10 Le Systeme Endomembranaire

7/30/2019 10 Le Systeme Endomembranaire

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Le systèmeendomembranaire

2010 / 2011

Francois HELLELaboratoire de Virologie



Le système endomembranaireDéfinition :

Le système endomembranaire correspond à l’ensemble des compartimentsintracellulaires limités par une membrane (bicouche lipidique) à l’exception des

peroxysomes, des mitochondries et des chloroplastes pour les cellules végétales.

- Reticulum endoplasmique- Enveloppe nucléaire

- Appareil de Golgi- Endosomes (phagosomes) et lysosomes- Toutes les vésicules, canicules et vacuoles permettant la communication descompartiments entre eux et avec la membrane plasmique.



Le système endomembranaireDéfinition :

Le système endomembranaire correspond à l’ensemble des compartimentsintracellulaires limités par une membrane (bicouche lipidique) à l’exception des

peroxysomes, des mitochondries et des chloroplastes pour les cellules végétales.

- Reticulum endoplasmique- Enveloppe nucléaire

- Appareil de Golgi- Endosomes (phagosomes) et lysosomes- Toutes les vésicules, canicules et vacuoles permettant la communication descompartiments entre eux et avec la membrane plasmique.

- R q :

• Procaryotes : généralement constitués d’un seul compartiment (cytosol)

• Eucaryotes : nombreux compartiments fonctionnellement distinctsentourés d’une membrane



Le système endomembranaire

Noyau

Reticulumendoplasmique

rugueux

Golgimitochondrie

Endosome / Lysosome

peroxysome

Reticulumendoplasmiquelisse



Flux membranairesExpérience de marquage métabolique et chasse (pulse-chase) :

REGGolgiSécrétionNoyauMitochondrie

% de la radioactivitétotale

temps0 40 80 120 160 200 240 280

80

60

40

20

0



Flux membranaires



Flux membranaires



Flux membranaire vectoriel

(antérograde)



Flux membranaire rétrograde



Autre flux membranaire



Le reticulum endoplasmique

- Représente 50 % des membranes cellulaires totales(surface totale : 10 à 30 fois celle de la membrane plasmique)

- La membrane du réticulum est en continuité avec la membrane nucléaireexterne.

La lumière du RE et l'intérieur du noyau sont donc séparés par uneseule membrane : La membrane nucléaire interne

Les lumières du RE et de l’appareil de Golgi sont séparées par deuxmembranes.

- La membrane du RE est plus riche en phophatidylcholine que la membrane

plasmique

- Divisé en 2 catégories : - le réticulum endoplasmique rugueux- le réticulum endoplasmique lisse









Le RE lisse

- Il représente un compartiment peu important dans la plupart des cellules.

- Il participe à la synthèse de lipides (phospholipides membranaires, stéroïdes...)

une flipase



Le RE lisse


- Il participe à la synthèse de lipides (phospholipides membranaires, stéroïdes...)- Il a un rôle important dans la détoxification des cellules et le stockage du calcium.



Le RE lisse


- Il participe à la synthèse de lipides (phospholipides membranaires, stéroïdes...)- Il a un rôle important dans la détoxification des cellules et le stockage du calcium.

- Exception : les cellules hépatiques (hépatocytes)- il peut être très abondant- il est spécialisé dans la production de lipoprotéines

dans la détoxification de composés solubles.

Rq : Dans des situations particulières (ex: prise de médicaments), le RE lisse descellules hépatiques peut doubler de surface en quelques jours, puis revenir ensuiteaux dimensions d'origine pour augmenter la capacité fonctionnelle de cette structure.



Le RE rugueux ou granuleux

Présence de ribosomes liés à la surface du RER rôle majeur dans la synthèse des protéines (membranaires et exportées)

(≠ des ribosomes libres dans le cytosol synthèse des protéines cytosoliques)

- Autres fonctions très importantes du RER : le maintien de la structure des cellules. le contrôle-qualité des protéines membranaires et sécrétées.



La synthèse des protéines






Les peptides signaux



Les peptides signaux












Translocation des protéines solubles

dans la lumière du REEn général : mécanisme co-traductionnel

on distingue deux phases dans ce processus :- une phase de ciblage- une phase de transport

SRP = particule de reconnaissance du signal(6 polypeptides + une petite molécule d’ARN)



Translocation des protéines solubles dans

la lumière du RE

Ciblage

- dans le cytosol- liaison de la séquence hydrophobe (séquence signal) à une particule ribonucléoprotéique(signal recognition particle = SRP) (1)

- arrêt de la traduction- reconnaissance de l'ensemble ribosome-chaîne naissante-SRP par une protéine réceptrice du RER (2)- hydrolyse du GTP en GDP libération du SRP dans le cytosol

- Le complexe ribosome-chaîne polypeptidique naissante reste lié à la membrane du RER- transport de la protéine en croissance dans la lumière du RER




la lumière du RE

Transport

- Il se fait par un canal appelé translocon(complexe protéique constitué, des protéines Sec 61, TRAM (= translocated chain associated membrane), d’une peptidase…)

- Reprise de la traduction de l'ARNm en protéine- Lorsque la protéine atteint la lumière du RER, clivage de la séquence signal (‘’signal peptide peptidase’’)- Repliement de la protéine assistée par une protéine chaperon (BIP=binding protein) appartenant à lafamille des Hsp (heat schock protein).- A la fin de la synthèse protéique, libération du ribosome dans le cytosol (recyclage).

C’est la séquence KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) qui semble être caractéristique des protéines résidentessolubles.




la lumière du RE



Intégration des protéines

transmembranaires Intégration des protéines transmembranaires.

- Mécanisme d'intégration très mal connu.- Deux modèles proposés pour les protéines à un domaine transmembranaire :

1er modèle :

- utilisation de la séquence signal non clivéecomme signal d'ancrage dans la bicouche lipidique.- mécanisme d'orientation des extrémitésC- ou N-ter (face cytosolique ou luminale) non connu.

2ème modèle :

- clivage de la séquence signal- reconnaissance d’une séquence hydrophobe par une protéine de la paroi du pore- utilisation de cette séquence comme domaine transmembranaire




transmembranaires Intégration des protéines transmembranaires.

- Mécanisme d'intégration très mal connu.- Deux modèles proposés pour les protéines à un domaine transmembranaire :

1er modèle :

- utilisation de la séquence signal non clivéecomme signal d'ancrage dans la bicouche lipidique.- mécanisme d'orientation des extrémitésC- ou N-ter (face cytosolique ou luminale) non connu.

2ème modèle :

- clivage de la séquence signal- reconnaissance d’une séquence hydrophobe par une protéine de la paroi du pore- utilisation de cette séquence comme domaine transmembranaire

protéines à plusieurs domaines transmembranaires ????




transmembranaires




transmembranaires



Modifications co- et post-traductionnelles

dans le RE- Clivage de la séquence signal :catalysé par un complexe de 5 protéines différentes faisant partie du translocon

(= signal peptide peptidase).

- Glypiation :addition d'un groupement glycosyl-phosphatidylinositol

préassemblé dans la membrane (= ancre GPI)sur un acide aminé en C-ter ancrage de la protéine à la face externe

de la membrane plasmique.(Phénomène co-traductionnel)

- Myristoylation :addition de myristate (acide gras saturé en C14)sur une glycine de l'extrémité N-ter par une liaison amide.

(Phénomène co-traductionnel)




dans le RE- Repliement des protéines et formation des ponts disulfure :

Conformation acquise grâce à des molécules chaperones (ex : BiP, calnexine, calreticuline)

Ponts disulfures catalysés par la Protein Disulfide Isomerase (PDI) dans le RE

- Palmitoylation :

addition d‘un acide palmitique (acide gras saturé en C16) sur une cystéine de l'extrémité N-ter par

une liaison thioester. (Phénomène post-traductionnel)

- Isoprénylation :

addition de chaînes farnésyl (C15) ou géranylgéranyl (C20) sur une cystéine au voisinage del'extrémité C-ter. (Phénomène post-traductionnel)




dans le RE

- La N-glycosylation :

Ajout d’une chaîneoligosaccharidiqueou glycane (= sucre)sur les résidus Asn dela protéine dans un motifAsn-X-Ser/Thr-X’(X et X’= AA quelconque)

Elle commence dansla lumière du RER

et se poursuit dans le Golgi.

Rôle majeur dansle repliement etle contrôle qualité

des protéines

Cytosol

Cytosol



L’appareil de Golgi

- Réseau complexe de membranes lisses

- Empilement de citernes aplaties, parallèles + vésicules de transition et de sécrétion(saccules d’environ 1µm de diamètre) d‘environ 50nm

= dictyosome

L’ il d G l i




- On distingue en général : - la face cis proche du noyau- le Golgi median- la face trans orientée vers la zoned'accumulation des grains de sécrétion

Constitutionbiochimique

différente

L’ il d G l i




- Position juxtanucléairedans la région apicale du cytoplasme pour les cellules polarisées (C glandulaires, neurones)imptce des microtubules : colchicine, nocodazole dispersion du Golgi

L’ il d G l i




F ti d l’ il d G l i



Fonctions de l’appareil de Golgi

Gare de triage








Fonctions de l appareil de Golgi

Les fonctions de l’appareil de Golgi



Les fonctions de l appareil de Golgi1 - Addition covalente

- Fin de la N-glycosylation des protéines

- O-glycosylation des protéines

ajout d'une chaîne glycosylée sur un résidu sérine ou thréonine.chaîne glycosylée très variable.

- Glycosylation des lipides

Certains lipides peuvent être glycosylésdans la lumière de l'appareil de Golgi.

- Sulfatation des protéinesAjout d’un groupement SO42- à des résidus tyrosines ou à des chaînes

glycosylées issues de la N-glycosylation

2 - Coupures protéolytiques

Les coupures protéolytiques sont initiées dans le trans Golgi et se

poursuivent dans les grains de sécrétion du compartiment post-golgien.

Les endosomes



Les endosomes

Endosomes précoces :

- maturation des constituants importés

- tri (dissociation ligand/récepteur)- recyclage des récepteurs de surface

Endosome tardifs :

S’enrichissent en hydrolases lysosomales et enmembranes lysosomales par fusion avec

vésicules recouvertes clathrine,

Les lysosomes



Les lysosomes

Structure :- petites vésicules sphériques de 250 Å à 500 Å de diamètre- membrane dérivée des saccules de l'appareil de Golgi, constituée de:

- protéines (50 à 60%) (enzymes (ADPase, ATPase), transporteurs d'ions)- lipides (phospholipides, cholestérol),- oligosaccharides, qui correspondent à la présence de glycoprotéines.- structure interne extrêmement irrégulière et très variable.

Les lysosomes



Les lysosomes

Action des enzymes lysosomiques : les hydrolases acides organites cellulaires de digestion

activité optimale à pH acide

Forte concentration de protons à l’intérieur du lysosomemaintenue par un transporteur de protons (H+-ATPase)

Les lysosomes



Les lysosomes

Enzymes lysosomiques dans la tête du spermatozoïde dans acrosome digestion de l’enveloppe externe de l’ovule

Les lysosomes



Les lysosomesFonction : site majeur de la dégradation intracellulaire de molécules d'origine exogène et endogène.

- dégradation de molécules exogènes (hormones, facteurs de croissance, lipoprotéines, virus,bactéries, etc) = endocytose / phagocytose

- dégradation de molécules endogènes (fragments de membranes, mitochondries, grains de

sécrétion) = autophagie

Contenu des lysosomes :

biochimiquement etmorphologiquement hétérogène :

hydrolases acides dontl'activité optimale s'exerce à pH 5(pH maintenu par une ATPase à protons)

- protéases- nucléases- glycosidases- lipases- phosphatases

produits de dégradation

parvenant de l’autophagieou de l’endocytose.

Transport des enzymes lysosomales




vers les lysosomes





vers les lysosomes

Flux membranaires



Flux membranaires

antérograde

rétrograde

Le transport vésiculaire




assemblage des complexes protéiques déformation mécanique de la membrane

COP : coat proteins ou protéines du manteau

- COP I : protéines assurant le transport rétrograde entre les compartiments golgiens et du Golgi vers le RE.- COPII : protéines assurant le transport antérograde des protéines du RE vers le Golgi.

Cavéoline





• Vésicules tapissées :• De PCOII : pour matériaux du RE en direction du CIREG et du Golgi• De PCOI : du CIREG et des empilements de Golgi vers RE

• De clathrine du RTG aux endosomes aux lysosomes




e t a spo t és cu a e




p

1 - formation d'un bourgeon à la membrane d'un compartiment donneur

2 - formation d'une vésicule par pincement du bourgeon.isolement d’une fraction du compartiment donneur et des composants membranaires

3 - accostage (arrimage) de la vésicule au compartiment accepteur

4 - fusion- déversement du contenu de la vésicule dans le compartiment accepteur

- intégration de la membrane de la vésicule à celle du compartiment accepteur

1 2 3 4

Le transport vésiculaire : l’endocytose



p y




p y




p y

Les puits de clathrine



p

3 grosses sous-unités + 3 petites sous-unités triskèle (3 branches)(chaînes lourdes) (chaînes légères)

L’endocytose



(Université Lyon 1/ IBCP)

Accostage et fusion des vésicules



- vésicule dirigée vers le compartiment accepteur grâce aux protéines Rab= protéines d'adressage

- accostage au compartiment receveurfacilité par l'interactiondes protéines SNAREs= Soluble-NSF-Acceptors-Receptors

- v-SNARE : associées à la vésicule

- t-SNARE : associées au compartimentaccepteur (target).

Fusion des vésicules



Flux membranaire vectoriel



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