TRAFIC DES VÉSICULES DANS LA CELLULE

1. TRAFIC DES VÉSICULES DANS LA CELLULE

2. TRAFIC VÉSICULAIRE INTRA-CELLULAIRE • Les mécanismesmoléculairesdu transport par membrane et le maintien de la diversité des compartiments • Transport à partir du reticulum endoplasmique à travers leGolgi • Transport du TGN vers leslysosomes • Transport depuis la membrane plasmique vers l'intérieur de la cellule : endocytose • Transport du TGN vers l'extérieur de la cellule :exocytose

3. V - EXOCYTOSE

4. Schéma du routage

5. 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

6. Finalité • Protéines et lipides de la membrane • Sécrétion (protéines solubles) • Exocytose : fusion des vésicules avec la membrane plasmique • Matrice extra cellulaire • …

7. 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

8. 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…

9. Fig 13-54 Les deux voies de sécrétion : viennent toutes les deux du TGN

10. 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

11. Fig 13-55 Les trois sorties du Golgi

12. 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

13. 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

14. Sécrétion • Agrégation • Ségrégation • Concentration • Maturation • Exocytose

15. a - Agrégation des molécules • Grâce à des signaux inconnus… • …probablement communs à toute une classe de protéine

16. b - Ségrégation • Mécanisme des lysosomes improbable (cargo beaucoup trop gros) • Mécanisme se rapprochant de la phagocytose de la membrane plasmique

17. 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 concentrationmodérée par rapport àcelle qui survient à lasortie du RE

18. Fig 13-56 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 Cellule  à insuline

19. Fig 13-57 Exocytose de vésicules sécrétoires

20. 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

21. 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

22. 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

23. Exemples de maturations de polypeptides : 3 - Synthèse initiale comme polyprotéineunique 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

24. Fig 13-58 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

25. 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

26. e – Exocytose • cf. généralités sur les mécanismes moléculaires du trafic des vésicules

27. 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

28. 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

29. 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 »

30. 3 – Sécrétion régulée : le mastocyte • Mastocyte  histamine • Récepteurs à l’histamine à la surface du mastocyte • Histamine  manifestations allergiques

31. Fig. 13-59 Exocytose dans des mastocytes de rat en microscopie électronique Exocytose massive sur toute la surface de la cellule Mastocyte au repos Stimulantextra cellulaire soluble

32. Fig. 13-60 Exocytose dans des mastocytes de rat en microscopie électronique Exocytose localisée

33. 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

34. Lymphocyte killer • Exocytose localisée sur la cible • Cf. cours d’immunologie

35. 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)

36. Devenir de la vésicule • Contenu  extérieur • Membrane : protéines  lysosomes • Très important quantitativement • Cellule pancréatique : apport 900 m2 pour une surface de 30 m2

37. Maintien de la surface • Cellule en équilibre  Flux entrée = flux sortie • Cellule en croissance  Flux entrée > flux sortie

38. 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

39. 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

40. 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

41. Fig. 13-61 Comparaison de deux types de cellules polarisées • 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

42. 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

43. Fig. 13-62 Les deux modes de tri des protéines de la membrane plasmique dans une cellule épithéliale polarisée eg : hépatocyte eg : cellule digestive

44. 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)

45. Protéines membranaires liées au GPI • S’associent aux glycosphingolipides dans les radeaux lipidiques qui se forment dans le TGN •  • Dirigées vers la membrane apicale

46. 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

47. 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

48. 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

49. 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

50. 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