TRAFIC MEMBRANAIRE (SUITE)

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1 TRAFIC MEMBRANAIRE (SUITE) 2) Au-delà de l appareil de Golgi a) Tri moléculaire dans le réseau trans-golgien A la sortie de l appareil de Golgi, les molécules peuvent prendre différentes voies. Le réseau trans golgien a une fonction de tri des molécules (Cf. intro du cours) : La voie constitutive (vers la membrane plasmique), la voie régulée via les grains de sécrétions et une voie vers les endosomes et les lysosomes. Dans les cellules polarisées, il existe un dédoublement de certaines voies. b) Les grains de sécrétion Les grains de sécrétion sont reliés à l exocytose régulée. Ils bourgeonnent à partir du trans golgi grâce à la clathrine. Après bourgeonnement, on peut observer une maturation du grain de sécrétion : -la condensation Le contenu des grains de sécrétion peut être condensé jusqu à 200 fois. On obtient une structure cristalline tellement condensée qu elle est visible en ME (dense aux électrons). - la maturation protéolytique parfois (les protéines sont coupées en certains endroits). La maturation d une même chaîne peptidique peut être différente d un type cellulaire à l autre. Ex : la pro-opiocortine, précurseur de plusieurs médiateurs, est synthétisée au niveau de l hypophyse puis est découpée en : - ACTH (corticotropine) et β-lipotropine dans le lobe antérieur de l hypophyse, - α-msh, β-msh, β-endorphine et γ-lipotropine dans le lobe intermédiaire. Puis si ces grains de sécrétions reçoivent un signal (électrique, métabolique ou liaison du médiateur à son récepteur), ils fusionnent à la membrane plasmique. Ce signal est souvent un flux calcique = augmentation [Ca2+] cytosolique. Cette augmentation a une origine variée : stimulation électrique, liaison d un médiateur, etc La sécrétion régulée concerne les protéines solubles et les constituants membranaires : des constituants membranaires néo-synthétisés et des constituants membranaires internalisés à partir de la membrane (système de mise en réserve des récepteurs). On a alors des cycles endocytose/exocytose. L exocytose régulée fait intervenir les microfilaments d actine via la myosine I. c) La sécrétion constitutive C est la voie «normale» par défaut des protéines et des lipides. Elle ne nécessite pas de signal et se déroule perpétuellement. Des vésicules bourgeonnent à partir du réseau trans golgien (on ne sait comment) puis fusionnent avec la membrane plasmique. La sécrétion constitutive ou exocytose se fait pour les composés solubles. Dans les cellules épithéliales (qui sont polarisées), cette voie est dédoublée. d) Le récepteur au mannose-6-phosphate Le récepteur au m6p est lié à la voie qui se dirige vers les lysosomes.

2 UDP-GlcNac est ajouté dans l'appareil cis Golgi sur le mannose en 6. Cette modification ne s'effectue que sur certaines protéines. Puis il y a clivage entre les deux phosphates (en clair on obtient une protéine avec un Man qui porte un phosphate en position 6) L enzyme qui modifie le mannose, reconnaît la protéine dans sa globalité. Elle doit donc être correctement repliée pour qu il y ait modification. A partir du réseau trans golgien, il y a bourgeonnement de vésicules de clathrine qui portent des récepteurs au m6p (qui reconnaissent donc les protéines présentant le m6p). Les protéines qui vont être incorporées aux vésicules sont en fait des protéines lysosomiales. Les vésicules porteuses de protéines avec un mannose-6-phosphate (et les récepteurs associés) vont aller vers l'endosome tardif. L endosome tardif est un compartiment où se trouve une pompe à protons H + permettant d obtenir un ph=5. A ph 5, le récepteur au m6p n a plus d affinité avec le m6p ainsi il y a dissociation entre la protéine portant le m6p et le récepteur dans l endosome tardif. La protéine transportée reste dans l endosome mais perd son groupement phosphate : même si le ph change, la protéine ne sera plus reconnue par le récepteur au m6p. Le récepteur est recyclé dans une vésicule : il retourne au réseau trans golgien pour capturer de nouvelles protéines avec un résidu m6p. Ainsi, les vésicules ne contiendront que les protéines transportées : des hydrolases lysosomiales. e) Tri dans les cellules polarisées Il s'agit de cellules avec une membrane plasmique, séparée en 2 domaines par une jonction serrée. Elle empêche le mélange des protéines et des lipides entre les domaines baso-latéral qui fait face au milieu intérieur et le domaine apical qui fait face à la lumière de l organe. Virus de la grippe : se forme uniquement sur le domaine apical. Virus de la stomatite vésiculaire (virus vétérinaire) : se forme sur le domaine baso latéral mais il n y a pas de production virale au niveau du domaine apical. Il existe deux voies directes : Du réseau trans golgien au domaine apical Différents types de signaux permettent de récupérer les protéines : les ancres glypiées, les carbohydrates N-liés et O-liés (oligosaccharides), et des signaux peptidiques (dans le domaine cytoplasmique (réagit avec le CSQ), exoplasmique ou transmembranaire). Les vésicules se forment grâce à la cavéoline. Du réseau trans golgien au domaine baso latéral Les protéines présentes des signaux pour aller vers ce domaine. Ce sont de petits signaux peptidiques proches des signaux permettant l endocytose. Ils sont présents sur la partie cytoplasmique des protéines transmembranaire destinée à être incorporée dans les vésicules. Le manteau permettant la formation des vésicules n est pas identifié. Il existe une voie indirecte : des protéines, destinées au domaine apical, vont d'abord sur le domaine baso-latéral, y sont internalisées dans des vésicules puis sont transportées vers le domaine apical. Les grains de sécrétion fusionnent directement avec le domaine de destination finale : une fois fusionné, il n y a pas de récupération du contenu possible.

3 f) Le transport axonal Le neurone est une cellule polarisée très différente de la cellule épithéliale. La membrane du corps cellulaire et des dendrite présente beaucoup d homologies avec le domaine baso-latéral. La membrane de l axone est équivalente au domaine apical. Les axones peuvent être très long (>1m), la diffusion simple prendrait donc beaucoup de temps. Il existe un mode de transport actif qui se fait le long du cytosquelette de l axone : le transport axonal. Le transport de matériel du corps cellulaire vers la synapse est assuré par des vésicules le long des microtubules grâce à des kinésines (moteur protéique). C est le transport antérograde rapide : 3-4,5 µ/s = cm/jour. Il assure le transport de vésicules, de REL et de petits granules. Les vésicules finissent leur trajet sur des microfilaments d actine puis fusionnent avec la membrane synaptique. Le transport inverse est appelé rétrograde rapide, il est deux fois plus lent : 1,5-2,5 µ/s = 10-20cm/jour. Il se fait toujours sur les microtubules mais grâce à la dynéine et permet le transport de matériel pré lysosomial et de substances prêtes à être dégradées. Il existe une 3 e catégorie de transport : le transport axonal lent d éléments du cytosquelette mais il est mal connu. 3) L exocytose régulée a) Mise en réserve au niveau des neurones Elle concerne des constituants membranaires internalisés pour mise en réserve (récepteur, transporteur). Il existe un cas particulier d exocytose régulée : les vésicules synaptiques au niveau des synapses. Les protéines sont synthétisées au niveau du REG (dans le corps cellulaire) puis transportées à la synapse. Ces protéines membranaires sont surtout des pompes à neurotransmetteurs qui peuvent être endocytées et mises en réserve dans des vésicules. Une fois la vésicule pleine de neurotransmetteurs, elle sera utilisée en fusionnant avec la membrane synaptique grâce à un signal électrique. Le neurotransmetteur est alors libéré dans la fente synaptique. Les protéines vont à nouveau être endocytées pour former de nouvelles vésicules (recyclage). Il s agit d un recyclage efficace d éléments coûteux lors de leur synthèse et de leur transport. III. ENDOCYTOSE Membrane petites vésicules structures intermédiaires endosomes lysosomes 1) La pinocytose Parfois on parle d endocytose au lieu de dire pinocytose. La pinocytose est accomplie par tous les types cellulaires. C est l endocytose de petites vésicules qui contiennent du liquide, il s agit donc d une internalisation de liquide qu on appelle aussi «endocytose en phase fluide». Les vésicules sont recouvertes de clathrines dans la majorité des cas, mais il peut aussi s agir de cavéoles ou d autres mécanismes.

4 Une vésicule se forme depuis la membrane plasmique et s'en détache. Rapidement, elle fusionne avec un endosome précoce. L'endosome précoce présente une pompe à protons H+ donc le ph de cet endosome est abaissé à 5. A ph 5, il y a en général dissociation entre le récepteur et son ligand. Le ligand, libre dans la lumière de l'endosome, va être transporté vers l endosome tardif puis au lysosome où il sera dégradé. Le récepteur va être recyclé dans la membrane plasmique par le biais de vésicules La pinocytose est différente de «l endocytose par l intermédiaire de récepteurs» 2) Les endosomes précoces Des vésicules amènent les protéines aux endosomes précoces dans lesquels on a recyclage des récepteurs vers la membrane plasmique alors que les ligands dissociés continuent leur chemin vers les endosomes tardifs 1) Les récepteurs β-adrénergiques Ce sont des récepteurs à 7 domaines TM couplés à une protéine G hétérotrimérique. Le ligand, l adrénaline, se fixe sur le récepteur. Le récepteur ainsi activé, transmet le signal puis relargue le ligand. Il est phosphorylé puis mis en réserve dans des vésicules : ceci diminue le nombre de récepteurs β- adrénergique. La cellule est alors moins sensible à l adrénaline => C est la désensibilisation (adaptation négative). Grâce à l exocytose régulée, les récepteurs sont «remis» sur la membrane. 2) Le récepteur à l EGF Il est retrouvé sur la membrane. Lorsqu il se lie à l EGF, il est reconnu par des adaptines pour se rendre vers des puits de clathrines et être internalisé. 50% des récepteurs se séparent de l EGF dans l endosome précoce. 50% des récepteurs restent dans le lysosome et seront donc détruits en même temps que l EGF. Pour répondre à une nouvelle stimulation à l EGF, de nouveaux récepteurs sont synthétisés dans le RE puis transportés à la membrane. C est un système important : l EGF est un facteur de croissance, ces récepteurs sont donc impliqués dans les signaux de prolifération : si trop de signal => cancérisation 3) Le récepteur aux LDL (= lipoprotéine de faible densité) Il est tout le temps présent au niveau des puits recouverts de clathrines. Les LDL transportent le cholestérol dans le sang. Au cœur des LDL, on trouve des esters de cholestérol dont le groupement OH (partie hydrophile) est utilisé => molécule très hydrophobe. Autour de ce cœur : monocouche de phospholipides et de cholestérol. La particule devient soluble et transportable dans le sang. De plus une protéine organise la molécule et est reconnue par le récepteur au LDL. Après internalisation, récepteurs+ligands sont transférés vers l endosome où il y aura dissociation : le LDL continue dans le lysosome où il sera dégradé.

5 Les esters de cholestérol sont hydrolysés en cholestérol ( synthèse de membranes), et en acide gras ( synthèse de lipides). La présence de cholestérol contrôle la synthèse endogène de cholestérol et la synthèse des récepteurs au LDL. Il existe une maladie autosomique dominante rare, l'hypercholestérolémie familiale (taux de cholestérol x6 à x10). Les LDL ne sont pas capturées, restent dans le sang et s'accumulent sur la paroi des vaisseaux. On parle d athérosclérose : elle entraîne un infarctus du myocarde avant 20ans (dès 2ans). 3 raisons différentes de cette maladie : - Pas de récepteur au LDL. Forme la plus radicale. - Récepteurs présents mais ne reconnaissent pas les LDL. - Il y a les récepteurs et les LDL, mais il n y a pas internalisation car ils ne sont pas reconnus par les adaptines. Cela a permis de reconnaître la séquence particulière reconnue par les adaptines (Asp-Pro-X-Tyr) 4) Le récepteur à la transferrine Transferrine : protéine qui transporte le fer dans le sang Ferrotransferrine : transferrine associée à 3 ions Fe3+. A ph 7, la ferrotransferrine est reconnue par le récepteur à la transferrine. Le récepteur (lié à son ligand) est endocyté (puits de clathrines) puis est envoyé à l endosome précoce. Au niveau de l endosome, règne un ph faible grâce aux pompes à protons : il y a dissociation entre les ions fer et la transferrine, on obtient alors de l apotransferrine (=transferrine sans fer) qui reste associée au récepteur. Les ions Fe3+ passent dans le cytoplasme pour être utilisés par la cellule Le récepteur lié à l apotransferrine est renvoyé à la membrane où le ph=7 : à ph 7 l apotransferrine n est plus reconnu par le récepteur à la transferrine, elle se détache. L apotransferrine retourne capter des ions fer (recharge en fer au niveau du foie), le récepteur est prêt pour un 2 cycle.

6 3) Les endosomes tardifs Pour ce qui est du passage endosome précoce/ endosome tardif (on ne sait pas trop) : -soit l endosome précoce recycle les récepteurs vers la membrane plasmique, se déplace vers l intérieur de la cellule et il y a maturation en un endosome tardif -soit ce sont des compartiments stables : l endosome précoce est toujours précoce, l endosome tardif est toujours tardif et des vésicules circulent entre les deux. Les endosomes tardifs reçoivent des vésicules en provenance du Golgi et le récepteur au man6p. Une fois qu il n y a plus de récepteur au man6p, l endosome tardif devient lysosome 4) Les lysosomes Organite membranaire qui présente une pompe à protons. C est l organiste de destruction. Le ph 5 est proche du ph optimum des hydrolases contenues dans le lysosome ; ce sont des protéases, nucléases, lipase, glucosidase, sulfatase On trouve donc dans ces lysosomes du matériel capable de détruire toute la cellule 1) Fonctionnement normal Organite membranaire qui présente une pompe à protons. C est l organiste de destruction de la cellule contenant les enzymes lysosomiales. Le ph 5 est proche du ph optimum des hydrolases contenues dans le lysosome ; ce sont des protéases, nucléases, lipase, glucosidase, Les hydrolases peuvent donc dégradées toutes les structures biologiques en aa, sucres et AG pour être réutiliser. A ph 7, ces enzymes sont inactives = sécurité en cas de rupture du lysosome. De plus, la membrane du lysosome est particulière puisque insensible à l action de ces enzymes. 2) Les maladies de surcharge Dans les maladies de surcharge, il y a accumulation de substances dans le lysosome : les produits s accumulent, le lysosome se distend puis explose, la cellule souffre Il existe 2 types de maladies : soit une enzyme particulière est absente (c est le substrat de cette enzyme qui s accumule dans le lysosome), soit c est le système du récepteur au man6phosphate qui est défectueux. Ex : Mucopolysaccharidose de type 2 : maladie de surcharge dans la quelle le système du m6p est défectueux. Il y existe quand même un transport d hydrolases vers le lysosome (mécanisme de sauvetage) mais il est faible et peu efficace. L activité lysosomiale est donc très faible. On observe des retards mentaux, certains patients atteignent l âge adulte. Maladie de Tay-Sachs (récessive) : une glycosidase (censé agir sur des glycosphingolipides du cerveau) est inactive. On observe une accumulation de ces glycosphingolipides dans des vacuoles du cytoplasme du neurone. Le neurone devient inactif. La maladie entraîne un retard mental dès 6 mois et un décès vers 2 ans. Cependant à l état hétérozygote, cette maladie confère un avantage chez certaines populations : on s est aperçu que la présence d un allèle normal et d un allèle muté diminuait les risques de tuberculoses dans des populations exposées. Mais si la fréquence de l allèle augmente alors la fréquence de la maladie augmente aussi Maladie de Gaucher, etc 5) La phagocytose

7 La phagocytose est l endocytose de grosses particules à l échelle de la cellule (particules de charbon, cellule plus petite, bactérie, érythrocyte). Lors de la phagocytose, la membrane plasmique recouvre la particule à internaliser : les expansions émises par la membrane sont appelées pseudopodes et formés de microfilaments d actine. Les pseudopodes se referment l un sur l autre formant une vésicule : le phagosome. Ce dernier fusionne avec un lysosome primaire pour donner un lysosome secondaire dans lequel la particule va être dégradée. Ce processus permet de contrôler les infections bactériennes. L autophagie permet de se débarrasser d un organite. Un élément du RE entoure un organite. Il y a formation d un saccule qui se détache puis va fonctionner comme un phagosome mais on parle d autophagosome. 6) La transcytose Dans les cellules épithéliales, on trouve un endosome précoce apical (à partir du domaine apical) et un endosome précoce baso-latéral. Par contre les endosomes tardifs puis les lysosomes sont communs aux deux domaines. En fait, la transcytose est un transport trans cellulaire qui concerne : -un transport à partir de l'endosome apical vers la membrane baso-latérale. -le transport de l'endosome baso-latéral vers la membrane apicale. Au niveau de l intestin, il y a transport d anticorps particuliers vers la lumière du tube digestif. Dans le rein, la transcytose permet la capture de protéines (échappées dans l urine primitive) puis leur transport vers le milieu intérieur. Ce document, ainsi que l intégralité des cours de P1, sont disponibles gratuitement à l adresse suivante :