Actine

L'actineest uneprotéinebi-globulaire de 5,46nmdediamètrequi joue un rôle important dans l'architecture et lesmouvements cellulaires_[EN].Elle est présente dans toutes lescellulesdu corps (c’est uneprotéineubiquitaire), mais elle est particulièrement abondante dans les cellules musculaires. Elle peut représenter jusqu'à 15 % de la masse totale protéique des cellules. Cette protéine a été hautement conservée lors de l'évolution deseucaryotes,puisque l'identité entre un isotype d'actine humaine et l'actine de levure(S. cerevisiae)est supérieure à 90 %. La plupart des cellules eucaryotes pos sắc dent de nombreux gènes d'actine codant des protéines légèrement différentes.

Actine G.

Actine F.

Structure

L'actine est une protéine dont le diamètre est de 5,46nm.Elle est constituée par unpolypeptidede 375acides aminésqui contient un acide aminé, l'histidine, ayant subi unemodification post-traductionnellerare: la3-méthylhistidine.La détection de 3-méthylhistidine dans l'urine est le signe de nécrose cellulaire à la suite d'une blessure musculaire.

Chez lesmammifères,il existe 6isotypesd'actine:

• 3isoformesd’actines Alpha (présentes dans les muscles striés squelettiques, cardiaque et dans les muscles lisses);
• 2 isoformes d’actines gamma (présentes dans lemuscle lisseentérique et dans les tissus non musculaires, au niveau desstéréocils(microvillosités) de la cellule auditive sensorielle);
• 1 isoforme d’actine beta (non-musculaire).

Dans la cellule, on la retrouve sous deux formes:

• l'actine globulaire (actine G), une formemonomériquesoluble en solution aqueuse. Le monomère d'actine G est associé à un cation divalent tel que l'ion calcium ou le magnésium (le magnésium in vivo) et un nucléotide de typeATPouADPselon l'état dephosphorylationdunucléotide.En l'absence de ces deux cofacteurs, l'actine se dénature facilement. Lathymosinebloque lapolymérisationen s'associant auxmonomèresd'actine G liée à l'ATP;
• l'actine filamenteuse (actine F), un polymère d'actine G formant un microfilament de 8nmde diamètre. Ce microfilament est un arrangement hélicoïdal dextre, avec un tour d'hélice comportant 13 monomères et d'une longueur de 37nm.

Lacytochalasine B(en)est une mycotoxine qui inhibe la formation des microfilaments d'actine.

Polymérisation

Formation du filament fin.

Elle commence par unephasedite de nucléation pendant laquelle des dimères, trimères, ou tétramères (selon le processus de nucléation utilisé) d'actine (appelés noyaux) s'assemblent. Cette étape, défavorable thermodynamiquement, est une étape lente. Dans le contexte cellulaire, l'existence de nucléateurs de l'actine accélère cette étape et la rend de ce fait compatible avec les échelles de temps et d'espaces des processus biologiques cellulaires. On distingue 3 groupes de nucléateurs: lecomplexe Arp2/3(complexe composé de 7 sous unités protéiques), lesformines,et les nucléateurs dit « atypiques » comme la protéine Spire. Si la concentration en monomères d'actine (actine dite G) est supérieure à une concentration critique, l'actine G s'assemble en filaments à partir des noyaux préformés. C'est l'étape d'élongation des filaments. Cette étape rapide est souvent appelée phase de polymérisation, bien que l'actine filamenteuse (dite actine-F) ne soit pas un véritable polymère (les monomères ne sont pas liés entre eux par une liaison covalente au sein d'un filament). Une fois formés, les filaments d'actine sont à l'équilibre entre dissociation des filaments aux extrémités (-) et association de monomères aux extrémités (+). Dans les cellules, la formation spontanée de noyaux d'actine est très défavorable.

Localisation et rôle

Superposition d'images fusionnées montrant les filaments d'actine d'une cellule. Le code couleur de l'image retranscrit l'axe Z afin de montrer sur une image en 2D les différentes hauteurs auxquelles on peut trouver des filaments.

Dans lacontraction musculaire,l'actinepolymérisée se lie à une autre protéine, lamyosine.Cette dernière s'accroche aupolymère d'actineet la fait coulisser par rapport à elle; à l'autre bout du filament demyosine,un autre filament d'actine procède de façon symétrique; les deux filaments d'actine se rapprochent donc l'un de l'autre, c'est la contraction musculaire.

Autres rôles:

• anneau contractile des cellules en division lors de lacytodiérèsepermettant de séparer les cellules issues de lamitose(ou de laméiose);
• maintien de l'intégrité tissulaire par l'association des microfilaments avec la ceinture dedesmosomesappelée jonction adhérente au pôle apical descellules épithéliales;
• maintien desmicrovillositésdes cellules épithéliales intestinales;
• émission defilopodeset delamellipodesqui permettent à la cellule de s'allonger dans une direction donnée ce qui permet la migration cellulaire ou la prise de proies (chez lesamibeset les cellules phagocytaires du système immunitaire comme lesmacrophages). Dans le cas de la migration cellulaire, les microfilaments d'actine se lient à des points d'adhésion focaux qui servent de points d'appui sur lamatrice extracellulaire,nécessaires pour avancer. Ce sont les protéines associées auxintégrinesqui se lient à l'actine;
• création de filaments d'actine nécessaires à la reproduction par bourgeonnement de la levureSaccharomyces cerevisiae.

Des parasites intracellulaires tels queListeriasont capables de détourner la machinerie cellulaire qui contrôle la polymérisation de l'actine pour former des microfilaments derrière eux, ce qui permet de les propulser.

Voir aussi

Bibliographie

• (en)Johanna L. Miller, «Actin assembly is a physics problem»,Physics Today,‎23 février 2023(DOI10.1063/PT.6.1.20230223b)

Articles connexes

• ACTA2,l'une des isoformes de l'actine Alpha
• Troponine
• Tropomyosine
• Complexe Arp2/3