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Membrane cellulaire et ses anomalies


La membrane plasmique : est un film lipidique pavé de protéines couvert de polysaccharides (glycocalix avec des glucolipides et glycoprotéines dont des glycosaminoglycanes (fibronectine)), de structure trilaminaire de 7,5nm d'épaisseur (2 couches de molécules lipidiques,avec pôle hydrophobe à l'intérieur de la membrane, et groupements polaires aux surfaces externe et interne). Le cholestérol et les glucolipides (gangliosides) prédominent dans le feuillet externe, la sphingomyéline et les phosphatides dans l'interne. Présence de particules arrondies de 7nm saillant dans l'espace inter-membranaire, plus abondantes sur le feuillet externe que sur l'interne, une surface externe lisse, une surface interne à laquelle adhèrent des bâtonnets correspondant à des protéines du cytosol (spectrine dans les hématies, microfilaments et microtubules dans les cellules nucléées).
Elle est le support de nombreux récepteurs et d’activités enzymatiques et sert d’ancrage au cytosquelette qui participe aussi à la constitution de structures membranaires spécialisées :
les microvillosités, dont l'axe contient un faisceau de microfilaments raccordé perpendiculairement à la nappe microfilamentaire parallèle à la surface apicale cellulaire, les cils et flagelles, avec leur axonème microtubulaire, les dispositifs de jonction de type desmosome et hémidesmosome, où des filaments intermédiaires de cytokératine s'insèrent à la membrane plasmique, les corps d'attachementdes cellules musculaires lisses, où les filaments de myosine adhèrent à la membrane plasmique.
Elle est la limite entre "vivant et non-vivant" et l'une des conditions initiales nécessaires de l'apparition de la vie, elle assure de nombreuses fonctions.
Cohésion des tissus : L'adhérence intercellulaire des tissus épithéliaux, dépend d'abord d'interactions entre les glycocalix (ponts de calcium, liaisons osidiques entre les polysaccharides, ligands non spécifiques) et de structures spécialisées.
Les "gap-junctions" ou nexus (forte densité de particules intramembranaires permettant l'échange intercellulaire de métabolites), jonctions serrées ou "zonula occludens" pour assurer l'étanchéité des épithéliums (elles font intervenir des claudines et marquent aussi la frontière entre 2 zones de la membrane des cellules épithéliales, la membrane apicale et la membrane basale, fonctionnellement différentes), des jonctions avec participation des filaments intermédiaires, de complexité croissante depuis la "zonula adherens" jusqu'au desmosome (les desmosomes (du grec de desmos : lien) sont des sites de liaison pour les filaments intermédiaires (kératine dans les cellules épithéliales), ces 2 types de jonctions sont composés de molécules transmembranaires d'adhérence : les cadhérines).
L'adhérence de divers types cellulaires aux membranes basales : par l'intermédiaire du glycocalix (lamina lucida), pour les kératinocytes de l'épiderme en particulier, des hémidesmosomes et des filaments d'ancrage. La lame basale est un assemblage de protéines et glycoprotéines extracellulaires sur lequel reposent les cellules épithéliales. Elle permet l'adhérence de la cellule épithéliale au tissu conjonctif sous-jacent et constitue une interface majeure entre les cellules du tissu épithélial et l'extérieur, pour la régulation et la diffusion des nutriments : cela s'explique par l'absence de vascularisation de celle-ci. Elle a aussi un rôle d'implication dans le développement et la différenciation des cellules des différents tissus épithéliaux. Les molécules constitutives de la lame basale sont sécrétées par les cellules épithéliales. L'épaisseur de ce réseau extracellulaire est typiquement de l'ordre de 50 nanomètres, avec certaines pouvant atteindre 200 nm
L'adhérence aux substances conjonctives, en l'absence de membrane basale : dépend de liaisons chimiques entre glycocalix et glycoprotéines de la substance fondamentale. La fibronectine du glycocalix est considérée comme l'un des principaux agents de ce type d'adhérence.
Des anomalies de ces structures participent à :
-la parakératose / dyskératoseoù les desmosomes, dans l'épiderme, sont respectivement trop longtemps persistants ou détruits ;
- l'acantholysedes pemphigus, où des anticorps anti-substance intercellulaire activent des protéases qui dissocient les kératinocytes de l'épiderme ;
- les décollements bulleux dermo-épidermiques,
- la fusion des pédicelles des podocytes glomérulaires dans les syndromes néphrotiques,
- la mobilisation des cellules cancéreuses
 
La membrane plasmique assure les échanges sélectifs entre milieux intra- et extracellulaires.
Par le transport de vésicules entourées de membranes
- Endocytose par des microvésicules de pinocytose / vacuoles de phagocytose, dépendant des microfilaments sous la membrane plasmique.
- Captation de macromolécules, après fixation sélective sur des récepteurs membranaires, qui sont rassemblés dans des puits tapissés de clathrine, sur la face interne de la membrane à partir desquels s'invaginent des vésicules d'endocytose. Les récepteurs sont ensuite recyclés sur la membrane, avant la fusion des vésicules et des lysosomes.
- Exocytose de microvésicules et de vacuoles ou grains de sécrétion, dérivés du Golgi et dont la mobilisation dépend des microtubules, y compris dans la synapse.
Par transfert transmembranaire : les substances hydrophobes peuvent traverser le film lipidique..
- Les transferts ioniques utilisent les macromolécules protidiques transmembranaires (canaux ioniques). Sélectifs et actifs, consommant de l'énergie, ils concernent en particulier :
- les échanges Na+-K+, dépendant de l'ATPase membranaire qui utilise l'ATP fourni par la respiration mitochondriale ;
- le maintien d'une faible concentration de Ca2+ dans le cytosol. La pénétration de Ca2+ s'accompagne de dépolarisation de la membrane (potentiel d'action), de l'activation de nombreux systèmes enzymatiques et de la contraction des myofilaments.
 
Les membranes cellulaires portent normalement plusieurs types d’auto-antigènes (Ag) : Ag des groupes sanguins, seuls présents sur les hématies, Ag du système HLA, en plus des précédents sur toutes les cellules nucléées et sur les plaquettes sanguines, Ag de différenciation, propres aux divers tissus (utilisés en immunohistochimie). Leur présence est nécessaire à l'immunisation : c'est l'association d'auto-Ag HLA et d'Ag étrangers (à la surface des macrophages, sur la membrane de cellules infestées par des virus) qui provoque l'activation des lymphocytes T et l'action cytolytique des lymphocytes T effecteurs.
 
Les virus et les membranes cellulaires interfèrent. La pénétration du virus dans la cellule implique : la fixation de molécules de la capside / enveloppe virale à celles du glycocalix ou de la membrane cellulaire, la formation d'une vésicule d'endocytose qui fusionnera ensuite avec celle d'un lysosome avant de libérer le virus dans le cytosol. Le génome viral code la synthèse, par la cellule, de glycoprotéines membranaires qui intégrées à la membrane plasmique sont à l'origine de la lyse immunitaire des cellules infestées. Les virus à enveloppe acquièrent celle-ci à partir des membranes cellulaires. L'enveloppe virale associe des Ag d'origine virale et cellulaire, ce qui aboutit à la tolérance de certains virus comme aussi à l'auto-immunisation contre des cellules non infestées.
 
La membrane plasmique porte des récepteurs spécifiques pour de multiples substances dont la fixation déclenche divers types d'activités cellulaires.
Alors que les hormones stéroïdes et la tri-iodothyronine (T3)pénètrent les cellules et modifient leur métabolisme en agissant sur leur ADN, les hormones polypeptidiques et glycoprotidiquesse fixent sur des récepteurs spécifiques des membranes cellulaires, ce qui active une adénylcyclase. Cette lipoprotéine de la face interne de la membrane plasmique forme de l'adénosine monophosphate 3',5’ cyclique(cAMP), second messager qui active divers systèmes enzymatiques du cytosol.
Selon le type cellulaire porteur du récepteur spécifique dupremier messager hormonal, le cAMP provoquera, par exemple : la glycogénolyse, dans les cellules musculaires par les catécholamines, dans les hépatocytes par le glucagon, une lipolyse +/- intense dans les adipocytes, par l'ACTH, TSH, les catécholamines, la sécrétine, l'élaboration de T3 dans les cellules thyroïdiennes, par TSH, la synthèse des divers stéroïdes hormonaux dans le cortex surrénalien et les gonades, par l'ACTH, FSH et LH.
Cependant, la calcitonine et l'insuline ne provoquent pas d'augmentation du cAMP
La pathologie de ces récepteurs hormonaux des membranes cellulaires dépend de plusieurs mécanismes :
Présence d'anticorps antirécepteurssouvent bloquants : myasthénie (auto-Ac anti-récepteurs de l’acétylcholine), certains diabètes insulinorésistants, certains insuffisances surrénaliennes, parfois stimulants (Basedow).
Modulation de la stimulation des récepteurs :
- par le pH : la fixation diminuée de l'insuline à ces récep­teurs, à pH bas, explique la résistance à l'insuline au cours des comas acidocétosiques ;
- par les ions : l'action de l'ACTH dépend du Ca et celle de l'angiotensine de l'équilibre Na /K .
Diminution des récepteurs membranaires : si stimulation hormonale excessive, les récepteurs de l'insuline augmentent au jeûne et diminuent si suralimentation (diabète gras des adultes surali­mentés).
Absence de récepteurs : pseudo-hypoparathyroïdisme (absence des récep­teurs de la PTH, sur les cellules épithéliales des tubes rénaux qui diminue la formation de vitamine D active), diabète insipide néphrogénique, où les cellules épithé­liales de la portion distale des tubes rénaux ne réagissent pas à la vasopressine, hypothyroïdie familiale par défaut des récepteurs de TSH sur les cellules thyroïdiennes.
Les récepteurs et l’activation des phagocytes
La membrane des polynucléaires et des monocytes porte de nombreux récepteurs spécifiques de : divers facteurs leucotactiques, fractions du complément, portion Fc des Ig, dont la stimulation déclenche leur mobilisa­tion orientée et la phagocytose. Les monocytes ont des récepteurs aux lymphokines des lymphocytes T, responsables de leur mobilisation leucotactique, de leur immobilisation et de leur activation.
L'activation des phagocytes met en jeu divers systèmes :
- activation d'une phospholipase A membranaire qui fournit les acides gras poly-insaturés à l'origine de la synthèse de médiateurs de l'inflammation (PAF et leucotriènes) et des protaglandines (Pg) ;
- activation de l'adénylcyclase / guanylcyclase membra­naires, avec variations de cAMP/cGMP déterminant l'action des microfilaments et des microtubules, et modulant la synthèse des prostaglandines, activation, par le cAMP, de la glycolyse (shunt des hexoses monophosphates), fournissant l'énergie nécessaire à l'action des microfilaments et des microtubules, avec réduction de NADP dont la régéné­ration est couplée à la for­mation de radicaux libres oxydants bactéricides et toxiques ; passage transmembranaire du Ca +, nécessaire à la synthèse des Pg et à la contraction des microfilaments.
Les diarrhées toxiniques : L'exotoxine de Vibrio cholerae et la toxine thermolabile des E coli entérotoxiques se fixent sur un récepteur spécifique de la membrane des entérocytes et stimulent l'adénylcyclase. L'augmentation du cAMP accroît la sécrétion de Na+ par les entérocytes et donc la fuite d'eau, responsable de la diarrhée et de la déshydratation qui caractérisent ces toxi-infections.
 
La membrane contrôle la multiplication et la maturation cellulaires
Les cellules normales, en culture s'immobilisent et cessent de se diviser lorsqu'elles sont au contact ; cette inhibition s'accompagne d'une agrégation des particules intramembranaires et d'une augmentation du cAMP dans la cellule (résulte aussi de la stimulation de récepteurs membranaires par des substances diffusibles, les chalones, qui assurent le rétrocontrôle négatif nécessaire à l'équilibre des lignées cellulaires).
Les lectines(phytohémagglutinine, concanavaline A, etc...) sont des polypeptides d'origine végétale qui exercent sur les cellules plusieurs types d'action : transformation blastique et déclenchement des divisions des lymphocytes in vitro, agglutination des cellules ; celle des cellules cancéreuses est notablement accrue ; antigénicité diminuée par de fortes concentrations de concanavaline A, aug­mentée à faible concentration.
Chaque lectine reconnaît une séquence osidique particulière. Après couplage à une substance fluorescente ou à la peroxydase, elles peuvent donc être utili­sées pour l'identification morphologique de certains types de cellules.
 
La lyse de la membrane plasmique (aboutit à la mort cellulaire, en permettant un influx massif de Ca2+ dans le cytosol et sa concentration dans les mitochondries) peut être provoquée par divers facteurs.
Les lymphocytes T activés peuvent lyser les cellules : soit par une lymphokine qui agit de façon non spéci­fique dans l'environnement immédiat du lymphocyte activé, soit après adhérence étroite à la cellule portant l’Ag auquel le lymphocyte est préparé. Les cellules NK ("natural killer") lysent spontanément, sans immunisation ni fixation d'anticorps, certains types de cellules in vitro et in vivo, en particulier les cellules cancé­reuses (perforines, granzyme). Ils peuvent aussi lyser les cellules sur lesquelles s'est fixée une immunoglobuline (lyse anticorps-dépendante)..
Le complément activé : après fixation d'un anticorps sur la membrane plasmique, l'activation de toute la séquence du complément aboutit à la lyse cellulaire, qui résulte de l'insertion, dans la membrane plasmique, du "complexe d'action membranaire".
Les radicaux libres  : peuvent altérer les pro­téines / lipides de la membrane plasmique, ce qui modifie sa perméabilité. Ils peuvent être produits dans diverses circonstances : l'activation des phagocytes, en présence d'une concentration excessive d'O2, métabolisme de toxiques (tétrachlorure de carbone), xénobiotiques et cancérigènes, par les radiations ionisantes et les UV.
Des toxiques et enzymes bactériennes : destruction des membranes : par une phospholipase sécrétée par clostridium perfringens, par le mercure, après sa fixation aux groupes SH des protéines.
 


Les anesthésiques et l’alcool s'accumulent dans les membranes cellulaires et modifient leurs fonctions. Les anesthésiques bloquent réversiblement les potentiels d'action des cellules nerveuses et musculaires sans altérer leur potentiel membranaire au repos. Cet effet dépend de leur liposolubilité, il est proportionnel à leur concentration dans le film lipidique des membranes cellulaires avec fluidification de ce film, et modifications des protéines membranaires et d'altérations de leurs fonctions (récepteurs, transporteurs, enzymes, pores ioniques). Cet effet anesthésique et son mécanisme sont communs à divers alcools, à l'halothane, à l'éther diéthylique, aux barbiturates, à la chlorpromazine. Cet effet rend compte de la potentialisation des divers anesthésiques entre eux et de celle des anesthésiques et des barbiturates par l'alcool.



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