Cytosquelette : filaments intermédiaires de type V
Lamines : rôles (2)

Les lamines, filaments intermédiaires de classe V, jouent un rôle dans (The nuclear lamins: flexibility in function 2013) :

• la structure nucléaire et sa stabilité,
• la liaison du noyau au cytosquelette cytoplasmique,
• la mécanotransduction et les voies de signalisation par son interaction avec la chromatine : elle régule la réplication de l'ADN, c'est-à-dire l'expression génique, et la division cellulaire.
• la migration cellulaire (et les cancers).

La déformation du noyau est dépendante du taux de lamines nucléaires impliquées dans des maladies génétiques rares appelées laminopathies.

Mécanotransduction et voies de signalisation

Les lamines, en particulier les lamines A (Lamins A and C but Not Lamin B1 Regulate Nuclear Mechanics 2006), interagissent avec la chromatine. Elles jouent un rôle dans :

• la positionnement de la chromatine (et donc des chromosomes),
• l'intégrité des télomères (Attenuated hypertrophic response to pressure overload in a lamin A/C haploinsufficiency mouse 2010),
• la réplication de l'ADN et la division cellulaire,
• l'expression génique, par exemple, par la séquestration de facteurs de transcription ou leur liaison avec les histones ou avec des protéines qui se lient à la chromatine.

De nombreuses preuves montrent que le noyau cellulaire est un mécanorécepteur cellulaire (Mechanotransduction at a distance: mechanically coupling the extracellular matrix with the nucleus 2009 et Cell Mechanosensitivity to Extremely Low-Magnitude Signals Is Enabled by a LINCed Nucleus 2015).

La matrice extracellulaire, par exemple, par l'attachement du collagène aux intégrines, transmet la force dans le cytoplasme par l'interaction par exemple de la taline ou de la vinculine liés aux filaments d'actine, connectées entre eux par la myosine, qui s'attachent aux nesprines attachées elles-mêmes aux SUN et enfin aux lamines.

Ses lamines sont liées directement à la chromatine ou indirectement par d'autres protéines comme :

• l'émerine (Abnormal nuclear shape and impaired mechanotransduction in emerin-deficient cells 2005) : elle entre en contact avec de nombreuses protéines impliquées dans la régulation de la transcription, des ARNm, et avec les protéines BAF (Barrier-to-Autointegration Factor), également connues pour se lier directement au double brin de l'ADN, aux lamines et à plusieurs protéines membranaires nucléaires - LAP2, MAN1… - (The molecular basis of emerin–emerin and emerin–BAF interactions 2014) ;
• LBR (Lamin B Receptor) qui se lie aussi à de multiples cibles nucléaires, ADN, histones et diverses protéines associées à la chromatine (Lamin B receptor 2010).

On comprend alors que toute modification dans cette mécanotransduction nucléo-cytosquelettique peut jouer un rôle sur les voies de signalisation et la transcription.

Migration cellulaire (et cancers)

Le noyau doit pouvoir se déformer lors de la migration cellulaire qui s'effectue en 3D et non en 2D : cette faculté à se déformer est un facteur limitant pour ce processus (The distinct roles of the nucleus and nucleus-cytoskeleton connections in three-dimensional cell migration 2012).

• Lors de cancer, les cellules à taux réduit de lamine A sont déformés et sont en mesure de passer plus facilement à travers des constrictions (Nuclear Envelope Composition Determines the Ability of Neutrophil-type Cells to Passage through Micron-scale Constrictions 2013).
• Dans l'HGPS, au contraire, la progérine rigidifie l'enveloppe nucléaire et inhibe la migration cellulaire.

En outre, il est frappant de voir que la déformabilité du noyau joue en retour un rôle sur la dynamique cytoplasmique, ce qui affecte la migration cellulaire et la signalisation (Squish and squeeze — the nucleus as a physical barrier during migration in confined environments 2016).

Laminopathies

Les lamines, en particulier A/C, sont aussi impliquées dans des maladies génétiques rares appelées laminopathies (When Lamins Go Bad: Nuclear Structure and Disease 2013).

• Elles comprennent environ 450 maladies et entre autres, l'EDMD (Emery–Dreifuss Muscular Dystrophy), la DCM (Dilated CardioMyopathy), la FPLD (Familial Partial Lipodystrophy Dunnigan-type), et l'HGPS (Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome ou Progeria), maladie provoquant un vieillissement prématuré .
• Pour plus d'infos, voir le site The UMD-LMNA mutations database.

La plupart des cellules différenciées expriment au moins une lamine A. Toutefois, les cellules souches embryonnaires, la couche inférieure de l'épiderme (Differential Expression of A-Type and B-Type Lamins during Hair Cycling 2009), et le système nerveux central (Regulation of prelamin A but not lamin C by miR-9, a brain-specific microRNA 2012) produisent peu ou pas de lamine A.

• 

  C'est pourquoi le système nerveux central est peu touché par les mutations du gène LMNA.
• En revanche, les muscles striés et de nombreuses cellules mésenchymateuses en produisent de manière intense.
• Une déficience en lamine A/C rend le noyau plus déformable, plus fragile, pouvant même provoquer une rupture de la membrane.

Pour ce qui est des lamines B, leur déficience peut provoquer la formation de blebs nucléaires avec extrusion du matériel génétique. Elles ont un rôle important :

• dans l'organogenèse (Mouse B-Type Lamins Are Required for Proper Organogenesis But Not by Embryonic Stem Cells 2011), et en particulier du cerveau (A Mechanism for Nuclear Positioning in Fission Yeast Based on Microtubule Pushing 2011),
• dans la sénescence cellulaire pour la lamine B1 (Lamin B1 fluctuations have differential effects on cellular proliferation and senescence 2013).

Biologie cellulaire et moléculaireMembrane plasmiqueNoyauCytoplasme
Réticulum endoplasmiqueAppareil de GolgiMitochondries
Endosomes LysosomesPeroxysomesProtéasomes
CytosqueletteMicrofilaments d'actineFilaments intermédiairesMicrotubules
Matrice extracellulaireReproduction cellulaireBiochimieTransport membranaire
Moteurs moléculairesVoies de signalisation