Transport du réseau trans-Golgien à l`extérieur de la cellule
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TRAFIC DES VÉSICULES DANS LA CELLULE TRAFIC VÉSICULAIRE INTRA-CELLULAIRE I. II. III. IV. V. 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 2 V - EXOCYTOSE 3 Schéma du routage 4 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 5 Finalité • Protéines et lipides de la membrane • Sécrétion (protéines solubles) • Exocytose : fusion des vésicules avec la membrane plasmique – Matrice extra cellulaire –… 6 Plan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 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 7. Cas particulier : la vésicule synaptique 7 1 - Les deux voies de sécrétion 1. Sécrétion constitutive – – Dans toutes les cellules Renouvellement des membranes 2. 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… 8 • Les deux voies de sécrétion : viennent toutes les deux du TGN Fig 13-54 9 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 10 • Les trois sorties du Golgi Fig 13-55 11 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 12 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 13 Sécrétion a. b. c. d. e. Agrégation Ségrégation Concentration Maturation Exocytose 14 a - Agrégation des molécules • Grâce à des signaux inconnus… • …probablement communs à toute une classe de protéine 15 b - Ségrégation • Mécanisme des lysosomes improbable (cargo beaucoup trop gros) • Mécanisme se rapprochant de la phagocytose de la membrane plasmique 16 c – Concentration • 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 17 • Formation des vésicules sécrétoires : agrégation et concentration • Par acidification du milieu • Par retour de membrane et de contenu luminal Clathrine-or Vésicule sécrétoire immature proinsuline clathrine Vésicule sécrétoire mature insuline pas de clathrine Fig 13-56 Cellule à insuline 18 Fig 13-57 • Exocytose de vésicules sécrétoires 19 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 20 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 21 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 22 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 23 • 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 Lobe intermédiaire Fig 13-58 24 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 cotranscriptionnelle • Évite l’activation prématurée des enzymes hydrolytiques qui causerait un dommage à la cellule 25 e – Exocytose • cf. généralités sur les mécanismes moléculaires du trafic des vésicules 26 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 27 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 28 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 » 29 3 – Sécrétion régulée : le mastocyte • Mastocyte histamine • Récepteurs à l’histamine à la surface du mastocyte • Histamine manifestations allergiques 30 • Exocytose dans des mastocytes de rat en microscopie électronique • Exocytose massive sur toute la surface de la cellule Fig. 13-59 Mastocyte au repos Stimulant extra cellulaire soluble31 • Exocytose dans des mastocytes de rat en microscopie électronique • Exocytose localisée Fig. 13-60 32 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 33 Lymphocyte killer • Exocytose localisée sur la cible • Cf. cours d’immunologie 34 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) 35 Devenir de la vésicule • Contenu extérieur • Membrane : protéines lysosomes • Très important quantitativement – Cellule pancréatique : apport 900 m2 pour une surface de 30 m2 36 Maintien de la surface • Cellule en équilibre Flux entrée = flux sortie • Cellule en croissance Flux entrée > flux sortie 37 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 a. Cellule épithéliale b. Cellule nerveuse 38 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 39 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 40 • Comparaison de deux types de cellules polarisées Fig. 13-61 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 41 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 42 • Les deux modes de tri des protéines de la membrane plasmique dans une cellule épithéliale polarisée Fig. 13-62 eg : hépatocyte eg : cellule digestive 43 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) 44 Protéines membranaires liées au GPI • S’associent aux glycosphingolipides dans les radeaux lipidiques qui se forment dans le TGN • • Dirigées vers la membrane apicale 45 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 46 • Radeau lipidique dans le TGN –Sera emballé dans une vésicule de transport qui le transportera au domaine apical de la membrane plasmique Fig. 13-63 47 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 48 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 49 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 50 Contenu de la membrane d’une vésicule synaptique • Protéines qui transportent le neurotransmetteur synthétisé dans le cytosol vers la vésicule 51 • • Formation d'une vésicule synaptique Noter le recyclage du transporteur de neuromédiateur Fig. 13-64 52
