Trafic membranaire intracellulaire Flashcards
Membrane plasmique
Agissent comme des barrières sélectives, qui séparent les molécules est les empêchent de se mélanger - maintiennent l’hétérogénéité des molécules et empêchent l’homogénéité
Système de membranes intracellulaires (endomembranes)
Membranes internes séparent différents compartiments (organites) qui jouent différents rôles:
- Endosome
- Peroxysome
- Lysosome
- Appareil de Golgi
- Réticulum endoplasmique
2 voies principales de trafic membranaire intracellulaire
1) La voie endosomale/de dégradation
2) La voie de sécrétion/de biosynthèse
Équilibre entre importation et exportation
Flux continu de membranes entre les compartiments intracellulaires et la membrane plasmique
Compartiment donneur et compartiment cible
Membrane plasmique est à la fois le compartiment donneur pour l’endocytose et le compartiment cible pour la sécrétion (via l’exocytose)
Transport cellulaire
Se fait via la formation et la fusion de vésicules + cellules utilisent plusieurs étiquettes pour contrôler la spécificité du transport
Vésicules
Intermédiaires de transport de molécules de chargements (cargo) entre les différents compartiments:
- Bourgeonnement et fusion
Exocytose
Sécrétion (fusion avec la membrane plasmique)
Endocytose
Internalisation (formation de vésicules à partir de la membrane plasmique)
Asymétrie des feuillets
Feuillets de la membrane plasmique sont asymétriques - endomembranes aussi
Feuillet face à la lumière des vésicules devient le feuillet externe à la membrane plasmique et vice versa
Différents mécanisme d’internalisation à la membrane plasmique
Phagocytose, macropinocytose, endocytose
Phagocytose
- Particules larges
- Pseudopode est dépendant de l’actine
Macropinocytose
- Liquide, ingestion de gouttelettes de fluide avec nutriments (acides aminés), non-spécifique
- Dépendant de l’actine: polymérisation de l’actine autour d’une région de membrane activée (par la phospholipide PIP3)
Endocytose (micropinocytose)
- Dépendante de la clathrine
- Dépendante de la cavéoline
- Indépendante de la cavéoline et la clathrine
Spécifique, taille moyenne
- Dépendante de la clathrine
- Dépendante de la cavéoline
Plutôt non-spécifique, taille petite
Indépendante de la cavéoline et la clathrine
Phosphatidylsérine (PS)
Signal reconnu par les macrophages, qui induit la phagocytose des corps apoptotiques
PS durant l’apoptose
Devient exposée au feuillet externe de la membrane plasmique
Endocytose médiée par récepteurs (et dépendant de la clathrine)
- Recrutement de clathrine et déformation de la membrane
- Scission de la dynamine (hydrolyse de GTP)
- Vésicule mantelée de clathrine (facilitée par l’actine)
- Perte de manteau (hydrolyse d’ATP)
Clathrine
En forme de triskèle dans le cytosol
Sa polymérisation en forme polyédrale à la membrane forme la vésicule
Dynamine
Forme des oligomères en hélices autour du cou de la vésicule en formation
Endocytose médiée par la cavéoline
- Vésicules plus petites qu’avec la clathrine
- Scission est également médiée par la dynamine
Endocytose médiée par la cavéoline
- Vésicules plus petites qu’avec la clathrine
- Scission est également médiée par la dynamine
Système endosomal-lysosomal
Membrane plasmique -> endosome précoce -> endosome tardif -> lysosome
Endosomes
Vésicules entourées d’une simple membrane, qui proviennent de la membrane plasmique suite à l’endocytose
Se maturent en devenant de plus en plus acide
Endosomes: fonction
- Tri et recyclage
- Dégradation
Endosomes: tri et recyclage
- Endosome précoce
- Endosome de recyclage
Endosomes: dégradation
- Endosome tardif/CMV
- Endolysosome
- Lysosome
Transport de cholestérol
Via les lipoprotéines de basse densité (LDL)
Acidification
Fusion avec un endosome
Tri
Endosome:
- Transfert au lysosome
- Vésicules de transport se détachent
Dégradation
Lysosome: enzymes hydrolytiques
Recyclage
- Vésicules de transport se détachent
- Retour des récepteurs de LDL vers la membrane plasmique
Lysosomes
Acides et riches en hydrolases et sont le site de dégradation du système endomembranaire à l’aide de la V-ATPase
Hydrolases acides
Enzymes actives seulement à bas pH, donc inactifs avant d’arriver au lysosome
Exosomes
Vésicules extracellulaires qui proviennent du système endosomale
Libérés quand les corps multivésiculaires se fusionnent avec la membrane plasmique
Formation des exosomes
- Bourgeonnement à l’intérieur de l’endosome tardif
- Corps multivésiculaire
- Exosomes libérés quand les MVB se fusionnent avec la membrane plasmique
Sources des lysosomes
Reçoivent du matériel de différentes sources:
- Endocytose: endosome précoce -> endosome tardif
- Phagocytose: phagosome
- Autophagie: autophagosome
Autophagie
Mécanisme qui entoure en membrane des régions de cytoplasme, des agrégats protéiques, et certaines organites tels que les mitochondries et les peroxisomes, permettant leur dégradation via la fusion avec des lysosomes
Autophagosomes
Formés d’une membrane double
Formés via l’intermédiaire de phagophore qui s’assemblent via le recrutement de protéines spécifiques et la fusion des vésicules en provenance du RE
Étapes de l’autophagie
Nucléation, extension, maturation et fusion
Importance de l’autophagie
- Se produit de façon constitutive pour maintenir l’homéostasie de la cellule
- Stimulé en cas de déprivation de nutriments pour promouvoir la survie
Peroxysomes
Présents dans toutes les cellules eucaryotes
- Ressemblent aux lysosomes (pas partie du système endo-lysosomal)
- Organite sphérique à une simple membrane
- Diamètre de 200-1000 nm
- Important pour le métabolisme et la détoxification
Importance des peroxysomes
- Important pour le métabolisme: oxidation des acides gras
- Important pour la détoxification: production et dégradation du H2O2 et le métabolisme des espèces réactives d’oxygène (ROS)
Peroxysomes: enzymes
> 50 enzymes
- Catalase la plus abondante (ROS)
- Synthèse des acides biliaires (foie)
- Synthèse de lipides (en plus de RE)
Biogenèse des peroxysomes
Réticulum endoplasmique -> (bourgeonnement) -> (peuvent se former de novo mais la plupart se forment par fission et croissance comme les mitochondries) -> croissance -> peroxysome mature -> (fission/division - dynamine) -> croissance
Ribosomes libres -> (import de protéines - étiquette spécifique) -> peroxysome en croissance & peroxysome mature
SNARE
Fusion des membranes
SNAREs sur le vésicule (v-SNARE) interagissent avec d’autres SNAREs sur la membrane cible (t-SNARE)
Désassemblage des complexes v-SNARE + t-SNARE
Dépend de l’hydrolyse d’ATP - nécessaire pour recycler les composantes
Fusion membranaire
Pour se fusionner, une vésicule doit d’abord s’attacher et s’appareiller avec la membrane cible en utilisant des GTPases de la famille Rab (superfamille Ras)
PI
Phosphadidylinositol
Phospholipide mineure extrêmement importante
Phosphinositides
Variants de PI phosphorylés - anneau inositol peut être phosphorylé/déphosphorylé sur ses positions 3, 4, 5 par des kinases et phasphatases
- PI3P
- PI4P
- PI5P
- PIP2
- PIP3
Distinction des compartiments par les cellules
Une façon que les cellules distinguent les compartiments: avec les phosphoinositides - différentes phosphoinositides sont enrichies sur différentes membranes
Voie de sécrétion (de biosynthèse)
Lieu de passage des protéines nouvellement synthétisées au réticulum endoplasmique rugueux (RER) et destinées à la membrane plasmique, à l’exportation par sécrétion ou encore à d’autres organites comme les lysosomes
Réticulum endoplasmique
- Réseau de citernes ou sacs membranaires qui entourent le noyau
- Fabrique de membranes de la cellule
- Surface soit lisse (REL) ou soit rugueuse (RER) à cause des ribosomes
- En continuité avec l’enveloppe nucléaire
Réticulum endoplasmique lisse
- Sans ribosome
- Réseau de tubules
- En continuité avec le RER
Réticulum endoplasmique lisse: rôles
- Synthèse lipidique: phospholipides, cholestérol, hormones stéroïdes, parties lipidiques des lipoprotéines
- Réservoir de Ca2+: réticulum sarcoplasmique dans les muscles
Réticulum endoplasmique rugueux
- Avec ribosome
- Réseau de citernes
- En continuité avec le REL
- Important pour la structure secondaire des protéines
- Lieu du début de la glycosylation des protéines
Réticulum endoplasmique rugueux: rôles
- Synthèse protéique
- Repliement des protéines (ponts de disulfure)
- Contrôle de qualité
- Glycosylation des protéines
Ribosomes
- Composés de ARNs ribosomales (ARNr) et protéines
- 20-30 nm
- 2 sous-unités: grande (50S) + petite (30S)
- Essentiel pour la traduction des ARNm en protéines
Synthèse protéique
Traduction d’un ARNm en protéine:
- Ribosome se déplace de 5’ à 3’ en lisant chaque codon de 3 nucléotides
- ARNt spécifiques pour chaque codon transfèrent chaque acide aminé à la chaine polypeptide jusqu’à un codon STOP
Polysomes
Multiples ribosomes en train de traduire le même ARNm simultanément
Séquence signal
Protéines destinées à être sécrétées et/ou transmembranaires ont une séquence signal de 23 aa au N-terminal qui dirige le ribosome au réticulum endoplasmique
Ribosomes libres vs. ribosomes au RE
Libres: synthèse des protéines cytosoliques (ou nucléaires, mitochondriale…)
Liés: synthèse des protéines destinées à être sécrétées ou transmembranaires ou qui fonctionnent dans le système endomembranaire
Translocation co-traductionelle au RER
Séquence signal amène les ribosomes qui chevauchent l’ARNm en voie de traduction à la surface externe du RE et la protéine qui se forme s’allonge dans la citerne du RE à travers le translocon
Peptidase
Clive la séquence signal après que la formation du translocon
Translocon
Complexe protéique par lequel les protéines transmembranaires sont insérées dans la bicouche lipidique
Glycocalyx
Certaines protéines transmembranaires et certaines lipides sont glycosylées, de façon intense dans certains cas, formant un glycocalyx à l’extérieure de la cellule
- Important pour la protection chimique (entérocytes intestinales)
- Important pour la reconnaissance cellulaire (cellules immunitaires)
Début de la glycoslyation des protéines
Commence dans la lumière du RE
Deux classes de glycoprotéines
N-glycosylation: RE
- Oses (glucose) liés à un Nitrogène de l’Asparagine
O-glycosylation: appareil de Golgi
- Oses (galactose) liés à un Oxygène de la Sérine/Thr
N-glycolysation des protéines
- Commence dans la lumière du RE avec ajout de glycane préformé
- N des asparagines deviennent glycosylées avec une chaine initiale de 14 sucres (glycane) dans la lumière du RER
Précurseur de glycane
- 2x GlcNAc
- 9x mannoses
- 3x glucoses
Contrôle de qualité dans la lumière du RE
Chaperon calnexin retient les glycoprotéines incorrectement repliées - seules les protéines correctement repliées sont permises de quitter vers l’appareil de Golgi
Réponse aux protéines mal repliées (UPR)
S’il y a trop de protéines mal repliées, la cellule augmente la transcription des gènes de chaperons tel que la calnexine pour augmenter la quantité de RE - auto-contrôle de la taille du RE
IRE1
Endoribonucléase transmembranaire qui contrôle le splicing spécifique de l’ARN de XBP1
XBP1
Facteur de transcription qui augmente la capacité de synthèse de la cellule
Protéines anormalement repliées
Rétro-transloquées et éliminées via dégradation associée au RE (ERAD)
Dispositifs de la cellule pour éliminer les protéines vieillies, endommagées ou inutiles
- Lysosomes
- Protéasomes
Lysosomes
Traitent spécifiquement les protéines enfermées dans des vésicules
Protéasomes
- S’occupent spécifiquement des protéines solubles présentes dans le cytosol et le nucléoplasme (facteurs de transcription…)
- Taille de 20S (similaire à la petite sous-unité des ribosomes)
- Cytosolique
- Série de protéases dégrade les protéines comme un broyeur d’évier
Appareil de Golgi
Série de citernes/ sacs aplatis: citernes cis, médianes et trans
Compartiment intermédiaire RE-Golgien (ERGIC)
- Enveloppe nucléaire
- RE
- Cluster tubulo-vésiculaire (ERGIC)
- Réseau cis-Golgien
COPII
Transport antérograde
COPI
Transport de récupération (transport rétrograde)
- EX: Calnexine
COPI
Transport de récupération (transport rétrograde)
- EX: Calnexine
Appareil de Golgi: rôles
- Finition (maturation) des protéines produites dans le RER par glycosylation (ajout d’oses pour activation et stabilisation des protéines)
- Étiquetage des protéines pour marquer leur destination finale (par des oses)
- Triage, concentration et emballage des protéines dans des vésicules ou granules de sécrétion
Acheminement des vésicules ou granules de sécrétion
Acheminés à leur destination par transport le long des microtubules grâce à des moteurs (kinésine, dynéine)
N-glycosylation des protéines dans l’appareil de Golgi
- Débute dans le RE, continue dans l’appareil de Golgi
- Finition/maturation des glycoprotéines
- Tri fait à la sortie au réseau trans-Golgien
Fin de la glycosylation des protéines
Dans l’appareil de Golgi
- Enrichi en mannose (simple) -> oligosaccharides plus complexes
- Maturation des glycosylations
Sécrétion constitutive
- Fait par toutes les cellules
- Des protéines solubles sécrétées en permanence
- Aussi pour l’homéostasie de la membrane plasmique (EX: Na+/K+ ATPase)
Sécrétion régulée
- Uniquement dans les cellules sécrétoires suite à un signal extracellulaire (EX: cellules beta du pancréas qui sécrètent l’insuline en réponse au glucose)
- Ou dans des cellules spécialisées comme les adipocytes qui augmentent le nombre de transporteurs de glucose GLUT4 à leur membrane plasmique en réponse à l’insuline
Dans ces cellules, le TGN fait le tri pour séparer les composantes des différents types de vésicules sécrétoires
Sécrétion régulée: bouton synaptique
1) Livraison du contenu des vésicules synaptiques à la membrane plasmique
2) Endocytose de composantes des vésicules synaptiques pour de nouvelles vésicules synaptiques
3) Endocytose de composantes des vésicules synaptiques
4) Bourgeonnement de vésicules synaptiques depuis les endosomes
5) Chargement de neurotransmetteurs dans les vésicules synaptiques
6) Sécrétion de neurotransmetteur par exocytose en réponse à un potentiel d’action
Neurotransmission au bouton synaptique
Se fait par exocytose régulé (contre-balancé par l’endocytose)
Transport endosomale dans les cellules polarisées où il y a 2 membranes plasmiques (apicale et basolatérale)
Membrane plasmique apicale -> endosome précoce (basolatéral ou apical) -> endosome tardif -> lysosomes
