Glycosylation et Fonction du Golgi

Présentation de l'appareil de Golgi

• Découvert à la fin du 19ème siècle par Camillo Golgi.
• La découverte fait suite à des impressions argentiques, avec un précipité d'ions argent (Ag+).
• L'appareil de Golgi appartient au système endomembranaire.

Fonctions principales

• Modifie séquentiellement les protéines synthétisées dans le RE : ajoute des chaînes glycosylées, d'acide gras et de sulfate, et réalise des coupures protéolytiques.
• Le Golgi est impliqué dans la glycosylation des lipides, notamment la formation de glycolipides.
• Il possède d'une grande capacité de modification et est l'organite le plus riche en enzymes.
• Il fait le tri des molécules à exporter et possède une forte activité vésiculaire.

Études en microscopie électronique

• Réalisation de coupes sériées,
• Empilement des coupes et reconstruction 3D
• Colorisation
• Observation des différents dictyosomes entourés de nombreuses vésicules.

Structure de l'appareil de Golgi

• Il est constitué d'une succession de citernes.
• La citerne d'entrée est située en regard du réticulum endoplasmique.
• La citerne de sortie est le siège du bourgeonnement de différentes vésicules contenant des composants cellulaires :
• Les vésicules à hydrolases sont responsables de la dégradation et du recyclage des déchets cellulaires et sont adressées aux endosomes.
• Chaque citerne a un rôle spécifique, et les réactions se produisent séquentiellement.
• Organite polarisé avec une première citerne cis-Golgi en regard du réticulum endoplasmique. Le Golgi médian et le Golgi trans sont également présents.

Transferts vésiculaires

• Formation des vésicules à clathrines au niveau du trans-Golgi, qui se déplacent essentiellement grâce aux microtubules.
• La présence des centrioles autour de l'appareil de Golgi s'explique par ce rôle.
• Les microtubules participent à la structure de l'appareil de Golgi. L'utilisation de certaines drogues ciblant les microtubules perturbe le fonctionnement du Golgi.

Interrelations

• L'appareil de Golgi interagit avec les différents endosomes et avec l'extérieur de la cellule.
• Sécrétion constitutive pour renouveler la membrane plasmique et la MEC.
• Sécrétion contrôlée.

Glycosylation dans le RE

• N-glycosylation uniquement.

Glycosylation dans le cytoplasme

• O-glycosylation: ajout d'un seul N-acétylglucosamine.
• Les protéines Myc, p53, β-caténine et kinases cellulaires servent d'exemple.
• Pourrait intervenir dans la signalisation ou la régulation cellulaire, moduler l'activité enzymatique et jouer un rôle dans la stabilité des protéines.
• Les virus peuvent détourner la O-glycosylation à leur avantage.

Glycosylation dans le Golgi

• Modifications de la N-Glycosylation.
• O-glycosylation pour la formation des protéoglycanes et autres glycoprotéines.
• Glycosylation des lipides.
• Rend les protéines plus solubles, évitant ainsi leur agrégation, constituant un signal de repliement des protéines.
• La glycosylation joue un rôle dans la protection des membranes, en assurant une résistance à la protéolyse et une protection mécanique.
• On retrouve le cell-coat à la surface des cellules et le pseudo-cell-coat à la surface interne des lysosomes.

Rôle de signalisation cellulaire

• Glycosylation de p53.
• Présence de sélectines impliquées dans la reconnaissance de molécules sucrées.

Diversité et glycosylation

• 1% des gènes code pour des enzymes de glycosylation.
• De nombreuses maladies congénitales sont associées à des défauts de glycosylation, appelées CDG (Congenital Disorders Of Glycosylation).
• Ces maladies ont été identifiées grâce à la glycobiologie.

Glycosylation et échappement viral

• Acquisition permanente de mutations au niveau des glycoprotéines d'enveloppe, touchant la position et le nombre des motifs de glycosylation chez le VIH.
• Les anticorps produits par l'organisme infecté deviennent rapidement obsolètes.

Mise en évidence de la glycosylation

• Technique peu sensible pour la mise en évidence.
• Exemple avec de la levure : les zones denses aux électrons incluent l'appareil de Golgi.
• Les hydrolases sont des enzymes fonctionnelles à pH acide présentes dans les lysosomes.

Mise en évidence des phosphatases acides

• Acidification de la cellule.
• Ajout d'un substrat, le β-glycérophosphate, qui forme de l'acide phosphorique en présence des phosphatases acides.
• Ajout de nitrate de plomb pour la formation de précipités de plomb denses aux électrons en présence de l'acide phosphorique.
• Détection des phosphatases acides uniquement au niveau du trans-Golgi, qui met en évidence la maturation séquentielle des protéines car les hydrolases ne sont fonctionnelles qu'à partir du TGN.

Poursuite et modification de la N-glycosylation

• Action d'une mannosidase I : retrait de 3 groupements mannoses du motif, dans la citerne située sous le cis-Golgi.
• Action d'une N-acétylglucosamine transférase : transfert d'un résidu N-acétylglucosamine.
• Action d'une mannosidase II : retrait de deux résidus mannose, dans une citerne du Golgi médian.
• Transfert de deux N-acétylglucosamine + trois galactoses + trois molécules d'acide sialique chargées négativement (NANA), dans une citerne du trans-Golgi.

O-glycosylation

• Acides aminés concernés : sérine et thréonine.
• La glycosylation se produit au niveau d'un atome d'oxygène.
• Les enzymes et mécanismes impliqués restent encore méconnus.

Chaînes glucidiques obtenues

• Linéaire : protéoglycanes.

• Ramifiées : glycoprotéines.

• Présence de motifs signalant le début de la glycosylation : X-Sérine ou X-Thréonine.

• Protéoglycanes : motif de quatre sucres, suivi de la construction d'une chaîne linéaire avec l'ajout successif de deux sous-unités de sucre (disaccharides).

• Glycoprotéines : motif de trois sucres, puis construction d'une chaîne ramifiée.

Glycosylation des lipides

• Condensation de sucres sur des céramides formés d'une sphingosine et d'un seul acide gras.
• Ajout d'un motif sucré sur le feuillet membranaire de l'appareil de Golgi, dans la lumière de l'organite, par l'ajout d'un ou plusieurs résidus sucrés.
• Formation de sphingomyéline par l'ajout d'un groupement phosphorylcholine.

Autres rôles de l'appareil de Golgi : Protéolyse

• Synthèse des hormones dans le RE sous forme de précurseurs inactifs = pro-hormones.
• Maturation dans l'appareil de Golgi par glycosylations, formation de ponts disulfures, et clivages protéolytiques grâce à des enzymes appelées convertases.
• Un déficit en convertase provoque des pathologies héréditaires.

Synthèse de l'insuline

• Synthèse dans le RE sous forme de la pré-proinsuline formées d'une chaine peptidique de 110 acides aminés :
• Clivage du peptide signal par une peptidase lors de l'adressage au RE.
• Obtention du précurseur de l'insuline, la proinsuline, formée des trois chaînes A, B et C.
• Hormone active après clivages peptidiques effectués par des enzymes appelées convertases PC2 (Proprotein convertase 2) et PC3 (Proprotein convertase 3). Clivage du peptide C et les chaînes A et B reliées par des ponts disulfure.

Rôle physiologique de l'appareil de Golgi : Sécrétion constitutive

• Existe pour tous les types cellulaires.
• Se produit en permanence tout au long de la vie de la cellule.
• Permet le renouvellement des membranes et la sécrétion des molécules de la matrice extracellulaire, et compense les mécanismes d'endocytose.
• Différents types de vésicules permettent l'exportation vers certaines zones de la cellule, notamment le renouvellement membranaire spécifique dans les cellules polarisées.
• Adressage grâce à différentes protéines : Rab, Snare...

Rôle physiologique de l'appareil de Golgi : Sécrétion contrôlée

• Se fait en réponse à un signal externe commandant l'exocytose : sécrétion non constante.
• Surtout dans les cellules sécrétrices glandulaires.
• Les vésicules à contenu sont très denses et spécifiques = grains de sécrétions.

Maturation vésiculaire

• Formation du manteau de clathrine et tri des molécules grâce à des récepteurs spécifiques.
• Formation de volumineuses vésicules immatures.
• Recyclage des récepteurs et des membranes via des vésicules à clathrine.
• Diminution du volume vésiculaire à l'origine de la concentration du contenu.

Ciblage des hydrolases : Golgi => Lysosome

• Enzymes lysosomales fonctionnelles à pH acide : nucléases, protéases, glycosidases, lipases, phosphatases....
• pH acide des lysosomes entretenu par des pompes à protons.
• Présence d'un pseudo-cell-coat tapissant la surface interne des lysosomes afin de protéger la membrane lysosomale.
• Activation des hydrolases par clivage protéolytique des pro-hydrolases par des convertases au sein du Golgi et par acidification au sein du lysosome.

Transit des hydrolases vers l'endosome/le lysosome

• Motif généré par la GlcNac phosphotransférase qui possède 2 sites de liaison : un site accueillant l'hydrolase et un site accueillant l'UDP -GlcNac.
• Catalyse l'attachement du groupement phosphate sur un motif de N-glycosylation de l'hydrolase, transfert d'un GlcNac-phosphate sur un mannose, avec un retrait ultérieur du Glc-Nac pour ne garder que le phosphate.

Reconnaissance et exportation

• Incorporation des hydrolases dans des vésicules à clathrine et bourgeonnement au niveau du trans-Golgi.
• Exportation grâce à des protéines d'adressage.
• Dissociation de l'hydrolase et du récepteur du fait du pH acide.
• Retrait du groupement phosphate par une phosphatase pour éviter le retour vers le Golgi et recyclage du récepteur via des vésicules à clathrine.

Ciblage des vésicules vers leur compartiment de destination

• Protéines G monomériques inactives sous forme GDP et actives sous forme GTP.
• Démasquage d'une ancre lipidique permettant leur ancrage à la membrane.
• Les protéines présentes sur les vésicules et sur le site de destination assurent la spécificité de reconnaissance de la vésicule vers son compartiment de destination.
• Chaque protéine Rab va cibler un compartiment spécifique.
• Cela permet l'immunomarquage d'un compartiment particulier.
• Interaction spécifique entre une protéine Rab-GTP exprimée par la vésicule et un récepteur (effecteur de Rab) exprimé par le compartiment de destination.

SNARES

• 35 SNAREs différentes chez l'Homme et 25 chez la levure.
• v-SNARE sur la vésicule et t-SNARE sur le compartiment de destination.
• Interaction mécanique en « épingle à cheveux » pour un rapprochement entre la vésicule et le compartiment d'adressage, aboutissant à une fusion des bicouches lipidiques et à la libération du contenu vésiculaire.

Mécanisme de fusion membranaire du virus

• Technique de fusion membranaire assez proche de celle des complexes SNARES.
• Peut être une évolution à partir du même mécanisme ancestral, ou un apport viral de ce mécanisme dans les cellules.
• Les propriétés de fusion de protéines virales pouvant se révéler essentielles à la vie.
• Fusion des cellules du trophoblaste grâce à des glycoprotéines virales d'enveloppe issues de séquence de rétrovirus intégrées (rétrovirus endogènes).

Explorez les rôles de la glycosylation des protéines dans le Golgi, son impact sur la protection des membranes cellulaires et son implication dans l'échappement viral. Découvrez également les liens entre les défauts de glycosylation et les maladies congénitales, ainsi que la fonction des vésicules à hydrolases.