TRAFIC DES VÉSICULES DANS LA CELLULE Lundi 15 octobre 2007 TRAFIC DES VÉSICULES DANS LA CELLULE

TRAFIC VÉSICULAIRE INTRA-CELLULAIRE Les mécanismes moléculaires du transport par membrane et le maintien de la diversité des compartiments Transport à partir du reticulum endoplasmique à travers le Golgi Transport du TGN vers les lysosomes Transport depuis la membrane plasmique vers l'intérieur de la cellule : endocytose Transport du TGN vers l'extérieur de la cellule : exocytose

Lundi 15 octobre 2007 V - EXOCYTOSE p757

Lundi 15 octobre 2007 Schéma du routage #1p757

Lundi 15 octobre 2007 Introduction On a vu le système digestif interne de la cellule qui se termine dans le lysosome On revient au Golgi dont les voies se terminent à l'extérieur de la cellule p757

Finalité Protéines et lipides de la membrane Lundi 15 octobre 2007 Finalité Protéines et lipides de la membrane Sécrétion (protéines solubles) Exocytose : fusion des vésicules avec la membrane plasmique Matrice extra cellulaire … p757

Plan Trafic des protéines Les vésicules sécrétoires Sécrétion régulée Exocytose et trafic de membranes Exocytose et cellules polarisées Rôle des radeaux lipidiques de la membrane plasmique apicale Cas particulier : la vésicule synaptique

1 - Les deux voies de sécrétion Lundi 15 octobre 2007 1 - Les deux voies de sécrétion Sécrétion constitutive Dans toutes les cellules Renouvellement des membranes Sécrétion régulée Que dans les cellules sécrétrices Stockage dans des vésicules sécrétoires (Liaison à des macromolécules spécifiques) Nécessite un signal extra-cellulaire Eg : hormones, neuro-transmetteurs, enzymes digestives… p757

Les deux voies de sécrétion : viennent toutes les deux du TGN Lundi 15 octobre 2007 Fig 13-54 P757

Les deux choix Il y a un signal Il n'y a pas de signal Lysosome Lundi 15 octobre 2007 Les deux choix Il y a un signal Lysosome Sécrétion Il n'y a pas de signal Surface = voie par défaut Comme si les molécules étaient dirigées automatiquement du Golgi vers la surface #1p758

Lundi 15 octobre 2007 Les trois sorties du Golgi Fig 13-55 #1p758

Lundi 15 octobre 2007 Devenir des protéines de la lumière du Golgi en fonction du type de cellule Cellule non polarisée (leucocyte ou fibroblaste) Vers la surface cellulaire par la voie constitutive Ou retour au réticulum endoplasmique Ou retenue comme protéine résidente dans le Golgi Ou sécrétion régulée Ou lysosome Cellule polarisée Plus compliqué car domaines dans la membrane plasmique #1p758

2 - Vésicules sécrétoires Lundi 15 octobre 2007 2 - Vésicules sécrétoires Présentes que dans les cellules sécrétrices = granules sécrétoires = grains de sécrétion Se forment dans le réseau trans du Golgi Libèrent leur contenu par exocytose à la suite d'un signal #2p758

Sécrétion Agrégation Ségrégation Concentration Maturation Exocytose Lundi 15 octobre 2007 Sécrétion Agrégation Ségrégation Concentration Maturation Exocytose #2p758

a - Agrégation des molécules Lundi 15 octobre 2007 a - Agrégation des molécules Grâce à des signaux inconnus… …probablement communs à toute une classe de protéine #2p758

Lundi 15 octobre 2007 b - Ségrégation Mécanisme des lysosomes improbable (cargo beaucoup trop gros) Mécanisme se rapprochant de la phagocytose de la membrane plasmique #2p758

c – Concentration Lundi 15 octobre 2007 Au départ simple bourgeonnement du TGN appelée vésicules sécrétoires immatures Puis concentration Par retour de membrane vers les endosomes Acidification du contenu de la lumière Toutefois concentration modérée par rapport à celle qui survient à la sortie du RE #2p759

Lundi 15 octobre 2007 Formation des vésicules sécrétoires : agrégation et concentration Par acidification du milieu Par retour de membrane et de contenu luminal Clathrine-or Fig 13-56 Vésicule sécrétoire immature  proinsuline  clathrine #2p760 Vésicule sécrétoire mature  insuline  pas de clathrine Cellule  à insuline

Fig 13-57 Exocytose de vésicules sécrétoires Lundi 15 octobre 2007 #2p760 Exocytose de vésicules sécrétoires

Lundi 15 octobre 2007 d – Maturation Se fait souvent par protéolyse pendant la formation de la vésicule Activation des précurseurs inactifs en molécules actives par protéolyse (hormones polypeptidiques et neurohormones) Où ? Débute dans le TGN Se continue dans la vésicule sécrétoire Et dans l’espace extra cellulaire #3p760

Exemples de maturations de polypeptides : 1 - Clivage d’un propeptide – N terminal Synthèse initiale comme pré-pro-peptide dans le réticulum endoplasmique Pré-pro-peptide  pro-peptide par ablation du peptide signal dans le réticulum endoplasmique Pro-peptide  peptide par maturation dans la vésicule

Exemples de maturations de polypeptides : 2 - Synthèse initiale comme polyprotéine dans le réticulum endoplasmique contenant de nombreuses copies de la même séquence d’acides aminés

Exemples de maturations de polypeptides : 3 - Synthèse initiale comme polyprotéine unique contenant de nombreuses protéines finales qui seront clivées de la chaîne polypeptidique initiale La même polyprotéine peut maturer pour produire des peptides différents dans des cellules différentes

Fig 13-58 Maturation alternative de la pro-opio-mélano-cortine (POMC) Lundi 15 octobre 2007 Maturation alternative de la pro-opio-mélano-cortine (POMC) Les concentrations d’enzyme de clivage varient en fonction du types de cellule Lobe antérieur de l’hypophyse : ACTH et -lipotrophine Lobe intermédiaire : -MSH, -lipotrophine, -MSH, -endorphine Lobe antérieur Fig 13-58 Lobe intermédiaire #3p760

Lundi 15 octobre 2007 Pourquoi cette maturation protéolytique est-elle si commune dans la sécrétion ? Certains peptides sont trop petits (encéphalines 5 ) pour être transportés dans la lumière du réticulum endoplasmique de façon co-transcriptionnelle Évite l’activation prématurée des enzymes hydrolytiques qui causerait un dommage à la cellule #3p760-761

Lundi 15 octobre 2007 e – Exocytose cf. généralités sur les mécanismes moléculaires du trafic des vésicules #4p761

3 – Sécrétion régulée : le neurone Lundi 15 octobre 2007 3 – Sécrétion régulée : le neurone Vésicules sécrétoires appelées vésicules synaptiques Neuropeptides synthétisés dans le corps cellulaire puis transportés à l’extrémité de l’axone Moteurs le long des microtubules #4p761

Exocytose dans le neurone Lundi 15 octobre 2007 Exocytose dans le neurone Potentiel d’action transmis vers la terminaison nerveuse  influx de Ca++ à travers des canaux calciques voltage dépendants  activation des vésicules sécrétoires  libération du contenu #4p761

Libération de la vésicule synaptique Lundi 15 octobre 2007 Libération de la vésicule synaptique Phénomène très rapide Appariement des SNAREs Mais enroulement incomplet des hélices Protéines qui retardent l’enroulement des 4 hélices et empêchent la fusion Peu de vésicules utilisées à chaque fois Stock de vésicules prêtes à « la mise à feu » #4p761

3 – Sécrétion régulée : le mastocyte Lundi 15 octobre 2007 3 – Sécrétion régulée : le mastocyte Mastocyte  histamine Récepteurs à l’histamine à la surface du mastocyte Histamine  manifestations allergiques #5p761

Exocytose dans des mastocytes de rat en microscopie électronique Exocytose massive sur toute la surface de la cellule Lundi 15 octobre 2007 Fig. 13-59 #5p762 Mastocyte au repos Stimulant extra cellulaire soluble

Lundi 15 octobre 2007 Exocytose dans des mastocytes de rat en microscopie électronique Exocytose localisée Fig. 13-60 #5p762

Lundi 15 octobre 2007 Le mastocyte Des segments de membrane plasmique fonctionnent indépendamment les uns des autres Ne répond pas comme un tout (# neurone) Une seule région de la cellule répond à l’excitation #5p762

Lymphocyte killer Exocytose localisée sur la cible Lundi 15 octobre 2007 Lymphocyte killer Exocytose localisée sur la cible Cf. cours d’immunologie #5p762

4 - Exocytose et trafic de membranes Lundi 15 octobre 2007 4 - Exocytose et trafic de membranes Exocytose = fusion de la vésicule avec la membrane plasmique  libération du contenu à l’extérieur  membrane s’intègre dans la membrane plasmique  agrandissement de la surface de la membrane Compensé par l’endocytose (cycle exocytose - endocytose) #6p762

Devenir de la vésicule Contenu  extérieur Lundi 15 octobre 2007 Devenir de la vésicule Contenu  extérieur Membrane : protéines  lysosomes Très important quantitativement Cellule pancréatique : apport 900 m2 pour une surface de 30 m2 #6p762

Lundi 15 octobre 2007 Maintien de la surface Cellule en équilibre  Flux entrée = flux sortie Cellule en croissance  Flux entrée > flux sortie #6p762

5 - Exocytose et cellules polarisées Lundi 15 octobre 2007 5 - Exocytose et cellules polarisées Présence de deux ou plus domaines dans la membrane des cellules polarisées Maintien de l’individualité de ces domaines ? 2 exemples Cellule épithéliale Cellule nerveuse #7p762

a - Cellule épithéliale Lundi 15 octobre 2007 a - Cellule épithéliale Domaine apical Regarde la lumière Souvent cils ou microvillosités Domaine baso-latéral Séparé par un anneau de tight junctions pour maintenir l’individualité des deux domaines #7p762

Lundi 15 octobre 2007 b - Cellule nerveuse Axones et terminaisons nerveuses  domaine apical des cellules épithéliales Corps cellulaire et dendrites  domaine baso-latéral des cellules épithéliales Composition en protéines différente #7p763

Fig. 13-61 Comparaison de deux types de cellules polarisées Lundi 15 octobre 2007 Les domaines des deux types de cellule sont séparés par des protéines associées au réseau d’actine Tight junction dans les cellules épithéliales Monticule dans les neurones Fig. 13-61 #7p763

Lundi 15 octobre 2007 Guidage des protéines vers le domaine baso-latéral de la membrane plasmique Les composants membranaires sont libérés n’importe où dans la membrane plasmique puis sont stabilisés ou éliminés. Les composants membranaires sont libérés directement dans leur localisation définitive eg : cellule digestive : Enzyme ou mucus  domaine apical Lame basale  domaine baso-latéral #8p763

Lundi 15 octobre 2007 Les deux modes de tri des protéines de la membrane plasmique dans une cellule épithéliale polarisée Fig. 13-62 #8p763 eg : hépatocyte eg : cellule digestive

6 – Rôle des radeaux lipidiques de la membrane plasmique apicale Lundi 15 octobre 2007 6 – Rôle des radeaux lipidiques de la membrane plasmique apicale Le membrane apicale des cellules (surtout digestives) est souvent enrichie en glycosphingolipides (rôle de protection enzymes digestives ou pH) On ne trouve des protéines membranaires liées au GPI que dans la membrane apicale (une protéine baso-latérale sur laquelle on a fixé un GPI va dans le domaine apical) #9p763

Protéines membranaires liées au GPI Lundi 15 octobre 2007 Protéines membranaires liées au GPI S’associent aux glycosphingolipides dans les radeaux lipidiques qui se forment dans le TGN  Dirigées vers la membrane apicale #9p763

Les radeaux lipidiques : rappel Lundi 15 octobre 2007 Les radeaux lipidiques : rappel Les radeaux lipidiques se forment dans le TGN par auto association de micro agrégats de glycosphingolipides et de cholestérol Les protéines membranaires à long domaine transmembranaire s’accumulent aussi dans les radeaux lipidiques Contiennent aussi préférentiellement les protéines membranaires liées au GPI Sélectionnent des molécules cargo et bourgeonnent du TGN pour former des vésicules qui vont au domaine apical de la membrane #9p763-764

Fig. 13-63 Radeau lipidique dans le TGN Sera emballé dans une vésicule de transport qui le transportera au domaine apical de la membrane plasmique Lundi 15 octobre 2007 Fig. 13-63 #9p764

7 - Cas particulier : la vésicule synaptique Deux types de vésicules sécrétoires dans le neurone (et certaines cellules endocrines) Vésicules à contenu dense comme toutes les autres cellules avec sécrétion régulée Vésicules synaptiques plus petites ( 50 nm de diamètre) mode de formation différente

Vésicules synaptiques Lundi 15 octobre 2007 Vésicules synaptiques Contiennent des neurotransmetteurs (acétylcholine,glutamate, glycine, GAGA…) Libèrent leur contenu en une fraction de milliseconde à l’arrivée d’un potentiel d’action à la terminaison nerveuse Certains neurones « font feu » plus de 1000 fois par seconde et il y a libération de neurotransmetteur à chaque fois Cette rapidité est possible parce que des vésicules sont prêtes Seulement quelques vésicules fusionnent avec la membrane plasmique en réponse à un potentiel d’action #10p764-765

Génération des vésicules synaptiques Lundi 15 octobre 2007 Génération des vésicules synaptiques Il faut un apport important et continu de vésicules Non pas à partir du Golgi du corps cellulaire Mais par recyclage de la membrane plasmique des terminaisons nerveuses Directement Sans passage par l’endosome #10p765

Contenu de la membrane d’une vésicule synaptique Lundi 15 octobre 2007 Contenu de la membrane d’une vésicule synaptique Protéines qui transportent le neurotransmetteur synthétisé dans le cytosol vers la vésicule #10p765

Fig. 13-64 Formation d'une vésicule synaptique Noter le recyclage du transporteur de neuromédiateur Lundi 15 octobre 2007 Fig. 13-64