Chapitre III : Le système endomembranaire

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1 Portail de la biologie cellulaire Auteur : Yasmina ANTEUR Licence : Chapitre III : Le système endomembranaire Plan du cours : I- Introduction II- Le réticulum endoplasmique 1)- Présentation générale 2)- Organisation moléculaire des membranes du RE 3)- Fonctions de RE III- L appareil de Golgi 1)- Aperçu historique 2)- Morphologie et structure 3)- Fonctions de l appareil de Golgi 4)- Mécanisme de transport des protéines dans l appareil de Golgi IV)- Les lysosomes : petits estomacs de la cellule 1)- Aperçu général 2)- Fonctions des lysosomes 3)- Mode de fonctionnement des lysosomes V)- La voie sécrétoire VI)- Le trafic vésiculaire VII)- Références

2 I- Introduction : La cellule eucaryote se distingue de la cellule procaryote par sa compartimentation qui lui permet à la fois division et spécialisation du travail. Le système endomembranaire (SE) représente un très bon exemple de cette compartimentation, ce dernier est formé d un ensemble de tubules, de vésicules et de sac aplatis (connus également sous l appellation de citernes) qui communiquent entre eux grâce à un système d adressage très sophistiqué mettant en jeu des protéines spécifiques. Ainsi le SE regroupe l ensemble des compartiments intracellulaires limités par une simple membrane tel que le réticulum endoplasmique (RE) avec ses deux formes (rugueux et lisse), l appareil de Golgi, les lysosomes et les endosomes. Les mitochondries, les chloroplastes et les péroxysomes ne font pas parti du système. La structure et le fonctionnement du système endomembranaire n ont étaient bien compris qu après l apparition de techniques tel que : Le fractionnement cellulaire suivi d une analyse biochimique des différents constituants ou encore les techniques de marquage par des isotopes radioactifs ou d autres composées fluorescents observables respectivement au MET 1 et au microscope confocale Ainsi, on a constaté que le SE était un système très dynamique qui assurait plusieurs fonctions : * Productions de diverses molécules ex : protéines et lipides * Transport des molécules produites vers des destinations spécifiques * Sécrétion et stockage * Dégradation des substances toxiques (au niveau des lysosomes) Le transport des molécules s effectue grâce à de petites vésicules qui bourgeonnent d un compartiment donneur, se déplacent vers un compartiment spécifique dit «accepteur», fusionnent avec sa membrane, puis déversent leur contenu dans sa lumière Ces vésicules sont recouvertes d un revêtement ou manteau qui est de nature protéique. Les protéines impliquées peuvent êtres soit des coatomères (COPI/COPII) 2 ou des clathrines (1) : MET : Microscope Electronique à Transmission (2) : COP : Coat Protein

3 Figure 1 : Illustration tridimensionnelle des différents constituants du système endomembrnaire II- Le réticulum endoplasmique : 1) Présentation générale : Le réticulum endoplasmique (RE) est considéré comme étant le plus grand organite d une cellule eucaryote : il occupe de 10% à 15% du volume cellulaire et comporte 50% des membranes d une cellule. Il se présente sous forme d un réseau de membranes très enchevêtré et dense s étendant de l enveloppe nucléaire 1 jusqu à la membrane plasmique. Ces membranes prennent généralement la forme de tubules ou de saccules aplatis (qu on appel souvent citernes) Les membranes du RE délimitent un compartiment interne qu on appel «lumière du RE» et qui est ainsi isolé du cytosol Le RE se décline en deux types : * Le réticulum endoplasmique rugueux (REG) : se présente sous forme d un réseau serré de citernes aplaties et parallèles surmontés de structures granulaires appelées ribosomes qui donne au MET un aspect granuleux : d où l appellation de REG. Il est impliqué dans la protéosynthèse * Le réticulum endoplasmique lisse (REL) : se présente sous forme de tubules dépourvus de ribosomes : aspect lisse au microscope. C est le lieu de la synthèse lipidique. (1) : L enveloppe nucléaire n est qu une portion différenciée du RE dotée de pores

4 Les deux réticulums sont en continuités l un avec l autre NB : il existe une 3 ème catégorie de RE appelée réticulum endoplasmique transitoire qui est une sorte d intermédiaire entre les deux types cités précédemment puisqu il est partiellement dégranulé Le développement du RE dépend du type et de la fonction des cellules, ainsi chez les cellules embryonnaires ou indifférenciés il est peu développé : son importance prend de l ampleur avec la différenciation La proportion du REG par rapport au REL varie selon l état de l activité d une cellule et de ses besoins en protéosynthèse. Ainsi, chez des cellules comme les adipocytes 1 qui se chargent du métabolisme des lipides ou encore les myocytes, c est le REL qui est le plus développé. Les cellules acineuses pancréatiques 2 disposent quant à elles d un REG plus important Figure2 : Cellule acineuse pancréatique Il s agit d une cellule polarisée dotée de capacités sécrétoires: Son pôle basal comprend un REG très développé quant à son pôle apical, il est caractérisé par la présence abondante de vésicules de sécrétion 2)- Organisation moléculaire des membranes du RE : Afin d étudier la composition biochimique des cytomembranes du RE il est nécessaire de les isoler des autres constituants cellulaires. Ceci est réalisé en 2 étapes : * 1 ère étape : La cellule est soumise aux techniques d ultracentrifugation qui aboutissent à la formation de petites vésicules appelées microsomes, ces dernières sont formées exclusivement des membranes du RE recouvertes ou non de ribosomes (1) : Adipocytes : cellules du tissu adipeux «graisseux» (2) : Cellule acineuse pancréatique : sécrète des enzymes servant à la digestion gastrique

5 Figure 3 : Procédé d ultracentrifugation visant à extraire les membranes du RE pour une analyse biochimique (d après * 2 ème étape : Les cytomembranes du RE sont traitées par une ribonucléase afin d éliminer les ribonucléoprotéines qui pourraient fausser le résultat de l analyse biochimique L analyse biochimique des cytomembranes du RE révèle une composition bien différente de celle de la membrane plasmique : - La proportion des lipides est moins importante que celle de la membrane plasmique : elle équivaut à 30% - La proportion des protéines est estimée à 70% les cytomembranes du RE sont plus riches en protéines que la membrane plasmique - Proportion des glucides : négligeable - Le cholestérol y est présent en moindre quantité ce qui implique une plus grande fluidité des membranes - Les chaines aliphatiques des acides gras qui forment les phospholipides sont moins longues, conséquence : les membranes sont moins épaisses - Les protéines des cytomembranes du RE sont représentées par : Les enzymes nécessaires à la synthèse des protéines, au métabolisme des lipides et à la détoxification (le cytochrome P450) Les enzymes intervenant dans la synthèse des phospholipides et des stéroïdes (au niveau du REL) Les glycosyltransférases ou «enzymes de glycosylation» qui sont impliquées dans le processus de glycosylation 1 et qui se trouvent sur la face luminale du RE (1): La glycosylation consiste au transfert d un sucre sur une protéine. La glycosylation débute au niveau du REG et s achève dans l appareil de Golgi

6 3)- Les fonctions du RE : * Rôle du REG : - Synthèse de protéines destinées à l exportation ou à la membrane : La traduction est assurée tout d abord par un ribosome libre dans le cytoplasme La protéine destinée à l exportation comprend généralement une séquence d adressage permettant de la guider vers le REG pour continuer la traduction Une fois arrivée à proximité du REG, la séquence d adressage se lie à un récepteur spécifique situé au niveau de la membrane de celui-ci et la traduction continue Au cours de la traduction, la protéine traverse la membrane et se retrouve dans la lumière du REG, elle sera par la suite transportée dans une vésicule vers l appareil de Golgi pour y subir de dernières modifications afin d être exporté vers le milieu externe via une vésicule de sécrétion * Rôles du REL : - Synthèse lipidique : synthèse des phospholipides, des hormones stéroïdes, du cholestérol et du céramide - Assemblage des phospholipides : se déroule en trois étapes sous l intervention de 3 enzymes : Un diacyl glycérol-p est déphosphorylé par une phosphatase Une choline transférase permet l amarrage d une choline P «libérée d un nucléoside diphosphate) Le phospholipide assemblé à trois destinations possibles : 1) Il reste dans la monocouche externe ou se déplace par diffusion 2)- Il bascule dans la monocouche interne par le biais d une translocase (flippase) 1 3)- Il est transporté par des protéines cytosoliques dans une poche hydrophobe jusqu aux membranes présentant un déficit 2 - Métabolisme des glucides : les cellules hépatiques stockent les glucides sous forme de glycogène. Lorsque le corps a besoin de glucose, le glycogène est tout d abord hydrolysé en glucose-6 phosphate. (1) : Flipase ou translocase : enzyme localisée au niveau des membranes qui permettent aux phospholipides de se déplacer d une monocouche à une autre (2) : Les membranes présentant un déficit sont les membranes qui ne sont pas directement alimentées par le système endomembranaire comme par ex la membrane mitochondriale

7 Cependant le glucose est sous une forme ionisé, il doit être hydraté pour passer dans le sang. C est là qu interviennent les enzymes des cytomembranes du REL des cellules hépatiques en transformant le glucose-6 phosphate en glucose qui pourra passer sans difficulté dans le sang et réguler la glycémie. - Détoxification : les substances toxiques contenues dans la cellule sont éliminées grâce à des complexes enzymatiques (comprenant le cytochrome P450) insérés dans les cytomembranes du REL - Régulation calcique : cette fonction est partagée avec un autre organite subcellulaire : la mitochondrie. Ainsi, le REL intervient dans la régulation d un grand nombre de fonctions majeures de l organisme dépendant de la teneur du calcium présente dans le cytosol telle que : la contraction musculaire, la libération de neurotransmetteurs, la transcription des gènes etc. III- L appareil de Golgi : 1)- Aperçu historique: - L appareil de Golgi fut mis en évidence pour la première fois à la fin du XIX ème siècle par un médecin Italien répondant au nom de Camillo Golgi ( ). - Golgi qui travaillait comme chercheur au sein d un hôpital psychiatrique avait publié un article dans le quel il affirmait que les maladies mentales étaient dues à des lésions organiques présentes au sein des cellules nerveuses. Cependant, il restait à démontrer la crédibilité de cette théorie par des preuves expérimentales Figure 4 : Camillo Golgi - C est à ce moment là, que Golgi a commencé à développer des techniques de coloration pour mettre en évidence la structure des cellules nerveuses - En 1898, il mit en évidence une nouvelle structure cellulaire méconnue jusqu à là : l appareil de Golgi, et ceci en traitant des cellules nerveuses à l aide d une solution de nitrate d argent

8 - Cette découverte qui fut controversée jusqu à la moitié du XX ème siècle lui value le prix Nobel de médecine de )-Morphologie et structure : - L appareil de Golgi est un organite cellulaire dont la localisation est supranucléaire chez les cellules polarisées et périnucléaire chez les autres cellules : ceci signifie qu il se situe au voisinage du noyau A B Figure 5 : comparaison entre la localisation de l appareil de Golgi chez une cellule non polarisée (A) et une cellule polarisée (B) - Du point de vue morphologique, cette structure est la même chez les cellules animales et végétales - Le complexe de Golgi 2 est formé d un ou de plusieurs unités disséminées dans le cytoplasme portant le nom de dictyosomes (1) : Certains contemporains de Golgi doutaient de l existence de l appareil de Golgi et le voyait plutôt comme un artefact de coloration, la controverse cessera en 1954 grâce aux microphotographies électroniques publiées par Dalton et Félix (2) : autre appellation de l appareil de Golgi

9 Figure 6 : Micrographie optique de l appareil de Golgi (d après Biologie cellulaire, Marc Maillet) 1 : complexe de Golgi 2 : noyau Figure7 : Micrographie électronique de l appareil de Golgi chez une cellule de tige d Oignon (d après Biologie cellulaire et moléculaire de Eduardo. D.P De Robertis 3 : nucléole 4 : enveloppe nucléaire - Le nombre de dictyosomes varie en fonction du type cellualire - Chaque dictyosome se présente sous forme d un empilement de saccules membraneux, discoïdaux et aplatis dépourvues de ribosomes (on note cependant la présence de ribosomes à l extrémité de celui-ci) et entourés de vésicules de sécrétion - Le dictyosome est une structure polarisée, on y distingue ainsi deux régions principales : La face cis : également appelée face proximale ou face de formation «dans certains ouvrages», a un aspect convexe et se trouve à proximité de l enveloppe nucléaire et du RE. Elle est caractérisée par la présence de vésicules de transition. Ces vésicules qui bourgeonnent à partir du RE, transportent les molécules synthétisées par celui-ci vers les saccules du complexe de Golgi où elles subiront les modifications finales avant leur exportation vers d autres sites. Les vésicules de transition participent également à la formation de nouvelles citernes pour l appareil de Golgi La face trans : (face distale ou face de maturation) : est convexe et est dirigée vers la membrane plasmique avec la quelle elle communique par le biais de vésicules de sécrétion

10 Entre ces deux zones, il est possible de distinguer une région médiane où les saccules comprennent des enzymes permettant la modification des protéines issues du RE Figure 8 : Les différentes zones d un dictyosome (d après Microbiologie par Lansing M NB : Les compartiments cités précédemment peuvent être mis en évidence par différents colorants : * Les saccules de la face cis se colorent plus fortement avec l osmium * Ceux de la face trans sont plus sensibles à l acide périodique et à la méthénamine, indiquant la présence de glycoprotéines à ce niveau 3)- Fonctions de l appareil de Golgi : 1)- Modifications post-traductionnelles des protéines : Toutes les protéines synthétisées au niveau des saccules du RE passent obligatoirement par le complexe de Golgi pour y subir de dernières modifications avant d être expédies vers d autres compartiments de la cellule ou bien hors de celle-ci - Ces modifications sont représentées par la glycosylation et la sulfatation - La glycosylation : Les protéines nouvellement synthétisées ont été déjà glycosylées «partiellement» au niveau du REG. L appareil de Golgi continu le travail de glycosylation en ajoutant des glucides terminaux qui définiront l adresse de la protéine au sein de la cellule lors du transport NB : la glycosylation concerne pas seulement les protéines mais également les lipides - La sulfatation : consiste en un transfert de sulfate vers la protéine et ceci grâce à une enzyme spéciale appelée sulfotransferase. Ce type de réaction est indispensable car il permet de rendre les protéines fonctionnelles

11 Donc : Glycosylation Protéine immature (sortant du RE) Appareil de Golgi Sulfatation Protéine mature prête à être exportée Figure 9 : Modifications post-traductionnelles des protéines au sein de l appareil de Golgi 2)- l appareil de Golgi se charge du tri des molécules avant leur exportation et ceci en se basant sur les séquences d adressage associées à celle-ci. Chaque molécule est ainsi dirigé vers un compartiment bien déterminé 3)- Production de membranes : après leur modification, les molécules matures sont expédiées vers la membrane plasmique via des vésicules de sécrétion, la fusion entre la membrane et ses vésicules permet le recyclage et le renouvellement de celle-ci. 4)- Mécanisme de transport des protéines dans l appareil de Golgi : Il s agit d une succession de bourgeonnement de vésicules et de leur fusion avec la membrane des saccules VI- Les lysosomes : «les petits estomacs de la cellule» 1)- Aperçu général : - Les lysosomes furent découverts pour la première fois en 1955 par un certain Christian De Duve et ceci grâce au développement des techniques de fractionnement cellulaire - Les lysosomes sont de petites vésicules de quelques nanomètres de diamètres dont la principale fonction est la digestion intracellulaire Figure 10 : Christain De Duve - Ils sont présents dans le cytoplasme de toutes les cellules eucaryotes mis à part les hématies

12 - Au microscope, les lysosomes ont un aspect hétérogène : ceci est dû a la grande diversité des substances qu ils ingèrent, Ils sont également très polymorphes : ils peuvent ainsi être sphérique ou bien de forme irrégulière, cette diversité de forme dépend également de leur contenu Figure 11 : Polymorphisme des lysosomes (d après Biologie Cellulaire par Marc Maillet, Elsevier Masson, 2006, 618 pp.) 1 : Lysosome 2 : Noyau 3 : Appareil de Golgi - Les lysosomes sont riches en enzymes hydrolytiques qui catalysent une dégradation rapide de macromolécules telles que les protéines, les glucides, les lipides et les acides nucléiques (ADN et ARN). - Ces enzymes «qui sont de nature protéique» sont tout d abord synthétisées par des ribosomes puis transférées vers les citernes du REG où elles sont entourées d une membrane pour les séparer du milieu environnant. Par la suite elles sont dirigées vers le complexe du Golgi qui se charge de les relâcher dans le cytoplasme sous forme de vésicules : Les lysosomes sont ainsi formés - Il existe une très grande variété d enzymes hydrolytiques au sein des lysosomes (elles sont à peu près une cinquantaine). Parmi ces enzymes on citera comme exemple : les protéases, les lipases, les glycosidases, les phosphatases acides, les nucléases etc. - Les enzymes lysosomiales ont besoin d un milieu acide pour bien fonctionner (compris entre 4 et 5). En période de latence le milieu interne des lysosomes perd son acidité alors les enzymes s inactivent dans ce cas les lysosomes sont appelés lysosomes primaires

13 - La membrane lysosomiale comprend Figure 12 : lysosome Des glycoprotéines : forment un écran protecteur pour les hydrolyses acides des pompes à protons H + servant à créer un milieu interne acide (ph entre 4 et 5) propice au bon fonctionnement des enzymes ou encore des perméases qui permettent d évacuer les molécules résultant de la dégradation - Si par accident il y avait rupture de la membrane d un lysosome et que son contenu se déversait dans le cytoplasme, ces enzymes ne causeraient aucun dégât à la cellule, car la ph du cytoplasme est neutre 2)- Fonctions des lysosomes: * Hétérophagie : consiste en la digestion de particules exogènes ayant pénétrées dans la cellule par endocytose tel que des nutriments ou des bactéries. Le processus de destruction se déroule au sein d un pahgolysosome qui n est que la fusion entre un phagosome et un lysosome primaire * Autophagie : L autophagie est un mécanisme d auto-digestion permettant la dégradation de protéines et d organites. Elle participe ainsi : - Au maintient de l homéostasie - À la longévité d une cellule par le renouvellement constant de son contenu - À l adaptation des cellules à des conditions de stress comme une carence en nutriments, des agressions par des substances génotoxiques 1 ou des pathogènes etc L autophagie commence par la formation d une vacuole à double membrane 2 qui englobe le matériel cellulaire destiné à être détruit : cette vacuole porte le nom d autophagosome 3. Ce dernier fusionne avec un lysosome primaire et forme un autophagolysosome : lieu ou se déroulera la digestion du matériel cellulaire englobé (1) : se dit d une substance ou d un rayonnement qui peut compromettre l intégralité du génome (2) : c est une portion du RE ou de l appareil de Golgi qui entoure le matériel cellulaire (3) : la formation de l autophagosome dépend d un ensemble de protéines appelées Atg

14 Figure 13 : Mécanisme de l autophagie (d après Biologie Cellulaire par Marc Maillet) Dans cette représentation, l autophagosome se forme à partir d une portion du complexe de Golgi *Remodelage des tissus par la destruction de nombreuses cellules : les lysosomes participent au remodelage tissulaire lors du processus de développement embryonnaire * Libération des enzymes lysosomiques dans le milieu extracellulaire : certaines cellules comme les ostéoclastes libèrent leur enzymes lysosomiales dans le milieu externe afin de détruire la trame osseuse pour être régénérée par d autres cellules appelées ostéoblastes. Ce processus est déclenché par l hormone parathyroïde * Les enzymes lysosomiales participent à la fécondation : Lors de la réaction acrosomique, les enzymes lysosomiales sont relâchées à proximité de l enveloppe protectrice de l ovule qu elles détruisent permettant l entrée du spermatozoide * Régulation de la sécrétion hormonale de la cellule * Stockage et dégradation de substances toxiques pour la cellule Figure 14 : Diagramme représentant les aspects dynamiques du système lysosomique (d après Biologie Cellulaire Eduardo.D.P. De Robertis et al) : Il existe une relation hautement étroite entre les lysosomes et les processus de phagocytose, pinocytose, exocytose et autophagie

15 3) Mode de fonctionnement des lysosomes : Lorsqu un lysosome primaire fusionne avec une vésicule d endocytose ou un autophagosome, les pompes à protons H + s activent et permettent un afflue important d ions hydronium causant une baisse du ph à l intérieur de la vésicule. Cette acidité active les enzymes hydrolytiques qui accomplissent leur travail de dégradation. NB : le ma V)- La voie sécrétoire : Dans les années 60, G. Palade et ses collaborateurs avaient réussi à établir l itinéraire que suivaient les protéines au sein de la cellule. Ces travaux ont aussi démontré que les protéines synthétisées n étaient pas directement sécrétées dans le cytoplasme mais transportées entre les différents compartiments cellulaires par le biais de vésicules. Les expériences de Palade combinaient deux techniques : la technique du pulse-chase 1 et l autoradiographie : Des acides aminés radiomarqués étaient injectés dans le pancréas de plusieurs hamsters qui était par la suite sacrifiés à différents temps (3min/7 min /120min). Les cellules acineuses du pancréas étaient ensuite fixées chimiquement, sectionnées et analysées par la technique d autoradiographie, ces analyses ont révélé que les protéines destinées à être sécrétés suivaient le trajet suivant : REG appareil de Golgi vésicules de sécrétion (elles fusionnent avec la membrane plasmique) milieu extérieur Figure 15 : La voie sécrétoire «l expérience de Palade» d après le cours du Professeur Michel SEVE «le réticulum endoplasmique» :

16 (1) : le pulse-chase est une technique usitée en biochime et biologie moléculaire qui permet d étudier un processus sue un temps déterminé VI)- Le trafic vésiculaire : Les différents compartiments du système endomembranaire communiquent entre eux par le biais de vésicules qui naissent du bourgeonnement d un compartiment donneur et fusionnent avec le compartiment accepteur Ces vésicules sphériques et d un diamètre compris entre 60 et 80 nm sont généralement recouvertes d un manteau de nature protéique lorsqu elles bourgeonnent du compartiment donneur, la vésicule perd son manteau une fois qu elle a fusionné avec le compartiment accepteur Il existe 3 types de vésicules à manteau : Des vésicules COPI : transportent les cargos (protéines) * de la face cis du complexe de Golgi vers le REG * de saccule en saccule dans l appareil de Golgi dans les deux sens rétrograde (centripète) et antérograde (centrifuge) * vers la membrane plasmique dans le cas de l exocytose constitutive Des vésicules COPII : transportent les cargos du REG vers les saccules de l appareil de Golgi Des vésicules à clathrine : interviennent dans : * la capture des molécules extracellulaires par endocytose au niveau de la membrane plasmique * le transport des molécules entre le réseau trans-golgi et le lysosome Ces vésicules suivent deux types de flux : Un flux centrifuge (antérograde) : se déroule dans l ordre suivant : 1- RE complexe de Golgi (vésicules à COPII) 2- au niveau du Golgi de saccule en saccule (vésicules COPI) 3- du trans Glogi membrane plasmique (COP I /clathrine 1 ) Lysosomes (via les endosomes) NB : certaines molécules endocytées comme les récepteurs peuvent être restituées à la membrane plasmique et ceci grâce à des vésicules à manteau Un flux centripète (rétrograde) : suit le trajet suivant : 1- membrane plasmique endosomes ( vésicules à clatrine dans le cas d une endocytose induite par des récepteurs) 2- endosomes lysosomes Appareil de Golgi 3- appareil de Golgi RE (vésicules à COPI) (1) : COPI : dans le cas d une exocytose constitutive et clathrine dans le cas d une exocytose contrôlé

17 Comment se forment les vésicules à partir du compartiment donneur? Le principe de formation d une vésicule reste presque le même pour les trois types de vésicules cités précédemment (voir page 16) à l exception de quelques différences : Vésicules à clathrine : * La formation d une vésicule commence tout d abord par le bourgeonnement d un fragment de membrane * Le bourgeonnement n est pas aléatoire, il nécessite l intervention d un ensemble de protéines qui imposent une courbure à la membrane et par conséquent initient la formation de la vésicule * Les clathrines se fixent aux récepteurs membranaires sous l intervention de l adaptine * l adaptine est une protéine cytosolique qui permet ainsi la formation d une cage rigide (manteau) autours de la vésicule * en parallèle la vésicule se remplie des protéines destinées à être transportées, celles-ci interagissent elles aussi avec les protéines membranaires Figure 16 : formation de la vésicule Les récepteurs membranaires se lient du côté cytosolique à l adaptine et du côté extracellulaire à ligand spécifique * la fermeture de la vésicule et sa séparation du compartiment donneur est réalisée par une autre protéine la dynamine qui a une activité GTPase : c'est-à-dire que son fonctionnement nécessite l intervention d une GTP)

18 Dynamine Figure 17 : Micrographie électronique illustrant le bourgeonnement d une vésicule Figure 18 : les étapes de formation d une vésicule à clathrine Dans cette micrographie on remarque l intervention de la dynamine dans le bourgeonnement de la vésicule, celle-ci se fixe à la portion de la membrane reliant la vésicule au compartiment donneur Vésicule COPI : * Sur la membrane d un compartiment donneur comme par exemple l appareil de Golgi existe une petite protéine G portant le nom d Arf1 celle-ci est liée à une molécule de GDP lorsqu elle est en état de latence * celle ci est activée par un échangeur «GEF» (G Exchange Factor) qui échange la GDP en GTP * Une fois activée Arf1 révèle son acide gras et s ancre à la membrane pour recruter un unique gros complexe appelé coatomère qui provoque la courbure de la membrane permettant la formation d une vésicule. La vésicule se détache du compartiment donneur sous l action de l adaptine * Une fois que la vésicule a bourgeonnée, ARF GAP stimule l hydrolyse du GTP en GDP sur Arf1, ce dernier qui a été inactivé se détache de la vésicule mais le coatomère reste lié à la vésicule * Le manteau COPI peut par la suite se dissocier rapidement ou au dernier moment avant la fusion

19 Figure 19 : Formation d une vésicule COPI Vésicule COPII : * Dans ce cas, Arf1 est remplacée par Sar1 et l échangeur GEF porte le nom de Sec12 * Une fois Sar1 activée, elle s ancre dans la membrane du compartiment donneur et recrute - Le complexe Sec23/Sec24 qui recrute à son tour via des protéines cytosoliques des protéines transmembranaires qui seront incorporées dans la vésicule - Le complexe Sec13/Sec31 qui se fixe sur le complexe précédent et renforce ainsi la coque protéique * La vésicule se» détache du compartiment qui lui a donné naissance sous l impulsion de l adaptine Figure 20 : Formation d une vésicule COPII Comment fusionnent les vésicules avec le compartiment accepteur : La fusion avec le compartiment accepteur se fait en 3 étapes : accrochage/ arrimage/ fusion 1)-Accrochage des vésicules : L attachement des vésicules au compartiment accepteur est spécifique : elle fait intervenir des facteurs d attachement. Cette spécificité de reconnaissance et assurée par des protéines de liaison au GTP appelées Rab * La protéine Rab est une petite protéine G monomérique qui est à l état soluble latent lorsqu elle est liée au GDP et active lorsqu elle est liée à une molécule de GTP *L échange du GDP en GTP est réalisé par un échangeur (GEF) 2)- Arrimage : les deux membranes de la vésicule et du compartiment accepteur s accolent l une sur l autre grâce à des protéines appelées SNARE

20 * Il en existe deux types : les v-snare qu on retrouve à la surface de la vésicule et t-snare qui se localise au niveau de la membrane du compartiment accepteur * Les deux protéines s emboitent l une sur l autre entrainant la fusion membranaire Figure 21 : Accrochage Figure 22 : Arrimage 3)- Fusion : La fusion commence donc quand les deux protéines SNARE entrent en communication, une fois cette fusion réalisée il est nécessaire de dissocier le complexe des SNARE * Le dissociation des SNARE est assurée par la protéine SNAP et l énergie nécessaire à cette dissociation est fournit par NSF qui hydrolyse une molécule d ATP NB : Le Ca +2 est un élément indispensable à la fusion membranaire car il sert de pont électrostatique entre les membranes ou d activateur de protéines Les vésicules qui sont relâchées ne se déplacent pas librement dans le cytoplasme mais elles dépendent de petits moteurs moléculaires marchant le long des fibres du cytosquelette tel que les microtubules Vésicule Moteur moléculaire Figure 23 : déplacement des vésicules à l aide des microtubules du cytosquelette Microtubule

21 Les mécanismes d adressage et de rétention des protéines spécifiques à chaque compartiment : * Ces signaux sont indispensables pour le maintient des caractéristiques moléculaires de chaque compartiment * Il existe deux types de signaux : - Des signaux d adressage : qui amènent la protéine au compartiment de destination - Des signaux de rétention : qui retiennent la protéine dans son compartiment * Ces signaux concernent à la fois les protéines solubles et membranaires * Pour ce qui est des protéines destinées à être secrétées, elles doivent se lier à des récepteurs membranaires * Signaux d adressage et de rétention dans le RE et l appareil de Golgi : a) protéines transmembranaires : - Les signaux sont portés par le domaine cytosolique de la protéine - La séquence KKXX (lysine-lysine-x-x) est le signal d adressage et de rétention - Cette séquence est reconnue par les protéines du manteau lors du trafic vésiculaire b) protéines solubles : - Dans ce cas la protéine s achève par la séquence KDEL - Ce type de protéines sort du REG où elles ont été synthétisées en direction de l appareil de golgi en suivant le flux centrifuge - au niveau de la membrane du Golgi elles retrouvent un récepteur qui leur est spécifique appelé ERD - ERD possède également une séquence d adressage de type KKXX qui lui permettra de faire retourner la protéine KDEL à son compartiment d origine (le REG) - ERD possède en plus une autre séquence qui va lui permettre de retourner à l appareil de Golgi - C est de cette manière qu ERD fait la navette entre le REG et l appareil de Golgi

22 Figure 24 : Les signaux d adressage et de rétention entre le REG et l appareil de Golgi Protéine sans signal de rétention dans le RER Protéine solubles KDEL Séquence d'adressage au Golgi ERD récepteur des protéines KDEL VII- Références : Bibliographie : P.Raven, J. Losos, G. Johnson, S. Singer, Biologie, de boeck, 1 ère édition, 2007, 1250pp. M. Maillet, Biologie cellulaire, Elsevier Masson, 10 ème édition, 2006, 618pp. G. Karp, J. Bouharmont, J-C. Wissocq, Biologie cellulaire et moléculaire, De Boeck Université, 2 ème édition, 2004, 850pp. E.D.P De Robertis, E.M.F De Robertis et al,biologie cellulaire et moléculaire, Presses Université Laval, 1983, 758pp. G.M Cooper, La cellule : Une approche moléculaire, De Boeck Université, 1999, 706pp. Webographie : ebiologie : cours de biologie. [en ligne]. Le réticulum endoplasmique. Pr. Michel SEVE. Biologie cellulaire 1 ère année (PAES) Grenoble- 2010/2011. [document pdf]. L appareil de Golgi. Pr. Michel SEVE. Biologie cellulaire 1 ère année (PAES) Grenoble- 2010/2011. [document pdf]. Vésicules et endosomes. Pr. Michel SEVE. Biologie cellulaire 1 ère année (PAES) Grenoble- 2010/2011. [document pdf]. Trafic Membranaire. Cours Bicat-Larib. [en ligne]. Trafic des protéines, déplacement des vésicules. [en ligne].

23 Architecture molaculaire de la membrane du réticulum endoplasmique. Sciencebio.com-fac bio-. [en ligne]. Le réticulum endoplasmique, wikipédia. [en ligne]. Réticulum endoplasmique, Dr TAIBI Faïza. [document pdf]. Camilo Golgi ( ), Jean-Yves Goudrol «Médarus». [en ligne]. Ce document est soumis à une licence Creative Commons Si vous souhaitez connaitre les termes exacts de ce contrat, consultez la page suivante :