TRAFIC DES VÉSICULES DANS LA CELLULE

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TRAFIC VÉSICULAIRE INTRA-CELLULAIRE

I. Les mécanismes moléculaires du transport par membrane et le maintien de la diversité des compartiments

II. Transport à partir du reticulum endoplasmique à travers le Golgi

III. Transport du TGN vers les lysosomesIV. Transport depuis la membrane plasmique vers

l'intérieur de la cellule : endocytoseV. Transport du TGN vers l'extérieur de la cellule :

exocytose

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V - EXOCYTOSE

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Schéma du routage

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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

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Finalité

• Protéines et lipides de la membrane

• Sécrétion (protéines solubles)

• Exocytose : fusion des vésicules avec la membrane plasmique– Matrice extra cellulaire– …

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Plan

1. Trafic des protéines

2. Les vésicules sécrétoires

3. Sécrétion régulée

4. Exocytose et trafic de membranes

5. Exocytose et cellules polarisées

6. Rôle des radeaux lipidiques de la membrane plasmique apicale

7. Cas particulier : la vésicule synaptique

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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…

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Fig 13-54

• Les deux voies de sécrétion : viennent toutes les deux du TGN

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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

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Fig 13-55

• Les trois sorties du Golgi

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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

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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

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Sécrétion

a. Agrégation

b. Ségrégation

c. Concentration

d. Maturation

e. Exocytose

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a - Agrégation des molécules

• Grâce à des signaux inconnus…

• …probablement communs à toute une classe de protéine

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b - Ségrégation

• Mécanisme des lysosomes improbable (cargo beaucoup trop gros)

• Mécanisme se rapprochant de la phagocytose de la membrane plasmique

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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 àcelle qui survient à lasortie du RE

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Fig 13-56Clathrine-or

• Formation des vésicules sécrétoires : agrégation et concentration

• Par acidification du milieu• Par retour de membrane

et de contenu luminal

Vésicule sécrétoire immature proinsuline clathrine

Vésicule sécrétoire mature insuline pas de clathrine

Cellule à insuline

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Fig 13-57

• Exocytose de vésicules sécrétoires

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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

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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

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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

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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

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Fig 13-58

Lobe antérieur

Lobe intermédiaire

• 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

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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

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e – Exocytose

• cf. généralités sur les mécanismes moléculaires du trafic des vésicules

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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

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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

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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 »

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3 – Sécrétion régulée : le mastocyte

• Mastocyte histamine

• Récepteurs à l’histamine à la surface du mastocyte

• Histamine manifestations allergiques

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Fig. 13-59

• Exocytose dans des mastocytes de rat en microscopie électronique

• Exocytose massive sur toute la surface de la cellule

Mastocyte au repos Stimulant extra cellulaire soluble

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Fig. 13-60

• Exocytose dans des mastocytes de rat en microscopie électronique

• Exocytose localisée

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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

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Lymphocyte killer

• Exocytose localisée sur la cible

• Cf. cours d’immunologie

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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)

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Devenir de la vésicule

• Contenu extérieur

• Membrane : protéines lysosomes

• Très important quantitativement– Cellule pancréatique : apport 900 m2 pour

une surface de 30 m2

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Maintien de la surface

• Cellule en équilibre Flux entrée = flux sortie

• Cellule en croissance Flux entrée > flux sortie

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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 exemplesa. Cellule épithélialeb. Cellule nerveuse

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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

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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

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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

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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

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Fig. 13-62

• Les deux modes de tri des protéines de la membrane plasmique dans une cellule épithéliale polarisée

eg : cellule digestiveeg : hépatocyte

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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)

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Protéines membranaires liées au GPI

• S’associent aux glycosphingolipides dans les radeaux lipidiques qui se forment dans le TGN

• Dirigées vers la membrane apicale

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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

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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

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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

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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

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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

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Contenu de la membrane d’une vésicule synaptique

• Protéines qui transportent le neurotransmetteur synthétisé dans le cytosol vers la vésicule

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Fig. 13-64

• Formation d'une vésicule synaptique

• Noter le recyclage du transporteur de neuromédiateur