Cage à clathrine Les triskélions / la clathrine Les puits et les vésicules mantelées sont recouverts sur leur face cytoplasmique de molécules de clathrine. La clathrine est composée d une chaine lourde (190 KDa) et d une chaine légère (25 KDa) Les molécules de clathrine, allongées et flexibles s associent pour former les triskélions. Ces trimères de clathrine représentent la forme native de la molécule. Les triskélions s assemblent sous les puits pour faire une cage qui emprisonnera la portion de membrane contenant les récepteurs à endocyter. Les triskélions forment pour cela des hexagones et des pentagones très réguliers.
Cage à clathrine et adaptateurs AP2 Les triskélions / la clathrine Chaine lourde Chaine légère (A) (B) (B) Dessin représentant un arrangement de 2 triskélions sur la face cytoplasmique d une vésicule recouverte de clathrine. Les chaines lourdes sont en rouge ou gris, les chaines légères en jaune. La superposition des bras des triskélions permet une structure solide et flexible. (A) Triskélions de clathrine (microscopie électronique)
Cage à clathrine et adaptateurs AP2 Les triskélions / la clathrine Manteau de clathrine composé de triskélions organisés en réseau de pentagones et d hexagones. Il faut noter les protubérances à l intérieur du manteau qui vont permettre le contact avec les adaptateurs. (schéma et reconstitution 3D) Etapes de formation de la vésicule mantelée. (Microscopie électronique)
Les adaptateurs AP2 (adaptateurs de type 2) Il y a dans le revêtement des puits une autre catégorie de complexe: les adaptateurs. Ces adaptateurs vont reconnaitre spécifiquement la partie cytoplasmique des récepteurs à endocyter. L AP2 reconnait spécifiquement certains récepteurs ancrés dans la membrane plasmique AP2 est constitué de 4 protéines:
Cage à clathrine et adaptateurs AP2 Les adaptateurs AP2 (adaptateurs de type 2) Partie cytoplasmique du récepteur à endocyter Adaptine α Adaptine β Sous-unité légère σ µ Sous-unité moyenne α β Clathrine Structure de l adaptateur de type 2 (AP2)
Cage à clathrine et adaptateurs AP2 Les adaptateurs AP2 (adaptateurs de type 2) Ligand Membrane plasmique Récepteur Cytoplasme COOH AP2 Clathrine
Le cycle d assemblage des puits mantelés Les adaptateurs solubles dans le cytoplasme se lient sur la face cytoplasmique des récepteurs Les triskélions se lient aux adaptateurs en interaction avec les récepteurs. Le puits mantelé est assemblé. Processus rapide; de l ordre de la minute à 37 C. Les vésicules bourgeonnent à partir des puits (processus mal connu, besoin d ATP). Demi-vie des vésicules mantelés courte: 1 à 2 min. Intervention d une ATPase de «démantèlement». Après désassemblage; clathrine et adaptateurs sont recyclés
Cage à clathrine et adaptateurs AP2 Le cycle d assemblage des puits mantelés Recyclage Clathrine et adaptateurs libres Vésicule mantelée Adaptateur Triskélion de clathrine Puits mantelé ATP Récepteur Ligand Membrane plasmique ATPase Vésicule «dé-mantelée» Assemblage du manteau Formation du bourgeon Formation de la vésicule Désassemblage
Reconnaissance adaptateur-récepteur: les motifs Seuls les protéines transmembranaires susceptibles d êtres reconnues par un adaptateur peuvent êtres endocytées. Les bases de la reconnaissance Adaptateur / Récepteur se situent dans la partie cytoplasmique du récepteur. Exemple de l adaptateur AP2: Grâce à la séquence de nombreux récepteurs ainsi qu à des expériences de mutagenèse dirigée 2 séquences sont systématiquement reconnues par AP2. Tyrosine YXXZ et NXXY Asparagine aa X aa hydrophobe (L, I, V, M, F, C, A)
Cage à clathrine et adaptateurs AP2 Reconnaissance adaptateur-récepteur: les motifs Ligands Membrane plasmique Recepteurs Cytoplasme COOH YXXZ COOH NXXY AP2 AP2 «Epingle à cheveux» (Exposée à la surface du domaine cytoplasmique du récepteur avec séquence consensus)
D autres adaptateurs permettent la formation de vésicules mantelées à partir de récepteurs situées dans différents compartiments Trans- Golgi network (TGN) AP4 AP1 AP2 Cytoplasme Endosomes AP3 Golgi Lysosomes : clathrine
Exemple de dérèglement de l endocytose: les hypercholestérolémies familiales Les récepteurs au LDL sont indispensables au métabolisme du cholestérol. Endocytose du cholestérol pour synthétiser les membranes Maintient à un faible niveau: 1,75g / L de plasma. Les hypercholestérolémies familiales sont des maladies génétiques autosomales dominantes qui touchent 1 personne sur 500 Les mutations touchent le gène codant le récepteur au LDL. Deux mutations connues qui dans tous les cas empêchent l endocytose des LDL Récepteur sans site de fixation pour le LDL Récepteur sans site de fixation pour l adaptateur AP2 Le résultat est une accumulation de LDL dans le sang avec des conséquences graves. Jusqu à 6,8g de cholestérol par litre de plasma. Accumulation de LDL sur les parois atériennes et accidents cardiaques prématurés par occlusion des artères coronaires. Sans traitement, les individus meurent de maladies cardiovasculaires avant leur 20 ans.
Exemple de dérèglement de l endocytose: les hypercholestérolémies familiales (A) Situation normale Récepteur au LDL Site de fixation Récepteur-AP2 AP2 LDL Clathrine Endocytose (B) Mutation dans le site de fixation pour AP2 Récepteur au LDL sans site de fixation pour AP2 Endocytose
Endocytose de larges particules: la phagocytose Mécanismes par lequel certaines cellules vivantes englobent et digèrent de larges particules. Mécanisme très primitif présent des protozoaires aux mammifères. Chez les amibes, la phagocytose sert à la capture et digestion des bactéries: rôle nutritionnel. Chez les vertébrés, la phagocytose sert à supprimer des bactéries ou des cellules endommagées: rôle immunitaire.
Endocytose de larges particules: la phagocytose Amibe Cellules phagocytaire Pseudopodes Algue verte (phagocytée) Globule rouge Bactéries Particule phagocytée Macrophage
Exemple de la phagocytose des bactéries chez les mammifères 1- Opsonisation: après blessure et invasion des tissus, les microorganismes vont êtres reconnus et opsonisés par les molécules du complément ainsi que par les anticorps naturels. «L opsonisation est le processus par lequel des particules ou des microorganismes sont recouverts de molécules qui le rende plus facilement phagocytable.» 2- Adhérence du microorganisme opsonisé à la cellule phagocytaire par l intermédiaire de récepteurs spécifiques du complément et des anticorps. 3- Internalisation de la particule opsonisée. Ce sont les filaments d actine qui interviennent majoritairement dans ce processus pour la croissance des pseudopodes. Ces pseudopodes finissent par recouvrir complètement la particule. 4- La vésicule se détache de la membrane (= phagosome) puis fusion aux lysosomes (= phagolysosome). 5- Dans le phagolysosome, la particule phagocytée sera détruite par protéolyse et/ou action d oxydants toxiques (spécifiques des macrophages).
Exemple de la phagocytose des bactéries chez les mammifères Bactérie opsonisée Pseudopodes Complément Anticorps Récepteur aux anticorps Macrophage Récepteur au complément Lysosomes_ Opsonisation Adhésion- Internalisation Formation du phagosome Fusion avec les lysosomes et lyse de la bactérie
Chez les mammifères, la phagocytose permet de supprimer les cellules apoptotiques L apoptose est un type de mort cellulaire programmée L apoptose est une suite d événements cellulaires très ordonnée qui conduit à la mort de la cellule Une cellule peut entrer en apoptose dans un but développemental, en réponse à des dommages subis ou quand infectée par certains virus. L élimination des cellules apoptotiques par phagocytose (macrophages) est indispensable pour l organisme. Les cellules apoptotiques sont spécifiquement reconnues par les macrophages puis phagocytés.
Endocytose de larges particules: la phagocytose Chez les mammifères: exemple de phagocytose de cellules apoptotiques durant le développement (A) (B) (A) Patte d embryon de souris traitées avec un marqueur spécifique des cellules apoptotiques. Les cellules en apoptose apparaissent en vert brillant. (B) Un jour après, l apoptose des cellules interdigitales et leur phagocytose ont éliminées le tissu entre les doigts en développement.
Reconnaissance des cellules apoptotiques par les cellules phagocytaires La membrane plasmique des cellules est un environnement dynamique dans lequel les protéines et les lipides ne sont pas fixes. Les phosphatidyléthanolamine (PE), phosphatidylsérine (PS), phosphatidylcholine (PC) et sphyngomyéline sont des phospholipides abondants dans la membrane plasmique. L asymétrie de la bicouche lipidique est fonctionnellement importante. En conditions normales, la phosphatidylsérine ne se trouve que sur la face interne de la membrane plasmique. Lorsque une cellule entre en apoptose, la phosphatidylsérine est transporté sur la face externe de la membrane et sera reconnue par un récepteur des macrophages (PSR).
Reconnaissance des cellules apoptotiques par les cellules phagocytaires Cellule en conditions normales PS PS PS Stress, décision développemental Cellule apoptotique PS PS PS PS PS PSR PS Macrophage