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25.7: Migration cellulaire
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Cell Migration
 
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25.7: Cell Migration

25.7: Migration cellulaire

Cell migration, the process by which cells move from one location to another, is essential for the proper development and viability of organisms throughout their life. When cells are not able to migrate properly to their ordained locations, various disorders may occur. For example, disruption in cell migration causes chronic inflammatory diseases such as arthritis.

General Mechanism

Generally, cellular migration begins when a cell, such as a fibroblast, responds to an external-polarizing-chemical signal. As a result, one end extends itself as a protrusion called the leading edge, which attaches itself to substrates via secreted adhesive compounds, in its microenvironment. The trailing edge—the area that serves as the back of the cell—also adheres to substrates to anchor the cell. After adhesion, the cell is propelled towards its destination by a sequence of contractions that are generated by cytoskeletal motility structures. Then, the adhesive attachment at the trailing edge gets released. These steps are repeated cyclically until the fibroblast reaches its destination.

Polarization

There is a diversity in the different types of signaling molecules that initiate cell migration. They illicit two types of responses: chemokinetic and chemotactic. Chemokinesis refers to movement that occurs when signaling molecules either symmetrically or asymmetrically stimulate cell migration without dictating the directionality of the resultant movement. Chemotaxis refers to a movement where a gradient of soluble (chemotactic) or substrate-bound (haptotactic) signaling molecules dictates the directionality of cellular movement.

Membrane receptors such as G-protein coupled receptors (GPCR) and receptor tyrosine kinase receptors (RTK) detect external signaling molecules and cause an accumulation of phosphatidylinositol (3,4,5) triphosphate (PIP3) at the leading edge. The accumulation of PIP3 then leads to the activation of Rho-family Ras-like small proteins called Rac, Cdc42, and Rho. Rac and/or Cdc42 cause cytoskeletal changes such as actin polymerization at the leading edge while Rho causes actin-myosin contractions at the trailing edge. As a result of actin polymerization, protrusions are generated at the leading edge.

Types of Protrusions

Actin serves as a physical scaffold for protrusions. Consequently, the shape of protrusion structures varies depending on how actin is assembled. Two commonly studied types of protrusions are lamellipodia and filopodia. Lamellipodia are broad, sheet-like protrusions that contain a branched network of thin, short actin filaments. When lamellipodia lift away from the substrate and move backward, a notably distinct ruffling movement occurs. Lamellipodia protrusions can be found in cells like fibroblasts, immune cells, and neurons. Filopodia are thin-finger-like protrusions that emanate from cell membranes. They are often observed in cells, such as neurons, working in tandem with lamellipodia during migration.

La migration cellulaire, le processus par lequel les cellules se déplacent d’un endroit à l’autre, est essentielle au bon développement et à la viabilité des organismes tout au long de leur vie. Lorsque les cellules ne sont pas en mesure de migrer correctement vers leurs emplacements ordonnés, divers troubles peuvent se produire. Par exemple, la perturbation de la migration cellulaire cause des maladies inflammatoires chroniques comme l’arthrite.

Mécanisme général

En général, la migration cellulaire commence lorsqu’une cellule, comme un fibroblaste, réagit à un signal chimique à polarisation externe. En conséquence, une extrémité s’étend comme une saillie appelée le bord d’avant, qui s’attache aux substrats par l’intermédiaire de composés adhésifs sécrétés, dans son microenvironnement. Le bord de fuite, la zone qui sert de fond de la cellule, adhère également aux substrats pour ancrer la cellule. Après l’adhérence, la cellule est propulsée vers sa destination par une séquence de contractions générées par des structures cytosqueletiques. Ensuite, l’attachement adhésif au bord de fuite est libéré. Ces étapes sont répétées cycliquement jusqu’à ce que le fibroblaste atteigne sa destination.

Polarisation

Il existe une diversité dans les différents types de molécules de signalisation qui initient la migration cellulaire. Ils illicites deux types de réponses: chimiokinetic et chimiotactique. La chimiokinesis se réfère au mouvement qui se produit lorsque les molécules de signalisation stimulent symétriquement ou asymétriquement la migration cellulaire sans dicter la directionnalité du mouvement résultant. Chemotaxis se réfère à un mouvement où un gradient de molécules solubles (chimiotaxiques) ou liées au substrat (haptotaxique) dicte la directionnalité du mouvement cellulaire.

Les récepteurs membranaires tels que les récepteurs couplés à la protéine G (GPCR) et les récepteurs de la tyrosine kinase (RTK) détectent les molécules de signalisation externes et provoquent une accumulation de triphosphate (3,4,5) (PIP3)au bord de l’attaque. L’accumulation de PIP3 conduit alors à l’activation de la famille Rho-ras-comme de petites protéines appelées Rac, Cdc42, et Rho. Rac et/ou Cdc42 provoquent des changements cytosqueletaux tels que la polymérisation de l’actine au bord d’avant tandis que Rho provoque des contractions d’actin-myosine au bord de la fuite. À la suite de la polymérisation de l’actine, les saillies sont générées au bord de l’avant.

Types de saillies

Actin sert d’échafaudage physique pour les protubérances. Par conséquent, la forme des structures de saillie varie en fonction de la façon dont l’actine est assemblé. Deux types couramment étudiés de saillies sont lamellipodie et filopodie. Les lamellipodies sont de larges saillies ressemblant à des feuilles qui contiennent un réseau ramifié de filaments d’actine minces et courts. Lorsque les lamellipodia s’éloignent du substrat et se déplacent vers l’arrière, un mouvement volant particulièrement distinct se produit. Les protubérances de Lamellipodia peuvent être trouvées dans des cellules comme les fibroblastes, les cellules immunitaires, et les neurones. Les filopodies sont des protubérances minces qui émanent des membranes cellulaires. Ils sont souvent observés dans les cellules, comme les neurones, travaillant en tandem avec lamellipodie pendant la migration.


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