Adhésion cellulaire
L’adhésion cellulaire est le processus par lequel les cellules interagissent avec des molécules spécifiques à la surface cellulaire et se fixent aux cellules adjacentes. Ce processus peut se produire par des interactions directes ou indirectes entre les surfaces cellulaires, où les cellules se fixent à la matrice extracellulaire environnante, qui contient les molécules libérées par les cellules dans l’espace entre les cellules. L’adhésion cellulaire se produit lorsque la molécule d’adhésion cellulaire (CAM) interagit avec une protéine transmembranaire située à la surface de la cellule. L’adhésion cellulaire relie les cellules de différentes manières et peut participer à la transduction du signal pour permettre aux cellules de détecter et de réagir aux changements dans l’environnement environnant. D’autres processus cellulaires régulés par l’adhésion cellulaire comprennent la migration cellulaire et le développement tissulaire dans les organismes multicellulaires. Les changements dans l’adhésion cellulaire peuvent perturber d’importants processus cellulaires et entraîner diverses maladies, notamment le cancer et l’arthrite. L’adhésion cellulaire est également essentielle pour les maladies causées par des organismes infectieux tels que les bactéries ou les virus.
Figure 1. Schéma de l’adhésion cellulaire
Classifications
Les CAMs sont divisées en quatre familles principales: les intégrines, la superfamille des immunoglobulines (Ig), la cadhérine et les sélectines. Chacune de ces molécules d’adhésion a une fonction différente et reconnaît un ligand différent. Les cadhérines et les immunoglobulines sont des CAMES homotypiques car elles se lient directement au même type de CAM sur une autre cellule, tandis que les intégrines et les sélectines sont des CAMES hétérologues qui se lient à différents types de CAM. Les défauts d’adhérence cellulaire sont souvent attribués à des défauts d’expression des CAMs. Dans les organismes multicellulaires, la liaison entre les CAMs fait adhérer les cellules les unes aux autres et forme une structure appelée jonction cellulaire.
Selon leurs fonctions, les jonctions cellulaires peuvent être classées comme:
Jonctions d’ancrage (jonctions adhérentes, desmosomes et hémidesmosomes), qui maintiennent les cellules le long et renforcent le contact entre les cellules.
Jonctions occlusives (jonctions serrées), qui scellent les espaces entre les cellules par contact cellule–cellule, créant une barrière résistante à l’eau pour la diffusion.
Jonctions formant des canaux (jonctions espacées), qui relie le protoplasme des cellules adjacentes permettant le transport des molécules entre les cellules.
Jonctions de relais de signal, qui peuvent être des synapses dans le système.
Alternativement, les jonctions cellulaires peuvent être classées en 2 variétés principales en fonction de ce qui interagit avec la cellule: les jonctions cellule–cellule, dans la principale médiée par les cadhérines, et les jonctions cellule–matrice, dans la principale médiée par les intégrines.
Figure 2. Diagramme de vue d’ensemble des différents types de jonctions cellulaires présentes dans les cellules épithéliales, y compris les jonctions cellule–cellule et les jonctions cellule-matrice.
Caractéristiques structurelles des protéines d’adhésion cellulaire
Les protéines d’adhésion cellulaire sont généralement des glycoprotéines qui interviennent dans la reconnaissance de la matrice extracellulaire cellulaire et cellulaire à la surface extracellulaire. La plupart des molécules d’adhésion cellulaire ont des conformations similaires dans leurs domaines adhésifs. Par exemple: les domaines adhésifs de la cadhérine, des immunoglobulines, de la fibronectine de type III et de l’EGF sont principalement des structures en feuille β. Le motif commun impliqué dans l’adhésion cellulaire est la structure du barillet de clé grecque contenant un ou deux sandwichs β anti-parallèles.
Les domaines de type Ig sont une classe majeure de domaines clés grecs. Ils présentent des similitudes de séquence avec le domaine variable ou constant des anticorps contenant sept à neuf brins β anti-parallèles. Les feuilles P anti-parallèles forment un fût β 3-D. Les domaines de type Ig sont stabilisés par un noyau hydrophobe et des liaisons disulfures. Ils sont divisés en deux ensembles principaux : les domaines de type Ig C et Ig V.
Caractéristiques structurelles fonctionnellement liées des Protéines d’adhésion cellulaire
Les protéines d’adhésion cellulaire ont une diversité fonctionnelle. L’interaction des molécules d’adhésion cellulaire pourrait être des interactions protéines-protéines homophiles ou hétérophiles ou des interactions protéines-glucides. Les changements structurels des molécules d’adhésion cellulaire sont souvent liés à leurs propriétés fonctionnelles.
Interactions Protéines-protéines homophiles.
Par exemple, les cadhérines sont des molécules d’adhésion homophiles transmembranaires dépendantes du Ca2+. Les cadhérines sont responsables du maintien des jonctions entre des cellules similaires dans les tissus. L’adhésion cellule-cellule est médiée par le domaine N-terminal des cadhérines. Il contient cinq domaines extracellulaires similaires EC1 à EC5. Des études cristallographiques aux rayons X dans la N-cadhérine ont montré que le domaine EC1 forme un dimère, dans lequel les monomères sont orientés parallèlement à leur surface de liaison adhésive pointant vers l’extérieur de la membrane plasmique. Les unités monomères des domaines EC1 interagissent les unes avec les autres de manière antiparallèle, en utilisant leurs surfaces de liaison adhésives et en formant une structure en baril β. Une interface putative de l’interaction a été suggérée pour avoir à la fois un caractère hydrophobe et un caractère polaire / chargé qui imite l’interface de l’interaction des domaines d’immunoglobulines les uns avec les autres dans la superfamille des Ig.
Interactions Protéines-Protéines hétérophiles.
Par exemple, la liaison des intégrines à divers récepteurs de surface cellulaire et ligands de la matrice extracellulaire est une classe majeure d’interaction protéine-protéine hétérophile dans les systèmes d’adhésion cellulaire. Lors de la liaison au fibrinogène soluble, l’intégrine aIIbß3 est convertie en un état de liaison à haute affinité. Les changements conformationnels de l’intégrine induits par la liaison au ligand dans ce cas sont critiques pour son activité adhésive. La liaison d’un récepteur de lymphocytes T peut également moduler l’affinité de liaison de l’intégrine, antigène-1 associé à la fonction leucocytaire (LFA-1), à ses récepteurs tels que l’ICAM-l ou l’ICAM-2 (molécule d’adhésion cellulaire intercellulaire). La liaison d’ICAM-l peut en outre induire des changements conformationnels de LFA-1. Le site de liaison adhésive de la protéine est situé dans le C-terminal de LFA-l sur la base d’une étude cristallographique aux rayons X.Un tripeptide, l’acide arginine-glycine-aspartique (RGD), est un motif commun de liaison au ligand de l’intégrine. Par example, le module de ligand de liaison à l’intégrine de type III de la fibronectine présente une structure en barillet de clé grecque, dont le motif RGD, situé au sommet de la boucle reliant les brins F et G β, médie l’adhésion. Le redressement de la boucle RGD dans une conformation fluctuante plus linéaire par dépliage réduit l’accessibilité de la boucle aux intégrines liées en surface, et diminue donc l’affinité et la sélectivité de la liaison.
Interactions protéines-glucides.
Les sélectines sont importantes dans l’interaction des lymphocytes et des neutrophiles avec l’endothélium vasculaire. Les sélectines sont des molécules d’adhésion qui se lient aux glucides. Il n’existe pas encore de données structurelles directes sur la liaison des sélectines aux glucides. Les sélectines lient les glucides avec une faible affinité et ont des taux de marche et d’arrêt très rapides.