Les cils et les flagelles sont deux types différents d'appendices microscopiques sur les cellules. Les cils se trouvent à la fois chez les animaux et les micro-organismes, mais pas dans la plupart des plantes. Les flagelles sont utilisés pour la mobilité des bactéries ainsi que des gamètes des eucaryotes. Les cils et les flagelles remplissent tous deux des fonctions de locomotion, mais de manières différentes. Les deux dépendent de la dynéine, qui est une protéine motrice, et des microtubules pour fonctionner.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les cils et les flagelles sont des organites sur les cellules qui assurent la propulsion, les dispositifs sensoriels, les mécanismes de clairance et de nombreuses autres fonctions importantes dans les organismes vivants.
Que sont les cils ?
Les cils ont été les premiers organites découverts par Antonie van Leeuwenhoek à la fin du XVIIe siècle. Il a observé des cils mobiles (en mouvement), des « petites pattes », qu'il a décrits comme résidant sur des « animalcules » (probablement des protozoaires). Des cils non mobiles ont été observés beaucoup plus tard avec de meilleurs microscopes. La plupart des cils existent chez les animaux, dans presque tous les types de cellules, conservés chez de nombreuses espèces en évolution. Cependant, certains cils peuvent être trouvés dans les plantes sous forme de gamètes. Les cils sont constitués de microtubules dans un arrangement appelé axonème ciliaire, qui est recouvert par la membrane plasmique. Le corps cellulaire fabrique des protéines ciliaires et les déplace vers la pointe de l'axonème; ce processus est appelé transport intracilaire ou intraflagellaire (IFT). Actuellement, les scientifiques pensent qu'environ 10 pour cent du génome humain est dédié aux cils et à leur genèse.
Les cils mesurent de 1 à 10 micromètres de long. Ces organites d'appendice ressemblant à des cheveux agissent pour déplacer les cellules ainsi que pour déplacer les matériaux. Ils peuvent déplacer des fluides pour les espèces aquatiques telles que les palourdes, pour permettre le transport de la nourriture et de l'oxygène. Les cils aident à la respiration dans les poumons des animaux en empêchant les débris et les agents pathogènes potentiels d'envahir le corps. Les cils sont plus courts que les flagelles et se concentrent en beaucoup plus grand nombre. Ils ont tendance à se déplacer d'un coup rapide presque en même temps dans un groupe, constituant un effet de vague. Les cils peuvent également aider à la locomotion de certains types de protozoaires. Il existe deux types de cils: les cils mobiles (en mouvement) et les cils non mobiles (ou primaires), et les deux fonctionnent via des systèmes IFT. Les cils mobiles résident dans les voies respiratoires et les poumons ainsi qu'à l'intérieur de l'oreille. Les cils non mobiles résident dans de nombreux organes.
Que sont les flagelles ?
Les flagelles sont des appendices qui aident à déplacer les bactéries et les gamètes des eucaryotes, ainsi que certains protozoaires. Les flagelles ont tendance à être singuliers, comme une queue. Ils sont généralement plus longs que les cils. Chez les procaryotes, les flagelles fonctionnent comme de petits moteurs à rotation. Chez les eucaryotes, ils font des mouvements plus fluides.
Fonctions des cils
Les cils jouent un rôle dans le cycle cellulaire ainsi que dans le développement animal, comme dans le cœur. Les cils permettent sélectivement à certaines protéines de fonctionner correctement. Les cils jouent également un rôle de communication cellulaire et de trafic moléculaire.
Les cils mobiles possèdent un arrangement 9 + 2 de neuf paires de microtubules externes, ainsi qu'un centre de deux microtubules. Les cils mobiles utilisent leur ondulation rythmique pour balayer les substances, comme pour éliminer la saleté, la poussière, les micro-organismes et le mucus, afin de prévenir les maladies. C'est pourquoi ils existent sur les revêtements des voies respiratoires. Les cils mobiles peuvent à la fois détecter et déplacer le liquide extracellulaire.
Les cils non mobiles ou primaires ne se conforment pas à la même structure que les cils mobiles. Ils sont disposés sous forme de microtubules d'appendices individuels sans la structure de microtubule centrale. Ils ne possèdent pas de bras en dynéine, d'où leur immobilité générale. Pendant de nombreuses années, les scientifiques ne se sont pas concentrés sur ces cils primaires et connaissaient donc peu leurs fonctions. Les cils non mobiles servent d'appareil sensoriel aux cellules, détectant les signaux. Ils jouent un rôle crucial dans les neurones sensoriels. Des cils non mobiles peuvent être trouvés dans les reins pour détecter le flux d'urine, ainsi que dans les yeux sur les photorécepteurs de la rétine. Dans les photorécepteurs, ils fonctionnent pour transporter des protéines vitales du segment interne du photorécepteur au segment externe; sans cette fonction, les photorécepteurs mourraient. Lorsque les cils détectent un flux de fluide, cela entraîne des changements dans la croissance cellulaire.
Les cils fournissent plus que des fonctions de clairance et sensorielles uniquement. Ils fournissent également des habitats ou des zones de recrutement pour les microbiomes symbiotiques chez les animaux. Chez les animaux aquatiques tels que les calmars, ces tissus épithéliaux de mucus peuvent être observés plus directement car ils sont communs et ne sont pas des surfaces internes. Deux types différents de populations de cils existent sur les tissus de l'hôte: une avec de longs cils qui ondulent le long petites particules comme les bactéries mais excluent les plus grosses et les cils plus courts qui mélangent l'environnement fluides. Ces cils travaillent pour recruter des symbiotes du microbiome. Ils fonctionnent dans des zones qui déplacent les bactéries et autres particules minuscules vers des zones abritées, tout en mélangeant les fluides et en facilitant les signaux chimiques afin que les bactéries puissent coloniser la région souhaitée. Par conséquent, les cils fonctionnent pour filtrer, nettoyer, localiser, sélectionner et agréger les bactéries et contrôler l'adhérence des surfaces ciliées.
Les cils ont également été découverts pour participer à la sécrétion vésiculaire des ectosomes. Des recherches plus récentes révèlent des interactions entre les cils et les voies cellulaires qui pourraient donner un aperçu de la communication cellulaire ainsi que des maladies.
Fonctions des flagelles
Les flagelles peuvent être trouvés chez les procaryotes et les eucaryotes. Ce sont de longs organites à filaments constitués de plusieurs protéines qui atteignent jusqu'à 20 micromètres de longueur à partir de leur surface sur les bactéries. En règle générale, les flagelles sont plus longs que les cils et assurent le mouvement et la propulsion. Les moteurs à filament de flagelles bactériens peuvent tourner aussi vite que 15 000 tours par minute (tr/min). La capacité de nage des flagelles aide à leur fonction, que ce soit pour la recherche de nourriture et de nutriments, la reproduction ou l'invasion d'hôtes.
Chez les procaryotes tels que les bactéries, les flagelles servent de mécanismes de propulsion; ils sont le principal moyen pour les bactéries de nager dans les fluides. Un flagelle chez les bactéries possède un moteur ionique pour le couple, un crochet qui transmet le couple moteur et un filament, ou une longue structure en forme de queue qui propulse la bactérie. Le moteur peut tourner et affecter le comportement du filament, changeant le sens de déplacement de la bactérie. Si le flagelle se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre, il forme une superbobine; plusieurs flagelles peuvent former un faisceau, et ceux-ci aident à propulser une bactérie sur un chemin rectiligne. Lorsqu'il est tourné dans le sens inverse, le filament forme une superbobine plus courte et le faisceau de flagelles se désassemble, entraînant un culbutage. En raison d'un manque de haute résolution pour les expériences, les scientifiques utilisent des simulations informatiques pour prédire le mouvement flagellaire.
La quantité de friction dans un fluide affecte la façon dont le filament s'enroulera. Les bactéries peuvent héberger plusieurs flagelles, comme avec Escherichia coli. Les flagelles permettent aux bactéries de nager dans une direction, puis de tourner au besoin. Cela fonctionne via les flagelles rotatifs et hélicoïdaux, qui utilisent diverses méthodes, notamment des cycles de poussée et de traction. Une autre méthode de mouvement est obtenue en enroulant autour du corps cellulaire dans un faisceau. De cette manière, les flagelles peuvent également aider à inverser le mouvement. Lorsque les bactéries rencontrent des espaces difficiles, elles peuvent changer de position en permettant à leurs flagelles de reconfigurer ou de désassembler leurs faisceaux. Cette transition d'état polymorphe permet différentes vitesses, les états push et pull étant généralement plus rapides que les états enveloppés. Cela aide dans différents environnements; par exemple, le faisceau hélicoïdal peut déplacer une bactérie à travers des zones visqueuses avec un effet tire-bouchon. Cela facilite l'exploration bactérienne.
Les flagelles assurent le mouvement des bactéries, mais fournissent également un mécanisme aux bactéries pathogènes pour aider à coloniser les hôtes et donc à transmettre des maladies. Les flagelles utilisent une méthode de rotation et de collage pour ancrer les bactéries sur les surfaces. Les flagelles fonctionnent également comme des ponts ou des échafaudages pour l'adhésion au tissu hôte.
Les flagelles eucaryotes diffèrent des procaryotes en composition. Les flagelles chez les eucaryotes contiennent beaucoup plus de protéines et présentent une certaine similitude avec les cils mobiles, avec les mêmes schémas généraux de mouvement et de contrôle. Les flagelles sont utilisés non seulement pour le mouvement, mais aussi pour aider à l'alimentation des cellules et à la reproduction eucaryote. Les flagelles utilisent le transport intraflagellaire, qui est le transport d'un complexe de protéines nécessaires aux molécules de signalisation qui donnent la mobilité aux flagelles. Les flagelles existent sur des organismes microscopiques tels que les protozoaires Mastigophora, ou ils peuvent exister à l'intérieur d'animaux plus gros. Un certain nombre de parasites microscopiques possèdent également des flagelles, facilitant leur voyage à travers un organisme hôte. Les flagelles de ces parasites protistes portent également une tige paraflagellaire ou PFR, qui facilite la fixation aux vecteurs tels que les insectes. D'autres exemples de flagelles chez les eucaryotes incluent les queues de gamètes comme les spermatozoïdes. Les flagelles peuvent également être trouvés dans les éponges et autres espèces aquatiques; les flagelles de ces créatures aident à déplacer l'eau pour la respiration. Les flagelles eucaryotes servent également presque de minuscules antennes ou organites sensoriels. Les scientifiques commencent seulement à comprendre l'étendue des fonctions des flagelles eucaryotes.
Maladies liées aux cils
Des découvertes scientifiques récentes ont montré que des mutations ou d'autres défauts liés aux cils provoquent un certain nombre de maladies. Ces conditions sont appelées ciliopathies. Ils affectent profondément les individus qui en souffrent. Certaines ciliopathies comprennent des troubles cognitifs, une dégénérescence rétinienne, une perte auditive, une anosmie (perte de l'odorat), des anomalies craniofaciales, des poumons et des voies respiratoires anomalies, asymétrie gauche-droite et anomalies cardiaques associées, kystes pancréatiques, maladie du foie, infertilité, polydactylie et anomalies rénales telles que kystes, parmi autres. De plus, certains cancers ont un lien avec les ciliopathies.
Certains troubles rénaux liés au dysfonctionnement des cils comprennent la néphronophtise et la polykystose rénale autosomique dominante et autosomique récessive. Les cils défectueux ne peuvent pas arrêter la division cellulaire en raison de l'absence de détection du flux d'urine, ce qui conduit au développement de kystes.
Dans le syndrome de Kartagener, le dysfonctionnement du bras en dynéine entraîne un nettoyage inefficace des voies respiratoires des bactéries et autres substances. Cela peut entraîner des infections respiratoires répétées.
Dans le syndrome de Bardet-Biedl, la malformation des cils entraîne des problèmes tels que la dégénérescence rétinienne, la polydactylie, les troubles cérébraux et l'obésité.
Des maladies non héréditaires peuvent résulter de dommages aux cils, tels que des résidus de cigarettes. Cela peut entraîner une bronchite et d'autres problèmes.
Les agents pathogènes peuvent également réquisitionner le développement symbiotique normal des bactéries par les cils, comme avec les espèces Bordetella, qui réduit le battement des cils et permet donc à l'agent pathogène de se fixer à un substrat et de conduire à l'infection de l'homme voies respiratoires.
Maladies liées aux flagelles
Un certain nombre d'infections bactériennes sont liées à la fonction des flagelles. Des exemples de bactéries pathogènes comprennent Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Campylobacter jejuni. Un certain nombre d'interactions se produisent qui conduisent les bactéries à envahir les tissus de l'hôte. Les flagelles agissent comme des sondes de liaison, cherchant un achat sur le substrat hôte. Certaines phytobactéries utilisent leurs flagelles pour adhérer aux tissus végétaux. Cela conduit à des produits tels que les fruits et légumes qui deviennent des hôtes secondaires de bactéries qui infectent les humains et les animaux. Un exemple est Listeria monocytogenes, et bien sûr E. coli et Salmonella sont des agents infâmes de maladies d'origine alimentaire.
Helicobacter pylori utilise son flagelle pour nager à travers le mucus et envahir la muqueuse de l'estomac, évitant ainsi l'acide protecteur de l'estomac. Les muqueuses fonctionnent comme une défense immunitaire pour piéger une telle invasion en liant les flagelles, mais certaines bactéries trouvent plusieurs moyens d'échapper à la reconnaissance et à la capture. Les filaments des flagelles peuvent se dégrader de sorte que l'hôte ne peut pas les reconnaître, ou leur expression et leur motilité peuvent être désactivées.
Le syndrome de Kartagener affecte également les flagelles. Ce syndrome perturbe les bras de dynéine entre les microtubules. Le résultat est l'infertilité due au fait que les spermatozoïdes n'ont pas la propulsion nécessaire des flagelles pour nager et féconder les ovules.
Alors que les scientifiques en apprennent davantage sur les cils et les flagelles et élucident davantage leurs rôles dans les organismes, de nouvelles approches pour traiter les maladies et fabriquer des médicaments devraient suivre.