Les lamines nucléaires sont des filaments intermédiaires de type V qui forment la lamina nucléaire et structurent l’architecture, la mécanique et l’organisation fonctionnelle du noyau.
Localisation des lamines
(Figure : vetopsy.fr d'après Dittmer)la lamina nucléaire, armature protéique de 10 à 30 nm de large qui borde la membrane nucléaire sur sa face interne, constituée par l’assemblage des différents types de lamines,
le voile nucléoplasmique plus diffus, présent dans le nucléoplasme au cours de l’interphase, principalement associé aux lamines de type B.
1. Les lamines, filaments intermédiaires de classe V, sont classées en deux grands groupes.
a.
Les lamines de type A (lamines A et C) sont uniquement exprimées après la gastrulation (gène LMNA).
Outre les lamines A et C, on identifie des isoformes mineures, telles que la lamine C2 (spécifique du testicule) et la lamine AΔ10 dans certaines cellules somatiques.
b. les lamines de type B (lamines B1 et B2), exprimées dans l’ensemble des cellules somatiques et codées par les gènes LMNB1 et LMNB2, sont associées à la membrane nucléaire interne notamment via LBR (Lamin B Receptor).
Une isoforme B3 est également exprimée dans le testicule.
Noyau cellulaire et le cytosquelette environnant
(Figure : vetopsy d'après Zhao et coll)
Ces réseaux ne sont toutefois pas indépendants et s’interpénètrent partiellement et établissent des interfaces fonctionnelles, contribuant conjointement à l’architecture nucléaire, à l’ancrage de la chromatine et à la compartimentation fonctionnelle du noyau.
3. Bien que les lamines soient des constituants strictement nucléaires à l’état assemblé, leur synthèse a lieu dans le cytoplasme.
Après traduction, les lamines sont importées dans le noyau par le système d’import nucléaire grâce à un signal de localisation nucléaire (NLS) porté par leur domaine C-terminal, avant leur incorporation dans la lamina nucléaire ou le réseau nucléoplasmique.
Biogenèse et maturation des lamines
1. La lamine A (664 acides aminés) est synthétisée sous forme de précurseur (prélamine A).
Lamine A et progérine
(Figure : vetopsy)
a. La prélamine A (566 + 98 acides aminés) possède une extension C-terminale contenant une boîte CaaX (Cyst, acide aminé aliphatique, X, acide aminé quelconque, mais en général la méthionine).
b. La maturation de la lamine A implique successivement :
un clivage protéolytique final éliminant 15 acides aminés, conduisant à la lamine A mature non farnésylée.
Remarque : la progérine correspond à une forme mutée de la prélamine A, dans laquelle une délétion d’environ 50 acides aminés empêche le clivage final, entraînant le maintien de la farnésylation.
Cette accumulation de progérine, altèrant les propriétés mécaniques de l’enveloppe nucléaire et de la matrice nucléaire, est caractéristique de l'HGPS (Hutchinson-Gilford progeria syndrome).
La lamine C (566 + 6 acides aminés) ne possède pas de boîte CaaX et n’est pas soumise à la farnésylation.
3. Les lamines B (B1 : 586 acides aminés, B2 : 600) conservent une boîte CaaX et restent farnésylées, ce qui contribue à leur ancrage stable à la membrane nucléaire interne.
Structure et polymérisation des lamines
Caractéristiques structurales des lamines nucléaires
1. Les lamines nucléaires présentent des caractéristiques structurales spécifiques qui les distinguent des filaments intermédiaires cytoplasmiques, tout en conservant l’architecture générale des protéines de filaments intermédiaires (Structural basis for lamin assembly at the molecular level 2019)
Structure des lamines A et C
(Figure : vetopsy d'après Ann et coll)
a. Le domaine hélical en forme de tige (rod domain), plus long de 42 acides aminés que celui des filaments intermédiaires cytoplasmiques, est flanqué de part et d'autre d'un site de phosphorylation.
b. Cette polymérisation tête-à-queue permet la formation de polymères linéaires et d’associations de tétramères antiparallèles, au sein desquels le domaine Ig-like globulaire apparaît de manière périodique, avec une répétition d’environ 48 nm.
2. Contrairement aux filaments intermédiaires cytoplasmiques, relativement stables, les filaments intermédiaires nucléaires présentent une dynamique d’assemblage et de désassemblage élevée, en particulier au cours du cycle cellulaire.
La dépolymérisation des lamines nucléaires, au début de la mitose, entraîne la désorganisation de la lamina et participe à la désintégration transitoire de l’enveloppe nucléaire.
