient l'eau et participe aux propriétés de perméabilité.
Fonctions de la lame basale
Soutien et organisation tissulaire
La lame basale constitue un support mécanique auquel les cellules adhèrent. Elle répartit les contraintes exercées sur l'épithélium et contribue à maintenir la cohésion entre celui-ci et le tissu conjonctif.
Elle fournit également des informations de position. Le contact avec sa face basale aide une cellule épithéliale à distinguer son pôle basal de son pôle apical : la matrice participe ainsi au maintien de la polarité cellulaire.
Compartimentation et filtration
La lame basale forme une frontière entre compartiments tissulaires. Cette frontière n'est pas totalement imperméable : son réseau moléculaire constitue un filtre sélectif dont les propriétés dépendent notamment de la taille des mailles, de la charge électrique des composants et de leurs interactions avec les molécules traversantes.
Elle peut aussi fixer des facteurs de signalisation. Cette rétention limite leur diffusion, crée des concentrations locales et permet leur libération lors du remodelage matriciel.
Réparation et renouvellement
Une lame basale intacte sert de guide à la migration et à la réorganisation des cellules lors du renouvellement tissulaire. Elle fournit à la fois un trajet physique et des signaux moléculaires favorisant l’adhérence, la survie et la différenciation.
Contacts entre cellule et matrice
Les intégrines ne possèdent pas elles-mêmes d'activité enzymatique intrinsèque. Elles recrutent cependant des protéines d’ancrage et des enzymes de signalisation. Leur regroupement dans la membrane permet la formation de complexes d’adhérence organisés.
Contacts focaux
Dans un contact focal, les intégrines se lient extérieurement à des protéines matricielles. Du côté cytoplasmique, elles recrutent notamment la taline et la kindline, puis des protéines telles que la vinculine et la paxilline. Cet assemblage établit une continuité mécanique avec l’actine.
Les contacts focaux sont dynamiques : ils se forment, se renforcent sous tension puis peuvent se dissocier. Cette plasticité permet à la cellule d’exercer une traction sur la matrice, de percevoir sa rigidité et de déplacer son point d’ancrage au cours de la migration.
Hémidesmosomes
L’intégrine α6β4 est un élément majeur de l’hémidesmosome. Elle se lie à une laminine de la lame basale et s’associe, dans le cytoplasme, à des protéines adaptatrices telles que la plectine. Celles-ci établissent la liaison avec les filaments intermédiaires. D’autres protéines transmembranaires renforcent l’ensemble.
Cette organisation distribue les contraintes dans le réseau de kératine et procure une forte résistance aux forces d’arrachement.
Signalisation par les intégrines
La signalisation est bidirectionnelle. Dans le sens allant de la cellule vers la matrice, la liaison de protéines cytoplasmiques aux intégrines modifie leur conformation et augmente leur affinité pour leurs ligands. La cellule règle ainsi la force de son adhérence.
Dans le sens allant de la matrice vers la cellule, la fixation du ligand et le regroupement des intégrines recrutent des kinases, notamment la kinase d’adhérence focale, ou FAK, et des protéines de la famille Src. Des cascades de phosphorylation modifient alors :
- l’organisation du cytosquelette ;
- la migration et la forme cellulaires ;
- la survie et la prolifération ;
- l’expression des gènes ;
- la différenciation.
Les intégrines réalisent aussi une mécanotransduction, c’est-à-dire la conversion d’une contrainte mécanique en réponse biochimique. Une tension transmise par le cytosquelette peut modifier la composition et la stabilité des complexes d’adhérence.
Remodelage de la matrice extracellulaire
La matrice est continuellement renouvelée. Son remodelage permet d’adapter sa composition, son organisation et ses propriétés mécaniques aux besoins du tissu. Il intervient aussi dans la migration cellulaire et dans le remplacement des structures altérées.
Protéases matricielles
Les métalloprotéases matricielles, ou MMP, dégradent de nombreux composants matriciels. Leur activité dépend d’un ion métallique présent dans leur site catalytique. Elles sont généralement produites sous forme de précurseurs inactifs, appelés zymogènes, puis activées par clivage protéolytique.
Leur action peut :
- ouvrir localement un passage dans la matrice ;
- détacher ou modifier des sites d’adhérence ;
- libérer des facteurs de signalisation retenus dans la matrice ;
- produire des fragments matriciels possédant une activité biologique ;
- permettre le remplacement d’une matrice ancienne par une matrice nouvellement synthétisée.
L’activité des MMP est limitée par des inhibiteurs tissulaires spécifiques. Le remodelage dépend donc de l’équilibre entre production des composants, activation des protéases et inhibition de celles-ci. Une dégradation insuffisante entraîne une accumulation matricielle, tandis qu’une dégradation excessive compromet le soutien et la compartimentation du tissu.
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