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Les Organites intracellulaires
Vésicules et lysosomes
Agenda
• Introduction
• Mécanisme moléculaire du traffic vésiculaire dans les voies de biosynthèse /
secretion et d'endocytose
• vésicules entourées de protéines
• vésicules de sécrétion des voies constitutive et régulée
• Lysosomes et peroxysomes
intro
Les Organites cellulaires sur les voies clés de la
dynamique cell.
Voie d’endo-exocytose
dégradation
Voie sécrétoire
BiosyntheseImport
protéines
Energie / apoptose
Deux destinations globales pour les protéines
Cours de CytologieDYNAMIQUE CYTOPLASMIQUE
Les organites intracellulaire
Importance du transport vésiculaire
LE PRIX NOBEL DE MÉDECINE POUR LE
TRANSPORT CELLULAIRE
Le comité Nobel a choisi de récompenser 3 chercheurs, James Rothman, Randy Schekman et
Thomas Südhof pour leur découverte sur le fonctionnement du transport à l’intérieur des cellules.
« Leur découverte a rayonné sur tous les champs de
la biologie cellulaire. Elle a permis de comprendre
certains dérèglements comme ceux observés dans
des maladies métaboliques, ou du développement.
Les même mécanismes sont mis en jeu dans le
transport de protéines lors de la croissance de
certaines tumeurs » explique Franck Perez
chef d’équipe dans l’unité compartimentations et
dynamique cellulaire.
Sur l’image, la source des vésicules, à savoir l'appareil de Golgi,
est visible en rouge.
Les vésicules et autres intermédiaires de transport, sont en vert.
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Les organites intracellulaire
Importance du transport vésiculaire
- Sécrétion (neuro)-hormonale
Noradrénaline
Adrenaline, insuline etc
- Sécretion de produits intracellulaire
« inutiles » ou toxiques
- Nutrition
Épithélium intestinal
- Défense
Leucocytes
Phagocytes
Macrophage etc
Renouvellement de la membrane plasmique (phospholipides,
récepteurs, transports, enzymes etc
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Les organites intracellulaire
Les étapes du transport vésiculaire Sac de transport entouré d’une membrane.
Le transport vésiculaire se déroule en six étapes :
1) Tri moléculaire.
2) Bourgeonnement des vésicules à partir du compartiment donneur.
3) Fission : détachement des vésicules possédant un revêtement cytosolique protéique (coatomères ou
clathrine). Les vésicules se « déshabillent » permettant ainsi l’interaction entre les protéines motrices du
cytosquelette et les vésicules.
4) Vectorisation : transport des vésicules entre le compartiment donneur et le compartiment receveur.
5) Ancrage des vésicules.
6) Fusion des vésicules avec le compartiment accepteur (ou receveur).
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Les organites intracellulaire
Les étapes du transport vésiculaire
Compartiment donneur
Compartiment donneur
Molécule soluble
Revêtement protéique
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Les organites intracellulaire
Différents type de vésicules
vésicules entourées de protéines
- COPI: cis-golgi et cisternae vers REG
- COPII: REG ver cis-Golgi
- Clathrine: Mb plasmique et trans-golgi (voie sélective)
vésicules de sécrétion des voies constitutive et régulée
Endosomes
Lysosomes
peroxysomes
Sac de transport entouré d’une membrane.
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Les organites intracellulaire
Rôle de la séquence KDEL dans la recapture des protéines résidentes du RE
Les protéines transportées dans les vésicules possèdent des signaux d’adressage qui leur sont
nécessaires pour gagner leur destination finale.
Les protéines chaperonnes résidentes du RE comme BiP ou PDI portent un signal d’adressage
et de rétention dans le RE situé à l’extrémité C-terminale de leur partie protéique :
Le motif KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu).
Ces protéines sortent du RE et sont transportées vers l’AG pour y parfaire leur maturation.
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Les organites intracellulaire
Rôle de la séquence KDEL dans la recapture des protéines résidentes du RE
Manteau de COPI
Agrégation tubulo-vésiculaire
Manteau de COPII
ACIDEGradient de pHNEUTRE
Voie vers l’avant
Voie rétrogradeProtéine résidante du RE
Récepteur protéique KDEL
Protéine sécrétoire
Reconnaissance du motif KDEL des protéines résidentes du RE par les récepteurs KDEL.
Le retour vers le RE est assuré par transport vésiculaire.
La recapture des protéines vers le RE a lieu à plusieurs niveaux de l’appareil de Golgi.
Dans le RE (où pH neutre), les protéines se dissocient du récepteur KDEL qui est alors envoyé dans l’appareil de Golgi pour être réutilisé.
vésicules entourées
de protéines
Formation d’une vésicule
Endosome
CMV
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Les organites intracellulaire
Formation d’une vésicule
Cis-Golgi
E,R,G,I,C
RER
COP I
COP II
Protéines fixant du GTP
Protéines récepteur membranaire
Protéines de « coating »
Membrane
Protéines cargo soluble
Protéines cargo membranaire
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Les organites intracellulaire
Les vésicules COPI:
Coat Protein I : Cis-Golgi vers REG
Mécanisme identique pour
- COP II : REG vers Cis-Golgi
- Catherine
Bourgeonnement puis individualisation de la vésicule
après action de la « dynamine »
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Les organites intracellulaire
Les vésicules à clathrine:
La clathrine : protéine fibreuse
Les molécules de clathrine sont aussi appelées triskelions (grec: trois jambes)
Polymérisation spontanée pour former des structures « cage »
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Les organites intracellulaire
La séparation nécessite un processus énergétique
nécessitant l’intervention de la « dynamine »
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Fusion avec la membrane et polarité du contenu
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Les organites intracellulaire
Il existe aussi une polarisation des sécrétions
Rôle important de la polarité dans les
processus physiologique
Vésicule au contenu différents en fonction
de leurs destination : apical ou baso-latérale
Rôle important de l’endosome dans cette
polarisation et l’adressage vésiculaire
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Les organites intracellulaire
Modèle de fusion des membranes
Dans l'étape finale de l'exocytose, la membrane de la vésicule fusionne avec la membrane
plasmique.
La fusion de deux bicouches implique des intermédiaires (au niveau du site de contact) qui
se développent pour former un canal appelé pore de fusion.
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Les organites intracellulaire
Protéines Rab et groupes SNAR
Cette étape de reconnaissance est contrôlée par
deux classes principales de molécules : les SNARE et
les protéines G monomériques Rab.
les membranes cibles affichent des récepteurs complémentaires qui reconnaissent
spécifiquement ces marqueurs.
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Les organites intracellulaire
Le complexe SNARE au coeur de la fusion membranaire
SNARE
Les SNARE sont des protéines transmembranaires qui
appartiennent à 20 groupes différents chez les cellules animales.
Lors du transport vésiculaire intracellulaire, les protéines SNARE (syntaxine, SNAP-25 et
synaptobrévine) constituent des étiquettes qui permettraient la reconnaissance mutuelle
et le déclenchement de la fusion entre vésicule et membrane cible
La localisation spécifique de différentes SNARE dans un compartiment sub-cellulaire donné
(réticulum endoplasmique, Golgi, lysosome, vacuole, ou membrane plasmique) chez la levure
suggère que le système SNARE opère quasiment à tous les niveaux du transport intracellulaire
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Les organites intracellulaire
Cours de Cytologie
ARCHITECTURE CELLULAIRE
Les organites
Les SNARE (Soluble NSF Acceptor REceptor)
Il en existe deux groupes complémentaires :
– Les v-SNARE, situées sur les vésicules (v pour vesicle) ;
– Les t-SNARE, situées sur les compartiments cibles (t pour target).
v-SNARE (Vésicule)
t-SNARE (target = cible)
Chaque v-SNARE interagit spécifiquement avec une t-SNARE complémentaire pour former un complexe
trans-SNARE qui bloque ensemble les membranes de la vésicule et du compartiment cible.
Rôle des SNARE dans l’adressage des vésicules
Manteau
protéique
Compartiment receveur 1
Compartiment receveur 2
t-SNARE 1 t-SNARE 2
Fusion
Arrimage
v-SNARE 2
v-SNARE 1
Chargement 1 Chargement 2
Protéines Rab et groupes SNAR
Les protéines Rab contribuent fortement à la spécificité du transport vésiculaire.
elles se distribuent spécifiquement sur la face cytosolique des membranes cellulaires.
Rab facilite et régule la vitesse de l’arrimage vésiculaire et la correspondance entre les v-SNARE et les
t-SNARE.
Comme les protéines G qui contrôlent le recrutement des manteaux (ARF et Sar1), Rab effectue un
cycle entre la membrane et le cytosol.
Rab-GTP
Rab-GTP
v-SNARE (Vésicule)
t-SNARE (target = cible)
Effecteur
Rab
1: interaction Rab-effecteur 2: interaction v-SNARE-t-SNARE
Facilite l’arrimage Verrouille l’arrimage et prépare la fusion
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Les organites intracellulaire
Dissociation des SNARE par la NSF après fusion vésicule/membrane
NSF
ATP ADP + Pi
FusionArrimage Dissociation des SNARE
NSF = N-ethylmaleimide-Sensitive Factor
l’idée initiale (classique) selon laquelle la NSF, en interagissant avec les SNARE, aurait
hydrolysé l’ATP et déclenché la fusion membranaire est actuellement rejetée.
La NSF agirait plutôt comme une protéine chaperon qui dissocie le complexe SNARE et/ou
modifie la conformation des SNARE individuels
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Les organites intracellulaire
Cycle des vésicules synaptiques
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vésicules de sécrétion des
voies constitutive et régulée
Lysosomes et peroxysomes
LYSOSOME
Vésicule entourée d’une membrane ; contient des enzymes digestives qui dégradent les constituants cellulaires
usés ou les matières importées dans la cellule par l’endocytose.
La structure, le nombre, la taille, le contenu diffèrent d’une cellule à l’autre et même à l’intérieur d’une même
cellule, selon son état physiologique
(du grec lysis, dissolution)
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Les organites intracellulaire
Origine des lysosomes
Les lysosomes résultent de la fusion d’une ou plusieurs vésicules de transport et d’une
vésicule (endosome tardif, phagosome) renfermant des matériaux à dégrader.
Les lysosomes se classent en deux
types
Isolés: lysosomes primaires
Iiés: lysosomes secondaires
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Les organites intracellulaire
Lysosomes et peroxysomes
Lysosomes primaires ou purs:
Ce sont des vésicules qui ne renferment que des enzymes lytiques, limitées par une membrane imperméable
qui protège la cellule
Les lysosomes secondaires:
Vacuoles volumineuses avec un contenu hétérogène selon la nature des substances à
digérer et le stade de la digestion
b/ Corpuscules résiduels: proviennent des phagosomes et contenant des résidus non digestibles
c/ cytosomes/vacuoles autophagiques: une zone lysée s’entoure d’une membrane
formant une vacuole dans laquelle se déverse des enzymes lysosomiques
a/ Phagosomes: lysosome primaire + vacuole phagocytaire (invagination)
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Les organites intracellulaire
Divers modes de formation des lysosomes
AUTOPHAGIE HETEROPHAGIE
Auto phagosome
Corps résiduel
GolgiVésicule de transport des hydrolases
Lysosomes
Phagosome
Endosome
Phagocytose
Pinocytose
Réticulum endoplasmique
rugueux
Exocytose
Caractéristiques des lysosomes
La membrane qui entoure les lysosomes a les caractéristiques suivantes :
1) Elle maintient le système clos et empêche la fuite des enzymes lysosomales dans le cytosol.
2) Elle porte une ATPase à protons qui transporte des ions H + du cytosol vers la lumière lysosomale,
ce qui conduit à son acidification.
3) Elle porte des perméases qui permettent :
• l’entrée directe de matériaux à hydrolyser depuis le cytosol vers la lumière lysosomale ;
• la sortie des produits de l’hydrolyse lysosomale depuis la lumière vers le cytosol.
4) Elle est protégée contre son autodigestion par un revêtement glycoprotéique interne composé de
LAMP (Lysosome Associated Membrane Protein).
Les LAMP sont des marqueurs spécifiques de la membrane lysosomale.
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Lysosomes
Rôles physiologiques
1. Voie hétérophagique
Substance exogèneendocytose
PhagosomeFusion avc lyso Iaire
Décharge des enzymes
Lyso IIaire Corps résiduels
Les substances digérées passent à travers la membrane des lysosomes dans le phagosome peuvent être
réutilisées
Corps résiduels
Rejetés par exocytose
conservé
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Les organites intracellulaire
Activité hétérophagique des cellules folliculeuses de la thyroïde:
production d’hormone thyroïdienne à partir de la thyroglobuline
Endocytose
colloïde
Gouttelettes de colloïde
Digestion
Lysosome secondaire
Thyroglobuline iodée
Sécrétionde thyroglobuline
Lysosome primaire
Iodation
Lumière du follicule
Tri-iodothyronine et tetra- iodothyronine
Rejet des hormones thyroïdiennes
(1) Exocytose de la thyroglobuline (colloïde) dans la lumière de la glande.
(2) Endocytose de la colloïde par ces mêmes cellules, suivie de sa digestion partielle au sein des lysosomes, puis de la libération des hormones thyroïdiennes T3 et T4
dans le milieu extérieur, par diffusion.
Les résidus tyrosine de la thyroglobuline sont iodés dans la lumière grâce à une enzyme appropriée.
Biogénèse des lysosomes primaires:
A partir de l’Appareil de Golgi: les hydrolases lysosomales sont synthétisés
par les ribosomes du RE, transitent par les dictyosomes. Les lysosomes
primaires sont des grains de sécrétion golgiens
A partir du réticulum endoplasmique lisse: une portion de réticulum
endoplasmique lisse située au voisinage de la face de formation des dictyosomes
et appelée « GERL » bourgeonne des vésicules qui forment les lysosomes
primaires.
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Les organites intracellulaire
GERL : Golgi-Endoplasmic Reticulum-Lysosome
Mort cellulaire par autophagie
C’est la digestion intracellulaire de substrats endogènes, elle se fait dans les lysosomes
secondaires appelés vacuoles autophagiques
Cette vacuole peut se
former par:
Repliement d’une lame du REL
Invagination d’un lysosome
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Les organites intracellulaire
Lysosomes et peroxysomes
PEROXYSOME
Vésicule entourée d’une membrane ; contient des enzymes qui dégradent les lipides et les
déchets toxiques.
Leur fonction métabolique majeure est la β-oxydation de longues chaînes d'acides gras (supèrieures à
18 carbones) qui, en formant des chaînes plus courtes, alimente la béta β-oxydation mitochondriale.
Le nom "peroxysome" est lié à la première étape d'oxydation des acides gras qui se traduit par la
formation de peroxyde d'hydrogène (H2O2) .
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Les organites intracellulaire
Lysosomes et peroxysomes
PEROXYSOME
Par ailleurs, ils jouent un rôle fondamental dans :
• le maintien du pouvoir rédox de la cellule
• la détoxification des radicaux libres, dérivés de l'oxygène :
1. ils sont le siège de réactions d'oxydation qui produisent du peroxyde d'hydrogène (H2O2) qui est
toxique.
2. ils contiennent la catalase qui décompose H2O2 en H2O et O2.
Les peroxysomes sont aussi impliqués dans la synthèse de la bile, du cholestérol et dans le métabolisme
des acides aminés et des purines
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Les organites intracellulaire
Lysosomes et peroxysomes
LYSOSOME PEROXYSOME
Protéase
• Sulfatase
• phosphatase
Ribonucléase
• désoxyribonucléase
glycosidase
• Lipase
• pH acide etc
Observés par Novikoff et isolés par de Duve dans les
années 50
Oxydase
• --H2O2
Catalase
• H2O2 --- H2O + ½ O2
0,2 – 0,4 µm 0,2 – 1 µm
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Les organites intracellulaire
exemple de tri moleculaire
Vésicule à clathrine
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Les organites intracellulaire
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Les organites intracellulaire
Les différents compartiments de la mitochondries:
Réseau trans golgien
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Les organites intracellulaire