Constituants cellulaires
Cytosquelette : microfilaments d'actine
Protéines de réticulation

Vue d'ensemble de la réticulation

La réticulation (cross-linking) correspond à l'association de deux ou plusieurs microfilaments d'actine par des protéines capables de les relier entre eux et permet l'organisation des microfilaments en différentes architectures adaptées aux propriétés mécaniques et aux fonctions spécifiques de chaque cellule.

1. Les protéines de réticulation (actin cross-linking proteins) constituent une famille de protéines de liaison à l'actine (ABP ou Actin Binding Proteins) qui organisent les microfilaments d'actine en architectures tridimensionnelles adaptées aux propriétés mécaniques et aux fonctions de chaque cellule.

a. Contrairement aux protéines de nucléation et selon les protéines impliquées, elles ne participent pas à la formation des microfilaments mais conduisent à la formation de (organisation cellulaire du réseau d'actine) :

• faisceaux parallèles,
• faisceaux contractiles,
• réseaux tridimensionnels.

Remarque : les réseaux ramifiés résultent quant à eux de l'activité du complexe Arp2/3 et sont décrits avec les protéines de nucléation.

b. Les principales protéines de réticulation sont :

• les plastines (fimbrines), les fascines, la villine et l'espine qui organisent des faisceaux parallèles très serrés,
• l'α-actinine, qui forme des faisceaux plus espacés, généralement contractiles,
• la filamine, qui organise des réseaux tridimensionnels,
• la spectrine, qui participe à la formation d'un réseau sous-membranaire associé à de courts microfilaments d'actine et constitue un élément majeur du cytosquelette membranaire ( protéines de liaison avec la membrane).

2. Les autres familles de protéines de liaison à l'actine comprennent :

• des protéines de séquestration qui séquestrent les monomères d'actine G et régulent leur disponibilité pour la polymérisation (thymosine β4, profiline, CAP1 et CAP2 (Cyclase-associated proteins), twinfiline, DNase I…),
• des protéines de nucléation qui initient la formation de nouveaux microfilaments (formines, complexe Arp2/3, protéines à domaines WH2 multiples ou tandem-monomer-binding nucleators…),
• des protéines d’élongation qui favorisent l’ajout de monomères d’actine G à l’extrémité (+) et accompagnent la croissance du microfilament (formines, Ena/VASP, …),
• des protéines de coiffage qui se fixent aux extrémités (+) ou (-) et contrôlent les échanges de monomères (CapZ, gelsoline, twinfiline, tropomoduline…),

• 

  des protéines de sectionnement et de dépolymérisation qui fragmentent les microfilaments et favorisent leur renouvellement (cofiline, gelsoline…),
• des protéines de stabilisation qui limitent la dépolymérisation et stabilisent certains réseaux d'actine (tropomyosines, cortactine…),
• des protéines motrices, les myosines, qui utilisent les microfilaments d'actine comme rails moléculaires pour produire des forces et des mouvements cellulaires,
• des protéines assurant la liaison entre les microfilaments d'actine et la membrane plasmique, comme les protéines ERM (Ezrine, Radixine, Moésine), les spectrines et la dystrophine.

L'ankyrine participe également à ces complexes d'ancrage par son interaction avec les spectrines et diverses protéines membranaires, mais sans se lier directement aux microfilaments d'actine.

Remarque : certaines ABP sont dites multifonctionnelles car elles participent à plusieurs mécanismes.

Par exemple les formines, classées dans les protéines de nucléation, peuvent aussi participer au coiffage de l'extrémité barbée (+) et à l'élongation.

Principes de la réticulation

Les protéines de réticulation assurent l'association de deux ou plusieurs microfilaments d'actine grâce à au moins deux sites de liaison à l'actine, portés soit par une même molécule, soit par plusieurs sous-unités associées ( sites et domaines de liaison à l'actine).

Cette propriété leur permet de relier des microfilaments distincts et d'organiser des structures d'ordre supérieur.

1. Les protéines de réticulation utilisent différentes structures de liaison à l'actine.

a. Certaines possèdent un ou plusieurs domaines ABD (Actin-Binding Domain), constitués de deux domaines CH (Calponin Homology) disposés en tandem, comme les plastines (fimbrines), l'α-actinine, les filamines et les spectrines.

b. D'autres utilisent des structures de liaison différentes, comme :

• les domaines β-trèfle des fascines,
• les domaines de type gelsoline de la villine,
• l'ABM (Actin-Bundling Module) de l'espine.

2. Le nombre de domaines ABD, de sites de liaison à l'actine et le mode d'association des protéines déterminent leur capacité à relier plusieurs microfilaments.

• Les plastines (fimbrines) possèdent deux domaines ABD dans une même molécule et peuvent ainsi relier directement deux microfilaments.
• L'α-actinine et la filamine possèdent un ABD par sous-unité et forment des dimères, ce qui leur permet de relier des microfilaments distincts.
• La spectrine s'organise en tétramères participant à la formation du réseau sous-membranaire.

3. La géométrie des protéines de réticulation détermine l'organisation des microfilaments (Actin Bundles Dynamics and Architecture 2023)

a. Même si certaines protéines de réticulation sont relativement compactes, comme les fascines, la plupart possèdent une tige plus ou moins longue, rigide ou semi-rigide, séparant leurs sites de liaison à l'actine.

• La longueur, la conformation et la flexibilité de cette tige déterminent l'espacement et l'orientation des microfilaments qu'elles relient.
• Elles permettent ainsi la formation de faisceaux très serrés, de faisceaux plus espacés ou de réseaux tridimensionnels.

b. Ces propriétés structurales résultent notamment de la présence de domaines répétitifs, tels que les spectrin repeats de l'α-actinine et de la spectrine, ou les répétitions de type immunoglobuline de la filamine.

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