Cytokératine : Une revue des concepts actuels Kumar A, Jagannathan N – Int J Orofac Biol
ARTICLE DE REVUE
Année : 2018 | Volume : 2 | Issue : 1 | Page : 6-11
Cytokératine : Une revue des concepts actuels
Anoop Kumar1, Nithya Jagannathan2
1 Département de pathologie orale et maxillo-faciale, PSM College of Dental Science and Research, Trichur, Kerala, Inde
2 Assistant de recherche, Prince Philip Dental Hospital, Université de Hong Kong, Hong Kong
Date de publication sur le Web | 17-Jul-2018 |
Adresse de correspondance :
Anoop Kumar
Département de pathologie orale et maxillo-faciale, PSM College of Dental Science and Research, Trichur, Kerala, Inde, assistant de recherche, Prince Philip Dental Hospital, Université de Hong Kong
India
Source de soutien : Aucun, Conflit d’intérêt : Aucun
DOI : 10.4103/ijofb.ijofb_3_18
Résumé |
Les cytokératines sont des protéines qui forment les filaments intermédiaires et constituent le cytosquelette majeur des cellules épithéliales. Elles jouent un rôle énorme en fournissant un support mécanique à la cellule. Il existe plusieurs types de cytokératines, chacune montrant une expression variée dans l’épithélium. Les cytokératines peuvent être classées en protéines de type I ou acides et de type II ou basiques. Leur expression joue un rôle dans la différenciation des différents types de cellules épithéliales, ce qui nous permet de classer les tumeurs. Elles aident à diagnostiquer différents types de tumeurs et ont donc un rôle essentiel dans la pathologie diagnostique.
Mots-clés : Epithélium, filaments intermédiaires, kératine
Comment citer cet article :
Kumar A, Jagannathan N. Cytokératine : une revue sur les concepts actuels. Int J Orofac Biol 2018;2:6-11
Comment citer cette URL:
Kumar A, Jagannathan N. Cytokératine : Une revue sur les concepts actuels. Int J Orofac Biol 2018 ;2:6-11. Disponible à partir de : https://www.ijofb.org/text.asp?2018/2/1/6/236880
Introduction |
Les cytokératines sont des filaments intermédiaires contenant de la kératine que l’on trouve habituellement dans le cytosquelette intracytoplasmique du tissu épithélial. Le terme cytokératine a été dérivé dans les années 1970 lorsque les protéines du filament intermédiaire ont été identifiées. Cependant, la terminologie a été modifiée en kératines dans la nouvelle nomenclature systémique en 2006.
Types de cytokératines |
Il existe deux types de cytokératines : les cytokératines de faible poids ou acides de type I et les cytokératines de poids élevé ou basiques ou neutres de type II. Les cytokératines de poids moléculaire élevé ou les cytokératines basiques ou neutres comprennent de nombreux sous-types, à savoir CK1, CK2, CK3, CK4, CK5, CK6, CK7, CK8 et CK9. Les cytokératines de faible poids moléculaire ou cytokératines acides comprennent CK10, CK12, CK13, CK14, CK16, CK17, CK18, CK19 et CK20. L’expression de ces cytokératines varie selon les organes et est donc spécifique à chaque organe. Le poids moléculaire diminue au fur et à mesure que le nombre augmente et ainsi la cytokératine 1 a le poids moléculaire le plus élevé, tandis que la cytokératine 19 a le poids moléculaire le plus faible. Les sous-ensembles de cytokératines qu’une cellule épithéliale exprime dépendent du type d’épithélium et du modèle de différenciation.
Biologie moléculaire |
Les cytokératines sont codées par une famille englobant 30 gènes. Parmi eux, 20 sont des gènes épithéliaux et 10 sont spécifiques des trichocytes. Sur la base de la remarquable conservation des structures de la chaîne protéique et des gènes de la kératine, il a été suggéré qu’un gène primordial a été assemblé à partir d’unités plus petites codant pour de multiples répétitions heptadiques (28 résidus ou 84 paires de bases) séparées par des introns intermédiaires. Le nombre de positions des introns, mais pas les séquences ou la longueur des introns, est généralement bien conservé. Cependant, l’emplacement des introns dans les gènes de la kératine varie légèrement. Les kératines de type I, plus petites et acides (k9-k20), sont codées sur le chromosome 17q, tandis que les kératines de type II, plus grandes et plus basiques (k1-k8), sont codées sur le chromosome 12q. La plupart des gènes de kératine humaine caractérisés jusqu’à présent semblent exister sous forme d’une seule copie par génome haploïde, à l’exception de k6. Un pseudo-gène a été signalé pour la kératine humaine 14. Les kératines ont un domaine de tige hélicoïdale centrale hautement homologue flanqué d’ADN de taille variable des domaines amino et carboxyterminal des membres de la sous-famille qui s’hybrident entre eux. La K20 a été la dernière kératine à être caractérisée,
Certains principes généraux de l’expression des gènes de kératine ont été établis, dont le plus frappant est qu’au moins un membre de chaque sous-famille est toujours co-exprimé dans tout tissu épithélial donné. L’expression des gènes de kératine est régulée par le développement et n’est pas universellement exprimée au cours du développement embryonnaire ; au contraire, différents gènes de kératine sont exprimés à différents stades du développement des cellules épithéliales au cours de l’embryogenèse. Toutes les chaînes de cytokératine sont composées d’un domaine central riche en α-hélice (avec une identité de séquence de 50 à 90 % entre les cytokératines de même type et d’environ 30 % entre les cytokératines de type différent) avec des domaines N- et C-terminaux non-α-hélice. Le domaine α-hélicoïdal a 310-150 acides aminés et comprend quatre segments, dans lesquels un motif de sept résidus se répète. Dans ce motif répété, les premier et quatrième résidus sont hydrophobes et les résidus chargés présentent des polarités positives et négatives alternées, ce qui fait que les résidus polaires sont situés d’un côté de l’hélice. Ce domaine central de la chaîne fournit l’alignement moléculaire dans la structure de la kératine et permet aux chaînes de former des dimères enroulés en solution. Les séquences du domaine terminal des chaînes de cytokératine de type I et II contiennent les sous-domaines V1 et V2 des deux côtés du domaine de la tige, qui ont une taille et une séquence variables. Le type II présente également les sous-domaines conservés H1 et H2, englobant 36 et 20 résidus, respectivement. Les sous-domaines V1 et V2 contiennent des résidus enrichis en glycines et/ou sérines, les premiers conférant à la chaîne de cytokératine un fort caractère insoluble et facilitant l’interaction avec d’autres molécules. Ces domaines terminaux sont également importants pour définir la fonction de la chaîne de cytokératine caractéristique d’un type de cellule épithéliale particulier. Deux dimères de cytokératine se regroupent en un tétramère de kératine par liaison antiparallèle. Ce tétramère de cytokératine est considéré comme le principal élément constitutif de la chaîne de cytokératine. La liaison tête-bêche des tétramères de cytokératine donne naissance aux protofilaments, qui s’entrelacent à leur tour par paires pour former des protofibrilles. Quatre protofibrilles donnent lieu à un filament de cytokératine.
Biologie cellulaire |
La classification et le système de numérotation des kératines (sauf celles des cheveux et des ongles) sont basés sur le catalogue de Moll et al.Contrairement à la vimentine et à la desmine homopolymériques, les filaments de kératine contiennent au moins un membre de la sous-famille de type II. Les paires de kératines semblent être systématiquement co-exprimées dans différents types de cellules épithéliales, de sorte que certaines paires de kératines ne se trouvent que dans les épithéliums simples (type I, 18, 19, et type II K8), tandis que d’autres se trouvent dans les épithéliums stratifiés (type I k14 et type II k4).
Le membre basique de chaque paire de kératines est toujours plus grand que le membre acide d’environ 8 kDa. Toutes les chaînes de protéines de kératine partagent un plan structurel commun constitué d’un domaine central riche en α-hélice englobé par des domaines N- et C-terminaux largement non hélicoïdaux de taille variable. La région α-hélicoïdale de la kératine humaine contient 310-350 acides aminés, flanqués de domaines non hélicoïdaux tête et queue dont la longueur et la composition varient considérablement. Le domaine α-hélicoïdal mesure environ 47 nm et comprend quatre segments contenant un motif de répétition de sept résidus (a-g) n, dans lequel les positions a et d sont principalement des résidus hydrophobes, ainsi qu’une distribution périodique de résidus chargés avec des charges alternativement positives et négatives. En raison de la répétition hepta D et des résidus polaires qui en résultent sur un côté de l’hélice, les kératines forment spontanément des dimères enroulés dans la solution. Des données chimiques, biophysiques et de microscopie électronique ont établi que les chaînes monomères s’associent en registre parallèle et axial pour former un dimère en forme de bâtonnet de 40-50 nm. Le dimère s’associe de manière antiparallèle pour former un tétramère de kératine. La largeur totale d’un filament de kératine contient généralement 24 à 40 monomères en coupe transversale. Le principal élément constitutif de la kératine est le tétramère, et ces sous-unités sont liées tête-bêche pour produire des chaînes linéaires, ou protofilaments. Deux protofilaments s’entrelacent pour former des protofibrilles et des groupes de quatre protofibrilles s’entrelacent pour produire des filaments de 10 nm in vivo. Ces filaments sont organisés en un réseau supramoléculaire complexe qui s’étend de la surface du noyau à la partie la plus périphérique de la cellule. La genèse et le maintien d’un tel réseau font intervenir de nombreuses protéines accessoires…,
Biologie et pathologie des kératines humaines |
Les différentes kératines humaines et paires de kératines distribuées dans les cellules sont résumées ci-dessous :
Epithéliums simples
K8/K18 : kératines primaires des cellules épithéliales simples
Les kératines K8 et K18 sont co-exprimées et constituent la paire de kératines primaires des cellules épithéliales simples, y compris les divers épithéliums parenchymateux. Elles sont les premières kératines à apparaître dans l’embryogenèse, dès les embryons préimplantatoires, et semblent également être les kératines les plus anciennes au cours de la phylogenèse. Dans certains types de cellules épithéliales, K8 et K18 sont les seules kératines présentes. Au niveau ultrastructurel, les filaments de kératine sont distribués de manière lâche dans le cytoplasme et présentent peu de faisceaux. En d’autres termes, des épithéliums simples, à une seule couche, tels que les cellules de la muqueuse, les cellules intestinales, les cellules mésothéliales, et d’autres kératines épithéliales simples (K7, K19, et/ou K20) sont présentes en plus de la paire primaire K8/K18. K8 et K18 sont largement distribués parmi les tissus épithéliaux normaux bien qu’ils soient absents dans les kératinocytes en cours de différenciation.
En ce qui concerne les tumeurs malignes, K8 et K18 sont exprimés dans la plupart des carcinomes à l’exception de certains carcinomes épidermoïdes différenciés. Par conséquent, les anticorps K8 et K18 colorent fortement la plupart des adénocarcinomes et des carcinomes hépatocellulaires. Une autre application clinique des K8/K18 est la détection de ces fragments dans le sérum des patients cancéreux. Ils sont utilisés pour surveiller la charge tumorale et la progression de la maladie. Plus récemment, un fragment de K18 spécifique de l’apoptose a été détecté par les marqueurs tumoraux de l’anticorps monoclonal M30 pour surveiller la charge tumorale, la progression du cancer et la réponse au traitement.
K7/K19 : kératines secondaires des cellules épithéliales simples
K7 et K19 sont des kératines épithéliales simples « supplémentaires » (secondaires) et également largement distribuées. Elles se présentent typiquement comme une paire de kératines dans les épithéliums canalaires simples. La kératine de type I K19 est la plus petite kératine et est exceptionnelle car elle est largement dépourvue du domaine de queue non hélicoïdal typique de toutes les autres kératines. Elle pourrait avoir évolué à partir des kératines des kératinocytes. L’expression de la K19 peut être induite dans certains épithéliums qui sont normalement dépourvus de cette kératine par des altérations pathologiques. L’induction de la K19 est également observée dans les cellules épithéliales pavimenteuses stratifiées suprabasales de la muqueuse buccale présentant une dysplasie épithéliale, mais aussi une inflammation, de sorte que la K19 ne peut être utilisée comme marqueur spécifique de la dysplasie de la muqueuse buccale. Dans les carcinomes, la K19 est largement exprimée à la fois dans les adénocarcinomes et les carcinomes épidermoïdes et n’est donc pas très utilisée comme marqueur immunohistochimique pour le sous-typage des carcinomes. La kératine de type II K7, une autre kératine de « type canalaire », a une distribution tissulaire fondamentalement similaire mais comparativement plus restreinte que la K19. Comme la K19, elle est exprimée dans plusieurs épithéliums canalaires simples, le mésothélium et les épithéliums pseudostratifiés.
K20 : Kératine de l’épithélium gastro-intestinal, de l’urothélium et des cellules de Merkel
La K20 est la kératine épithéliale simple dont le profil d’expression est le plus restreint. Bien que la K20 soit une kératine typiquement exprimée dans les épithéliums simples, on la trouve également dans les cellules de Merkel de l’épiderme, situées à la base, et dans la gaine de la racine externe du follicule pileux. La K20 est un marqueur immunohistochimique puissant en pathologie tumorale puisque son spectre d’expression particulier est essentiellement maintenu dans les carcinomes primaires et métastatiques correspondants. Il convient de noter que la valeur diagnostique est accrue lorsque les marqueurs K20 et K7 sont appliqués en combinaison. Par exemple, un phénotype K7/K20+ d’une métastase d’adénocarcinome est fortement en faveur d’une origine colorectale.
Stratified epithelia
K5/K14: Kératines majeures des kératinocytes basaux
La kératine de type II K5 et la kératine de type I K14 forment le couple de kératines primaires des kératinocytes des épithéliums pavimenteux stratifiés, Elles sont fortement exprimées dans la couche cellulaire basale indifférenciée contenant les cellules souches et sont régulées à la baisse dans les couches cellulaires suprabasales différenciées K5 et K14 qui sont uniformément exprimées dans toutes les couches. Au niveau ultrastructurel, les filaments de kératine K5/K14 sont regroupés en tonofilaments et attachés aux desmosomes et hémidesmosomes. L’importance fonctionnelle de K5 et K14 pour la stabilité physique de l’épiderme est devenue clairement évidente lorsque l’on a constaté que les mutations dominantes-négatives du gène K5 ou K14 provoquent la maladie cutanée vésiculeuse héréditaire de l’épidermolyse bulleuse simplex. La présence de K5 ou K14 mutés entraîne une fragilité accrue des kératinocytes basaux, de sorte que même un traumatisme physique léger entraîne une cytolyse intra-épidermique des cellules basales et la formation de cloques remplies de liquide. Le spectre d’expression de K5 et K14 dans les tumeurs correspond bien aux schémas des épithéliums normaux. Ainsi, la plupart des carcinomes épidermoïdes ainsi que les mésothéliomes malins expriment fortement ces kératines, alors que l’expression est faible, focale ou nulle dans les adénocarcinomes. Dans les carcinomes épidermoïdes bien différenciés et modérément différenciés, K5 est localisé préférentiellement dans les couches périphériques des formations cellulaires tumorales, ce qui correspond à l’expression de K5 dans la couche basale des épithéliums épidermoïdes stratifiés normaux. Une expression focale de K5 peut être observée dans certains types d’adénocarcinome.
K15 : kératine des kératinocytes basaux et « marqueur » des cellules souches du follicule pileux
K15 a été identifiée pour la première fois comme une kératine mineure de l’épiderme humain par électrophorèse sur gel de préparations cytosquelettiques. La K15 est un composant spécifique des cellules basales de l’épiderme. Fréquemment, K5 et K14 peuvent également être détectés dans les couches cellulaires suprabasales inférieures.
Alors que la synthèse de l’ARNm de ces kératines est limitée à la couche basale, les protéines K5 et K14 restent intégrées dans le cytosquelette kératinique complexe pendant un certain temps lorsque les cellules quittent le compartiment basal. Ainsi, elles peuvent être colorées par immunohistochimie dans des couches plus ou moins suprabasales selon l’épitope de l’anticorps utilisé. En comparaison, la K15 semble complètement limitée à la couche cellulaire basale des épithéliums pavimenteux stratifiés où elle peut former des filaments hétéropolymériques avec la K5.
K6/K16 : Kératines des kératinocytes hyperprolifératifs inductibles dans l’épiderme « activé »
Des études de génétique moléculaire ont révélé qu’il existe chez l’homme trois isoformes de la K6, à savoir la K6a, la K6b et la K6c, codées par des gènes distincts. L’AcM KA12 est un anticorps qui colore très probablement au moins l’isoforme K6a de la kératine et réagit bien avec les coupes de paraffine. Chez l’homme, il a été prouvé que des mutations dans la K6a ou la K16 donnent lieu à la maladie héréditaire de la pachyonychie congénitale de type I (forme Jadassohn-Lewandowsky) qui se manifeste par des ongles épaissis, une hyperkératose palmoplantaire et des leucoplasies buccales. Ainsi, la K6/K16 est une kératine constitutive des épithéliums stratifiés constitués par des kératinocytes à l’état prolifératif relativement élevé tels que les tissus muqueux, l’épiderme palmoplantaire, et certains appendices cutanés. L’expression de ces kératines n’est pas limitée aux épithéliums pavimenteux stratifiés mais peut également être observée dans certaines structures glandulaires. La K6 détectée par le MAb KA12 peut convenir comme marqueur immunohistochimique de la différenciation pavimenteuse dans les carcinomes épidermoïdes peu différenciés, en plus de la K5.
K17 : Kératine des cellules basales/myoépithéliales et inductible dans les kératinocytes « activés »
La kératine de type I K17 a été identifiée dans nos premières études électrophorétiques sur gel comme une kératine majeure des carcinomes basocellulaires de la peau. D’autres analyses protéiques ont montré sa présence dans les carcinomes spinocellulaires de diverses origines ainsi que dans les tissus glandulaires normaux et son absence apparente dans les épithéliums spinocellulaires stratifiés non kératinisés. Le criblage de tissus larges a révélé son expression sélective dans les cellules basales et myoépithéliales de tissus complexes. Ainsi, la K17 peut être considérée comme une « kératine des cellules basales/myoépithéliales ». La K17 a été localisée comme un composant important des couches cellulaires suprabasales de la gaine externe de la racine folliculaire. Une autre caractéristique intéressante de la K17 est sa capacité à être induite après une lésion cutanée. Après K6/K16, K17 est activée dans les kératinocytes épidermiques en régénération et en migration lors de la cicatrisation. Des maladies humaines héréditaires dues à des mutations de K17 ont été identifiées, notamment la pachyonychie congénitale de type II (forme Jackson-Lawler). Le phénotype de cette génodermatose comprend des ongles épaissis et des kystes pilo-sébacés. Une autre affection liée aux mutations K17 est le stéatocystome multiplex, dans lequel les patients présentent de multiples kystes associés aux follicules pileux. Ces génodermatoses sont manifestement liées à l’expression et à l’importance fonctionnelle de K17 dans les pilosébacés et les épithéliums. Étant donné que dans les kératinocytes, la K17 est, comme la K6 et la K16, une kératine inductible en cas de stress, de blessure ou d’inflammation, il n’est pas surprenant que les carcinomes épidermoïdes expriment systématiquement ces trois kératines. La plupart des épithéliums pavimenteux stratifiés normaux étant dépourvus de K17, sa présence dans les tumeurs correspondantes peut être considérée comme une néo-expression au cours de la tumorigenèse,
K1/K10 : kératines majeures de la différenciation des kératinocytes et de la kératinisation
Dans l’épiderme, la transition des kératinocytes de la couche de cellules basales prolifératives aux couches de cellules suprabasales postmitotiques dans le processus de différenciation terminale et de kératinisation est caractérisée par un changement profond de l’expression des kératines. Cela implique un passage de l’expression des kératines des cellules basales (K5, K14 et K15) aux kératines épidermiques suprabasales, à la kératine de type II K1, puis à la kératine de type I K10. Il s’agit de l’un des exemples classiques de l’expression spécifique de différenciation soigneusement régulée des protéines kératiniques. Au niveau ultrastructurel, les filaments de kératine composés de la paire K1/K10 forment des faisceaux particulièrement denses qui sont si caractéristiques des kératinocytes épidermiques suprabasaux. De toute évidence, cela confère une intégrité mécanique aux cellules, à l’ensemble de l’épiderme ; la K10 inhibe spécifiquement la prolifération et la progression du cycle cellulaire des kératinocytes, et la perte de la K10 entraîne une augmentation du renouvellement des kératinocytes. Les mutations de K1 et K10 sont associées à des troubles vésiculaires.
K9 : Kératine de différenciation de l’épiderme palmoplantaire
La kératine de type I K9 est une kératine hautement spécifique des kératinocytes en différenciation terminale de l’épiderme palmoplantaire K9, formant une paire avec K1, ce qui semble refléter un programme spécial de différenciation des kératinocytes associé à un renforcement mécanique particulier. L’immunomarquage de K9 a une signification pour la caractérisation de la direction des kératinocytes palmoplantaires des greffes.
K2 : Kératine des kératinocytes épidermiques hautement différenciés et avancés
K2, anciennement K2e, est une autre kératine spécifique du processus de différenciation terminale avancée des kératinocytes épidermiques. Largement distribuée sur la plupart des sites corporels, cette kératine de type II est exprimée tardivement, à un stade avancé de différenciation, dans les couches épidermiques les plus élevées (stratum spinosum supérieur et stratum granulosum) dans une mesure variable. Des mutations dans K2 ont été associées à l’ichtyose bulleuse de Siemens, une maladie vésiculeuse présentant une cytolyse dans les couches épidermiques superficielles.,
K3/K12 : Kératines de l’épithélium cornéen
La paire K3 (type II)/K12 (type I) est la paire de kératines spécifique du type cellulaire et liée à la différenciation de l’épithélium cornéen. Les mutations de ces kératines donnent lieu à la dystrophie cornéenne de Meesmann caractérisée par des microkystes intra-épithéliaux dans l’épithélium cornéen.
K4/K13 : Kératines des cellules épithéliales pavimenteuses stratifiées muqueuses
Dans les épithéliums pavimenteux stratifiés internes majoritairement non kératinisants, une paire de kératines très caractéristique indique la voie muqueuse de différenciation des kératinocytes, à savoir , la kératine de type II K4 et la kératine de type I K13. Des études immunohistochimiques utilisant les AcM spécifiques K4 et K13 ont révélé la présence de K4 et K13 dans tout le compartiment suprabasal des épithéliums pavimenteux stratifiés de la muqueuse, alors que le compartiment basal est positif pour K5/K14. De façon intéressante, K4/K13 est complètement absent dans l’épiderme et les structures annexielles. Les mutations de ces kératines, situées dans les motifs d’initiation ou de terminaison de l’hélice (HIM ou HTM, respectivement), sont à l’origine de la maladie héréditaire du nævus éponge blanc de Cannon. Cette affection des muqueuses se présente sous forme de plaques blanches, principalement sur la muqueuse buccale. L’histologie montre un épithélium spongieux épaissi avec un gonflement hydropique des cellules épithéliales suprabasales. Là encore, la manifestation clinique des altérations pathologiques des kératines reflète bien leur distribution tissulaire. Les carcinomes épidermoïdes dérivés de l’épiderme sont essentiellement dépourvus de K4 et K13.
K76 et K77 : Kératines ayant des sites d’expression très particuliers
K76 (précédemment désignée K2p) est spécifiquement exprimée dans les couches cellulaires suprabasales de l’épithélium masticatoire oral, c’est-à-dire l’épithélium pavimenteux stratifié légèrement orthokératinisé qui tapisse la gencive et le palais dur. La haute spécificité de l’expression rend cette kératine recommandable pour une utilisation comme « marqueur du canal eccrine » dans le diagnostic des tumeurs.
K23, K24, K78, K79 et K80 : Kératines au profil d’expression encore inconnu
Ces cinq kératines très différentes complètent la famille des protéines kératines humaines.
Conclusion |
Les kératines sont des protecteurs importants de l’intégrité structurelle épithéliale et sont également des régulateurs de la motilité, de la signalisation, de la croissance et de la synthèse des protéines. Les kératines ont traditionnellement été utilisées comme marqueurs de diagnostic. Cependant, des preuves accumulées soulignent leur importance en tant que marqueurs pronostiques et régulateurs actifs de la tumorigenèse épithéliale et de la réactivité au traitement.
Soutien financier et parrainage
Nul.
Conflits d’intérêts
Il n’y a pas de conflits d’intérêts.
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