Cours sur le système endomembranaire et trafic intracellulaire PACES (première année de médecine)

Thèmes abordés

Cours sur le système endomembranaire et trafic intracellulaire PACES, réticulum endoplasmique, protéogenèse, Golgi, endosomes, lysosomes

Résumé du document

- Uniquement dans cellules eucaryotes, cavités et vésicules ou canalicules, contiennent nbreuses prot solubles, communique avec mb plasmique et cytosol.
- Compartiments
. Traitement des prot : voie exportation prot extracellulaires (hormones) = REG (endomembranes.
+ ribosomes) + Golgi (dictyosomes) + Vésicules, canalicules, vacuoles
. Assemblage lipides = REL.
. Endosomes = tri molec issue de endocytose + synthèse intracellulaire.
. Lysosomes = accumulation enzymes pour recyclage.

Extraits

[...] SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE ET TRAFIC INTRACELLULAIRE Généralités Uniquement dans cellules eucaryotes, cavités et vésicules ou canalicules, contiennent nbreuses prot solubles, communique avec mb plasmique et cytosol Compartiments Traitement des prot voie exportation prot extracellulaires (hormones) = REG (endomembranes + ribosomes) + Golgi (dictyosomes) + Vésicules, canalicules, vacuoles Assemblage lipides = REL Endosomes = tri molec issue de endocytose + synthèse intracellulaire Lysosomes = accumulation enzymes pour recyclage Flux membranaires Molec empruntera un des 3 flux en fonction de son pt d'entrée ou de signaux d'adressage Flux membranR vectoriel = RE Golgi mb plasmique / endosomes puis lysosomes A partir endosomes = endocytose mb plasmique mb plasmique / lysosomes / Golgi Rétrograde = mb plasmique (cavéoles) ou endosomes Golgi RE (permanent) Noyau reçoit ses prot par des pores (seul compartiment) ; Golgi, endosomes et lysosomes (signal patch) par vésicules de transport ; RE, mitochondries et peroxysomes par transport transmembranaire (peptide signal) II] Protéogenèse / traduction Commence toujours dans cytoplasme, extrémité N-term C-term ARNt spécifique transporte aa vers ARNm sous forme d'aminoacyl-ARNt, rencontre entre aa-ARNt et ARNm dans ribosome, ARNt reconnaît un codon spécifique Ribosomes Structure = constitués de ribonucléoprotéines, situés dans cytosol ou accolés à face externe du RE, 20-30nm s.u assemblées dans noyau Rôle = avancent le lg de ARNm lisant codon par codon et assemblant les aa, plusieurs ribosomes peuvent traduire en même tps un ARNm Initiation de la traduction Liaison petite s.u ribosome à partie ARNm ARNt initiateur transportant une Met se fixe sur site P du ribosome Petite s.u lit ARNm jusqu'à ce qu'elle rencontre codon start AUG Grande s.u rejoint petite (consommation GTP) Ribosome couvre donc 2 codons = AUG pour site codon suivant pour site A Elongation Un ARNt lié de façon covalente avec son aa se fixe sur site A (facteur élongation+GTP) Liaison covalente entre aa précédent et aa suivant (catalysée par peptidyl-transférase) ARNt initiateur relargué du site ribosome avance d'un codon sur ARNm ARNt restant passe vers site P donc site A libre pour nouvel ARNt Terminaison Site A rencontre un codon stop facteur de libération hydrolyse chaîne peptidique Libération chaîne peptidique, facteur libération, ARNt et 2 s.u du ribosomes Prise en charge par prot chaperonnes pour configuration 3D Destination des prot = cytosol, noyau, mitochondries, peroxysomes III] Réticulum endoplasmique Généralités Réseau de canalicules et vésicules, en continuité avec enveloppe nucléaire, mb de composition proche de la mb plasmique Fonctions = translocation et synthèse de prot, N-glycosylation, conformation spatiale prot, synthèse phospholipides membranaires, stockage et libération Ca, détoxification, production glc Translocation, synthèse des protéines Certaines prot on une phase de synthèse ds cytosol puis ds le RE = séquence signal hydrophobe produite par ribosomes libres reconnue par particule SRP qui stoppe traduction, fixation sur récepteur SRP sur mb REG, séquence signal entraîne prot à travers un translocon dans la mb et la guide dans lumière du REG, séquence signal détectée entraîne reprise de traduction, clivage séquence signal par signal peptidase Synthèse des prot à domaine transmembranaire = adressage par la SRP, même mécanisme d'insertion mais translocation stoppée par séquence d'arrêt de 20-25 aa hydrophobes Glycosylation, autres modifications post-traductionnelles Glycosylation Transformation prot en glycoprot, modifie leur solubilité, stabilité, charge et conformation (ciblage), N-glycosylation ds le REG (O-glycosylation ds Golgi) Précurseur oligosaccharidique sur du dolichol est construit dans lumière du REG, transféré en bloc sur prot en cours de traduction et immédiatement modifié, élagué Autres modif post-traductionnelles = synthèse de glycoprot associées à la mb par un GPI, ponts disulfures entre cystéines, repliement et conformation définitive, contrôle de qualité (prot mal glycosylées ou mal configurées passent dans cytosol et st dégradées ds protéasome) Réticulum endoplasmique lisse Fabrique la quasi-totalité des lipides membranaires enzymes membranaires sur face cytosolique, cascades de réactions enzymatiques, répartition homogène, symétrique et très rapide sur bicouche par scramblases Echanges lipides/autres compartiments = interactions directes avec Golgi, mb plasmique, mitochondrie, transport lipides ds les 2 sens par une prot transporteuse Mise en place dans la mb plasmique = flippases (ATP transporteurs) font passer lipides sur le bon feuillet (PS et PE sur feuillet externe) Production d'hormones stéroïdes Détoxification = hydroxylation molec exogènes par cytochrome p450 Exemples de pathologies Mucoviscidose = fréquente, gène codant pour prot transmembranaire CFTR, si traduction normale 80% de CFTR détruite par protéasome, si mutation ΔF détruit Déficit en α1-antitrypsine (glycoprot plus abdte ds sérum après albumine, sécrétée par le foie, inactive neutrophile élastase) = destruction parenchyme pulmonaire, conformation anormale d'α1-AT dans REG et donc agrégats, baisse qté sécrétée et donc cirrhose hépatique Protéines toxiques dans maladies neuro-dégénératives Sortie du REG / transport vésiculaire Transport vésiculaire = feuillets lipidiques gardent leur orientation, spécificité de reconnaissance due à des prot spécifiques (v-SNARE sur vésicule, t-SNARE sur compartiment receveur), dissociation grâce à prot non spécifiques (SNAP, NSF) Destination des prot synthétisées dans RE = restent dans RE (prot endolumiales et transmembranaires) ou partent dans vésicules dont mb est issue du REG (prot lumiales et membranaires), passent dans Golgi et se dirigent vers lysosomes, mb plasmique ou REG en fonction de leur glycosylation IV] Golgi Saccules aplatis en piles (dictyosomes, saccules de face cis en regard avec RE + de région médiane + de face trans pour sortie) + vésicules assurant transport entre Golgi, RE, lysosomes, mb plasmique, endosomes + cytosquelette (µtubules=rails) + prot G face cytosolique Localisation = autour du noyau et à proximité du RE Fonctions = élongation oligosaccharides N-liés + O-glycosylation (ose par ose) + phosphorylation + sulfatation + aminacétylation + stockage ions Ca2+ + synthèse phospholipides + tri, adressage et exportation de molec Sortie du Golgi = mb plasmique apicale ou baso-latérale, endosomes de recyclage, endosomes précoces, endosomes tardifs (pH plus acide), granules sécrétoires, RE (échange direct lipides) Voies d'exportation des protéines Sécrét° constitutive = déverse produits vers extérieur en permanence sans stockage (α1-AT) Sécrétion régulée = stockage temporaire ds vésicules (200x concentration du Golgi) proches de mb plasmique puis libération massive (insuline) par signal extracellulaire Exportation vers lysosomes = apport de récepteur M6P sur prot glycosylées dans Golgi cis, transport jusqu'au Golgi trans, formation vésicule recouverte de clathrine, fusion avec endosome tardif, dissociation enzyme-M6P à pH acide puis recyclage Exemple de pathologie : déficits en prot C = prot sécrétoire importante pour coagulation, syn-thétisée ds RE puis modif post-traductionnelles, mutations génétiques induisent rétention ds Golgi Endosomes Généralités Hétérogènes, caractères communs à Golgi et lysosomes (pH variable, tend à s'acidifier) Endosomes précoces (pH tardifs (pH lysosomes (pH Reçoivent vésicules de mb plasmique par endocytose (endosomes précoces) ou vésicules de transport de Golgi (enzymes, H+-ATPase) Redirigent vésicules vers lysosomes (endosomes tardifs, contiennent hydrolases), mb plasmique (recyclage), cytosol (métabolites), Golgi (recyclage) Exemples de pathologies Maladie à Prions Protéine prion PrPc = glycoprot, versant ext mb cellulaire, endocytée et catabolisée par cellule, rôle inconnu séq N-term de 22 aa hydrophobes, traduction ds RE, N-glyco-sylation, clivage 23 aa C-term, addition GPI, transport vers Golgi puis mb plasmique Forme anormale PrPsc (diffère par chgmt conformationnel) s'accumule dans cerveau (encéphalopathie spongiforme), nécessite présence de PrPc pour se propager Maladie d'Alzheimer Prot membranaire APP (amyolid précursor protein) normalemt clivée pour donner APPα Forme anormale Aβ a des effets toxiques intra et extracellulaires, interfère avec mitochondrie, cytosquelette, protéasome se dépose en formant plaques diffuses à l'intérieur et extérieur des neurones VI] Lysosomes Organites sphériques 0,1-2µm, hétérogènes (multi-vésiculaires), localisés partout ds cytoplasme, Contenu = hydrolases (pH acide), ATPase à protons, protéases, nucléases, phosphatases, saccharidases, lipases peuvent lyser ttes les molec qu'ils contiennent Fonctions Dégradation particules et molec de recyclage Eléments exogènes = endocytose médiée par récepteurs, pinocytose, phagocytose Eléments endogènes = microautophagie (invagination mb lysosome qui inclut un peu de cytosol), macroautophagie (recyclage particules plus grosses comme mitochondries, vésicules . [...]

[...] ) Lysosomes âgés = stockage restes non hydrolysables accumulat°, vieillissement cellulaire Nutrition cellulaire, renouvellement contenu cellulaire, défense contre agents pathogènes Biogenèse = Fusion d'une ou plusieurs vésicules de transport (contenant enzymes lysosomales et ATPase à protons . [...]

[...] ) et de vésicules contenant matériaux à dégrader Maladies lysosomales Génétiques = inactivité ou absence d'une enzyme accumulation de molec devant être dégradées (ex : phospholipides par hydrolase défectueuse) retard de dvp, anomalies syst neurologiques et immunitaires, déformation squelette, décès précoce Acquises = accumulation matérieux non hydrolysables 'amiante, silice) après phagocytose pneumoconioses VII] Peroxysomes Généralités Petites vésicules limitées par une mb lipides protéines), lieu de réactions ds lesquelles un produit dangereusement réactif est fabriqué et dégradé, contiennent enzymes d'oxydation catabolisant lipides et détruisent molec toxiques Présents ds presque ttes cellules eucaryotes, matrice homogène et contenu cristallin Fonctions Destruction AG à lgue chaîne (à chaîne courte détruits ds mitochondrie) = β-oxydation H2O2 conversion H2O2 en O2 et H2O par catalase α-oxydation des AG poly-insaturés Synthèse glycérolipides des mb, du cholestérol, des acides biliaires Métabolisme des aa, des purines AMP et GMP Pathologies Herbicides augmentent expression gènes codant pour prot peroxysomales ce qui provoque augmentation de production de radicaux libres mutations ADN cancers Déficits en 1 seul enzyme affecte une voie métabolique arriération mentale, anomalies craniofaciales, cataractes, glaucomes, hépatomégalie, kystes rénaux, hypotonie . [...]