Le réticulum endoplasmique REG REL PDF

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Summary

Voici un cours de Licence L1 Sciences de la Vie de l'université de Tours sur réticulum endoplasmique rugueux et lisse ainsi que son fonctionnement dans la cellule....

Description

Le Réticulum endoplasmique (rugueux et lisse) Le réticulum endoplasmique provient de la membrane externe de l’enveloppe nucléaire qui va porter quelques ribosomes : il est donc en continuité avec la membrane externe du noyau. Ce dernier est organisé en saccules qui sont aplatis et interconnectés.Le réticulum endoplasmique rugueux (RER) est une usine de fabrication de protéines modifiées alors que le réticulum endoplasmique lisse (REL) est une usine de fabrication de phospholipides. Le réticulum endoplasmique lisse ne possède pas de ribosomes fixés à sa surface contrairement au rugueux. Le RER et le REL sont en continuité.

I. Synthèse des protéines : Du fait que le RER est impliqué dans la synthèse des protéines, il sera beaucoup plus développé sur les cellules qui vont avoir une activité de sécrétion, par exemple les cellules du foi ou encore les cellules neuronales. Le réticulum endoplasmique est impliqué dans le processus de synthèse des protéines soit que l’on va retrouver à l’extérieur de la cellule soit que l’on va retrouver au niveau de la membrane plasmique. Synthèse des protéines secrétées :

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On retrouve l’ARNm avec le ribosome et l’ARNt qui va permettre la formation et l’élongation du polypeptide. On retrouve une séquence signal, que l’on appelle peptide signal, qui est très important car il va permettre de «docker», de stocker les ribosomes à la surface de la membrane du réticulum endoplasmique. Le peptide signal est reconnue par une protéine de reconnaissance du péptide signal qui est le PRS, cette protéine va venir se fixer dessus. La protéine PRS va être reconnue par un récepteur, le récepteur PRS, et cela va permettre de bloquer le ribosome à la surface d’un canal ce qui va entraîner une reprise de la synthèse de la protéine. La synthèse de la protéine était bloquée à partir du moment où le peptide signal est synthétisé. Enfin, on a une poursuite de l’élongation de la protéine.

BiP, Calnexine = Molécules chaperones qui assitent au repliement des protéines. BiP est dans la lumière du RE, Calnexine est une protéine transmembranaire du RE. 1

Synthèse des protéines membranaires :

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Blocage de la synthèse de la protéine à cause du peptide signal en (1). On va avoir un docking sur le canal. La partie concernant la reconnaissance par la protéine SRP et le récepteur de ce dernier n’est pas indiqué mais c’est la même chose. On va avoir le docking du ribosome sur le canal et on va continuer l’élongation de la protéine. Cette protéine va avoir un enchaînement d’acides aminés qui sont hydrophobes et qui vont représenter ce que l’on appelle un domaine transmembranaire, ce qui induit le fait qu’au lieu de rester libre dans la lumière du RE, cette protéine va venir se positionner au niveau de la membrane du RE.

II. Modification des protéines : Modifications post-traductionnelles (maturation des protéines) 

Pour que ces protéines soient opérationnelle, il faut absolument qu’elles soient modifiées et lorsqu’elles passent par le RE c’est parce qu’elles vont subir ce que l’on appelle une glycosylation (/!\ Glycosylation = ajouter des sucres alors que glycolysation = enlever des sucres).

N-glycosylation des protéines :

Étape 1 : Fixation des sucres sur Dolichol-P.  La N-glycosylation des protéines est initiée dans le réticulum endoplasmique rugueux. Cela se passe à partir d’un précurseur lipidique qui se nomme le dolichol-phosphate et il faudrait que ce dernier s’inverse dans la membrane pour être fonctionnel : on va avoir un basculement de cette molécule de base puis on va avoir différentes étapes de façon à construire l’arbre que l’on voit sur le schéma. Suite au basculement de la molécule, on va avoir fixation d’un deuxième phosphate, l’ajout de de 2 N-AcétylGlu, de 9 Mannoses et de 3 Glucoses. Cet arbre est l’élément de base qui va permettre la N-glycosylation des protéines puisque l’ensemble de cette structure (l’arbre) va être transférer sur les protéines naissantes. Étape 2 : Fixation des sucres sur les protéines On retrouve notre transporteur lipidique avec ses 2 AcétylGlu, ses 9 mannoses et ses 3 glucoses. Ce transporteur lipidique sous l’action de l’oligosaccharyltransférase va se fixer à la protéine et va perdre ses 2 phosphates. Ensuite, sous l’action de la glucosidase 2 et la glucosidase 1, l’arbre va perdre successivement ses 3 résidus sucres glucose. On se retrouve donc avec un transporteur lipidique associée à une protéine qui ne possède plus que ses 2 N-acétylglucosamine et ses 9 mannoses, mais elle ne sera toujours pas fonctionnelle, pour y remédier elle va devoir perdre le mannose central de la 4ème ligne de l’arbre (plus que 9 mannoses). 2

On passe de (Glc)3 (Man)9 (GlcNAc)2 à (Man)8 (GlcNAc)2. Tous cela correspond au stade d’initiation de la N-glycosylation, elle va falloir qu’elle se termine. Pour se terminer, il faut passer dans un autre compartiment qui est l’appareil de golgi. On va avoir un contrôle de qualité de la protéine :  Si la protéine, une fois le sucre fixé, est fonctionnelle (bien repliée) elle est redirigée vers l’appareil de Golgi (cis golgi) grâce à ERGIC 53.  Mais si le repliement ne convient pas, deux cas se posent : la protéine effectue un retour en arrière pour être « corrigée », mais si cette protéine ne peut pas être corrigée, cette dernière va être dégradée par envoi au protéasome.

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Cette étape correspond à une étape de modification co-traductionnelle et de repliement des protéines.

Formation des liaisons disulfures :    

Formation d’une liaison covalente entre deux groupements thiols (entre les deux groupes S) Ces groupements thiols sont des groupements -SH, on les a trouvés dans les acides aminés cystéines Modifications post-traductionnelles Liaisons disulfures qui permettent de maintenir la protéine repliée dans l’espace.

Contrôle du repliement correct des protéines : Le ribosome avec l’ARNm va synthétisé la protéine, cette dernière va être prise en charge par les protéines chaperonnes, elle va acquérir une structure 3D et va subir des modifications post-traductionnelles lié à la glycosylation. Si tout fonctionne bien, on aura la possibilité de la formation d’une vésicule qui va transporter cette protéine au niveau de l’Appareil de Golgi où toutes les modifications post-traductionnelles seront terminées. Si jamais la protéine n’est pas fonctionnelle (mal repliée) et qu’elle ne peut plus être corrigée, elle va être dégradée au niveau du protéasome. Synthèse de la protéine => Checkpoint (contrôle) => Si Ok elle va AG, si pas OK elle va au protéasome. 3

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Le protéasome est un ensemble de protéines et non un compartiment car il ne possède pas de membrane, qui va permettre de dégradée les protéines qui sont mal repliées. La protéine chaperonne est en compagnie de la protéine candidate, qui est mal-repliée au niveau de la lumière du RE. Cette dernière va passer par un canal, le translocateur protéique du RE, et va être libérée au niveau du cytosol où elle sera pris en charge par une enzyme la N-glycanase qui va ajouter des ubiquitines. L’ubiquitine est un signal qui va indiqué le fait que la protéine est mal-repliée et qu’il va donc falloir la dégrader. Après avoir été marqué par l’ubiquitine, la protéine va être dégradée. La synthèse des protéines n’est pas un processus efficace dans la mesure où 1/2 des protéines, donc la moitié des protéines du RER aboutissent au protéasome. Rendement peu efficace.

Conclusion sur la synthèse des protéines et sur leurs localisations : Au niveau du noyau, il se passe la transcription et donc on aura la présence d’un ARNm que l’on retrouve au niveau du cytoplasme. Cet ARNm va avoir deux possibilités soit il est lu par les ribosomes libres ou soit par des ribosomes liés à la surface du RER.

Partie orange : lecture des ARNm par des ribosomes libres. Partie bleu : lecture des ARNm par des ribosomes liés à la surface du RER.

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Lecture des ARNm par des ribosomes libres : L’ARNm est lu par des ribosomes libres et dans cas là on va synthétiser des protéines dans le cytosol, qui vont se replier vers l’espace. Ces protéines vont devenir des protéines matures qui reste dans le cytosol, elles peuvent aller au niveau de la mitochondrie, au niveau du chloroplaste si on est dans le cas d’une cellule végétale, aller au niveau du peroxysome ou encore revenir à l’intérieur du noyau. 2/3 des protéines vont rester dans le cytoplasme pour aller dans les différents compartiments listés ci-dessus. 4

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Ribosomes liés à la surface du RER : En ce qui concerne l’autre partie, on a une protéine avec un début d’élongation avec le peptide signal et grâce à ce peptide signal on va avoir un dockage de l’ARNm et des ribosomes sur le RE. On a deux possibilités pour les protéines ici, soit elles restent dans la lumière du RE soient elles restent dans la membrane du RE. Si tout ce passe bien, la protéine passe dans l’AG qui va renvoyer les protéines soit à l’extérieur des cellules (sécrétion de protéines), soit on les retrouvera à la surface de la membrane plasmique, ou soit elle va au niveau du lysosome. 1/3 des protéines transitent dans le REG (et la moitié de ce 1/3 passe dans le protéasome).

Localisation des protéines : 

Utilisation de la fluorescence, car cela nous permet également de travailler sur des cellules vivantes. Pour cela on va utiliser un anticorps fluorescent qui va pouvoir se fixer spécifiquement sur la protéine qui nous intéresse.

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Immunomarquage par un anticorps anti-Calnexine fluorescent dans le rouge sur des cellule Cos-7. Simple marquage.

Comment est-ce que l’on fait ? Les anticorps : protéines qui reconnaissent une autre protéine (antigène) de manière très spécifique. Ils sont fabriqués naturellement par les lymphocytes B de notre corps et participent à l’immunité. 

Outil Biotechnologique : Les sociétés biotechnologiques les fabriquent à façon pour reconnaître la molécule que l’on veut. Et en plus, ils sont rendus fluorescents, rouge, vert, bleu par greffage chimique….. On voit ici la cellule avec sa membrane, ici on souhaite savoir quel est la localisation de la protéine violette, pour voir si elle est bien membranaire. Donc on va venir incuber la cellule avec un anticorps fluorescent au fluorochrome qui sera soit vert soit rouge etc. Un anticorps possède deux chaînes lourdes et deux chaînes légères, et il va reconnaître l’antigène (protéine).

On va travailler avec des cellules que l’on met en culture, on les fait se multiplier. Dans certaines conditions, la protéine que l’on veut étudier est à l’intérieur de la cellule. Du coup, on va fixer la cellule (la cellule est morte), on la colle au substrat en s’arrangeant pour que les compartiments restent bien à la même place puis on va perméabiliser cette cellule. On perméabilise la cellule dans la mesure où l’anticorps est une très très grosse molécule et elle ne peut pas rentrer toute seule dans la cellule, donc on va faire des petits trous dans la cellule (l’Anticorps va diffuser à l’intérieur de la cellule). Puis, on va incuber avec l’anticorps (Incubation : L’anticorps se fixe partout où se trouve l’antigène) et pour que l’antigène se fixe seulement là où le souhaite on va faire des étapes de lavage de tous les anticorps qui ne se sont pas bien fixés. On va lire tout sa au microscope à fluorescence. La fluorescence montre la localisation de l’antigène. Donc si on cherche à étudier une protéine qui est localisé au niveau du RE de la membrane, les anticorps vont venir se fixer spécfiquement ici.    

Immunomarquage par un anticorps anti-Calnexine fluorescent dans le rouge sur des cellule Cos-7. Simple marquage Observation : Comment se répartit la fluorescence? Quelle est la forme de la fluorescence ? Conclusion : Qu’est ce que cela veut dire?

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Immunomarquage par un anticorps anti-Calnexine fluorescent dans le rouge sur des cellule Cos-7. Coloration au DAPI du noyau, fluorescence bleue Double marquage

Immunomarquage par un anticorps antiCalnexine fluorescent dans le Vert, un anticorps anti actine fluorescent dans le rouge Coloration au DAPI du noyau, fluorescence bleue Triple marquage MERGED image superposée des trois couleur

III. Le RER et le REL : des structures dynamiques, et de stockage Le RER et le REL ce sont des structures dynamiques et de stockage, car ils synthètisent des lipides (REL) et des protéines (RER). Structure dynamique car le RE peut faire le transfert des lipides et le transfert des protéines. Le REL (réticulum endoplasmique lisse) permet la synthèse des lipides. Il est qualifié de lisse car il n’est pas lié à des ribosomes. On sait que les membranes sont fluides et comme elles sont fluides on est donc dans le cas d’une structure dynamique, ça permet de transporter les lipides ainsi que les protéines jusqu’à la membrane plasmique soit de manière directe, soit par l’intermédiaire de l’Appareil de Golgi et des vésicules. On retrouve des granules qui vont être stockés au niveau du RE, soit des granules de lipides soit des granules de protéines, soit des granules remplies de sucres. Structure de stockage des lipides, protéines et des sucres.

On a des réserves de glycogène (cellule du foie muscle squelettique), synthèse de glucose à partir de glycogène. L’activité du RER et du REL sont modulés selon les cellules : accumulation de triglycérides dan un compartiment spécialisé du RE : le corps lipidique. La micrographie électronique est prise sur un échantillon provenant d’une graine de ricinum. Les protéines sont sécrétées différenciellement au cours du temps et selon les cellules.

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