Chap 4 - Endocytose PDF

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BIOLOGIE CELLULAIRE 1

Chapitre 4

Les voies de l’endocytose

Endocytose

Endocytose / Exocytose Les macromolécules ne peuvent pas traverser la bicouche phospholipidique ENDOCYTOSE (processus d’internalisation)

EXOCYTOSE (processus d’externalisation)

Endocytose

Version simplifiée

Endocytose = absorption par la cellule d’éléments extérieurs avec invagination de membrane

Phagocytose

Pinocytose

Endocytose par récepteurs

Mécanisme réservé à certaines cellules du système immunitaire. Concerne des cellules entières ou des fragments cellulaires

Absorption non spécifique de liquide extracellulaire et de molécules dissoutes. On dit que la cellule «boit».

Ce type d’endocytose est très spécifique et dépend de la présence de récepteurs sur la membrane des cellules.

Endocytose La situation est en réalité un peu plus complexe...

Phagocytose

Phagocytose Internalisation de cellules entières ou de débris cellulaires Concerne un nombre restreint de cellules du système immunitaire:

Les monocytes et les macrophages

Phagocytose bactérie (en division)

globule rouge

pseudopode

membrane plasmique

macrophage Leucocyte neutrophile

Pinocytose

La Pinocytose Le prélèvement est aspécifique, et concerne toutes les matières dissoutes (ions, protéines, autres macromolécules)

La Pinocytose

La pinocytose implique la libération de vésicule dans le cytoplasme

L’endocytose par récepteurs Endocytose dépendante de la clathrine

Notion de récepteur • Un récepteur est une protéine (souvent membranaire) ❖ Généralement transmembranaire

• Un récepteur fixe un ligand de manière spécifique

Ligand

Complexe Ligand/Récepteur

Absorption du cholestérol Goldstein et Brown

Mécanismes de l’hypercholestérolémie familiale Découverte du récepteur aux LDL Prix Nobel de Médecine 1985

Michael Brown 1941 -

Joseph Goldstein 1940 -

Absorption du cholestérol

Fillette de 10 présentant une forme sévère d’hypercholestérolémie

Défaut d’absorption du cholestérol

PNAS (1974) 71, 788

Transport du cholestérol

Transport du cholestérol

Exemple: Absorption du cholestérol Les molécules de cholestérol nécessitent un transporteur : LDL LDL = Low Density Lipoprotein Protéine (Apolipoprotéine B) Reconnue par le récepteur Phospholipides (800 molécules)

Monocouche Esters de cholestérol (1500 molécules)

Estérifiés à de longues chaînes d’acides gras

Cholestérol non estérifié (500 molécules)

22 nm

Endocytose à clathrine (1) (LDL)

Les vésicules se forment à partir d’une région de la membrane recouverte de clathrine. L’invagination de la membrane forme un puits recouvert de clathrine. En une minute, le puits se ferme. La dynamine induit la libération de la vésicule. On peut trouver jusqu’à 1000 récepteurs par puits.

Vésicule mantelée ou recouverte (Ø ~80 nm)

Formation des vésicules

L’adaptine (AP2) se fixe sur la partie cytoplasmique du récepteur et elle recrute la clathrine qui formera le manteau.

LDL - Récepteur - Adaptine

Domaine extracellulaire

Cytosol

Formation des vésicules

Formation des vésicules à clathrine

Triskelion

Formation des vésicules à clathrine

Vésicules à clathrine

Formation des vésicules à clathrine observée sur la face cytoplasmique de la membrane plasmique

AP2 recrute la clathrine

Séparation de la vésicule La dynamine est responsable de la scission de la vésicule La scission nécessite l’hydrolyse du GTP par la dynamine

Coopération de l’actine L’actine polymérise à la base de la vésicule en formation pour l’éloigner de la membrane et étirer l’isthme

Action de la dynamine

Séparation de la vésicule Grains d’or fixés sur des anticorps anti-dynamine, visualisés en microscopie électronique à transmission. La cellule a préalablement été incubée en présence de GTP-γS, un analogue non hydrolysable du GTP

Vésicule d’endocytose en formation

Accumulation de dynamine

Membrane plasmique

L’endocytose à clathrine (2) Dissociation de la clathrine (quelques sec) Intervention de la Hsc70 (chaperon) et du Ca2+ (consommation d’ATP)

Vésicules lisses

Fusion des membranes

Endosome précoce (Après 2 à 5 min)

Dissociation de la clathrine

L’auxilline se fixe sur la clathrine (a)

L’auxilline recrute 3 molécules de Hsc70-ATP (b, c, d)

Hsc70 hydrolyse l’ATP et décroche un triskèle de clathrine (c, d, e, f)

De l’assemblage à la dissociation de la clathrine

Endosome précoce (pH 6,3 - 6,8) MATURATION !

Entrée d’ions H+ "

Chute du pH : 6,8

5

"

Dissociation Ligand/Récepteur

Endosome tardif (Mannose 6 P) (pH 5,3 - 5,5) Partie tubulaire

Partie vésiculaire

10 à 15 min

Lysosome (Hydrolases) (30-60 min) Recyclage des récepteurs à la membrane

✤

Les vésicules d’endocytose fusionnent pour former l’endosome précoce qui s’acidifie

✤

Dans l’endosome tardif le pH est bas et les ligands sont séparés des récepteurs. Les lysosomes primaires commencent à fusionner

✤

Dans le lysosome:

✤

L’Apo B est lysée en acides aminés

✤

Les esters de cholestérol sont transformés en cholestérol + Acides gras

Endocytose à clathrine Vésicule d’endocytose

Endosome tardif (N’a pas encore rencontré les hydrolases du lysosome, ais ligand et récepteur sont séparés)

sion tardif + lysosome primaire

Lysosome primaire ysosome secondaire (siège des drolyses)

Autre exemple: Endocytose du Fer

Fer et Transferrine

Effet du pH sur les associations Dépendantes du pH % de formes liées

% de formes liées 100%

100%

0%

0% 5

7

5

pH

Apotransferrine / Récepteur

7

Fer / Transferrine

Indépendantes du pH % de formes liées 100%

0% 5

7

Ferrotransferrine / Récepteur

pH

pH

Le cycle de la transferrine pH 7

pH 5

L’endocytose par récepteurs Endocytose par cavéoles

Endocytose par cavéoles

Les cavéoles sont très présentes dans les cellules endothéliales, mais retrouvées dans toutes les cellules animales

La protéine clé est la cavéoline

La cavéoline a une affinité très forte pour le cholestérol

Endocytose par cavéoles

La cavéoline a été identifiée en 1992

La cavéoline La cavéoline est une protéine membranaire (mais pas transmembranaire)

Endocytose par cavéoles Les cavéoles permettent d’adresser des produits de l’endocytose directement vers le réticulum endoplasmique. Mais il existe aussi une voie qui oriente la vésicule d’endocytose vers l’endosome et le lysosome.

Scission des vésicules • La scission des vésicules à cavéoline nécessite la dynamine

L’endocytose Macropinocytose

La macropinocytose • Les vésicules sont formées par extension de la membrane ❖ Polymérisation de l’actine!

• La macropinocytose adresse les produits de l’endocytose vers le lysosome

L’endocytose La fusion des membranes

Fusion des vésicules A v-SNAREs

t-SNAREs

B

Compartiment donneur

Compartiments accepteurs

Appariement entre v-SNAREs (portées par les vésicules d’un compartiment donneur) et t-SNAREs (portées par compartiment cible) La spécificité est renforcée par d’autres facteurs (protéines rab…)

Fusion des vésicules v-SNARE (synaptobrévine) SNAP

t-SNARE (syntaxine)

Structure des molécules SNARE Les SNARE : Une machinerie minimum de fusion

Protéine virale fusogène

SNAREs

Synapse neuro-musculaire • On va suivre l’exocytose des neurotransmetteurs (acétylcholine)

Exemple: Contraction musculaire

Le neurone moteur sécrète et libère de l’acétylcholine dans la fente synaptique. Le muscle se contracte

Botulisme Le botulisme est une maladie paralytique engendrée par une bactérie (Clostridium).

La toxine botulique induit la destruction des protéines SNARE. L’acétylcholine ne peut être libérée. Le muscle est paralysé.

Bilan • L’endocytose par récepteurs fait intervenir une vésicule recouverte de clathrine, ou des vésicules à cavéolines • Les récepteurs sont séparés de leur ligand par chute du pH • Autorise le recyclage des récepteurs à la membrane • L’adressage des ligands au lysosome prend environ 15 minutes

Un système détourné

Endocytose à clathrine Adénovirus, Papillomavirus, Dengue, Hépatite C, HIV-1

Endocytose à cavéole Poliovirus, SV40, Hépatite B

Un système détourné

Macropinocytose Epstein-Barr, Herpes, Ebola, Vaccine...