Biologie Cellulaire - Compartiments Intracellulaires et Tri des Protéines - Lysosomes, Peroxysomes et Noyau PDF

BIOLOGIE CELLULAIRE ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ CHAPITRE 5 Compartiments intracellulaires et tri des protéines - Lysosomes, peroxysomes et noyau 1)​ Lysosomes Ce sont des vésicules limitées par une membrane et son impliquées dans la d...

BIOLOGIE CELLULAIRE ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ CHAPITRE 5 Compartiments intracellulaires et tri des protéines - Lysosomes, peroxysomes et noyau 1)​ Lysosomes Ce sont des vésicules limitées par une membrane et son impliquées dans la digestion intracellulaire. Ils contiennent une variété d’enzymes hydrolytiques (hydrolases acides) actives dans les conditions acides (pH de 3 à 6) et non neutres comme le cytosol. La lumière du lysosome est maintenue à un pH acide par une pompe H+ localisée dans la membrane qui utilise l’énergie de l'hydrolyse de l’ATP pour pomper des H+ dans la vésicule. Les lysosomes sont des organites hétérogènes, présentant une diversité morphologique. Morphologiquement, on distingue 3 types de lysosomes : -​ lysosomes primaires : d’aspect homogène au MET, sont nés à partir de golgi, renfermant des hydrolases actives mais n’ont pas encore rencontré de matériel à digérer -​ lysosomes secondaires : d’aspect hétérogène au MET, renfermant du matériel à digérer en plus des hydrolases -​ corps résiduels : ce sont des vacuoles dans lesquels persistent des résidus non digérés a.​ Biogenèse Lysosomes = vésicules de transport (enzymes lysosomales) + endosome/phagosome (matériaux à dégrader) 1 BIOLOGIE CELLULAIRE ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ CHAPITRE 5 b.​ Transport des hydrolases néosynthétisées vers le lysosome Étapes : -​ les précurseurs des hydrolases lysosomales sont “étiquetés” avec des groupements M6P dans le Golgi cis et séparés de tous les autres types de protéines dans le RTG -​ les vésicules recouvertes de clathrine bourgeonnent à partir du RTG concentrant les récepteurs spécifiques du M6P, qui se fixent aux hydrolases lysosomale -​ ces vésicules perdent leur enveloppe et fusionnent avec les lysosomes. Au pH acide de l’endolysosome, les hydrolases se dissocient des récepteurs qui sont recyclés vers golgi -​ les hydrolases perdent le phosphate et deviennent actives dans le lysosome. c.​ Voies d’accès des matériaux à dégrader dans le lysosome d.​ Mucolipidose type II Mutation dans l’enzyme GlcNAc Transférase, absence de mannose 6-P dans les hydrolases acides, la quasi-totalité des enzymes lysosomiales sont absentes dans les lysosomes. Lysosomes présentent de grandes inclusions. 2 BIOLOGIE CELLULAIRE ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ CHAPITRE 5 2)​ Peroxysomes Organites sphériques de 0,5-1,5 μm de diamètre, entourés d’une membrane, ubiquitaires (eucaryotes), pas de génome, important leurs protéines du cytosole, grand polymorphisme (taille/nombre/composition). Matrice peroxysomale : siège des réactions d’oxydation (utilisant O2) comme β-oxydation, production/dégradation de H2O2 et hydroxylation de molécules. Membrane -​ peroxines (importation) -​ perméases ABC Matrice -​ catalase -​ oxydase Région paracristalline (nucléoïde) -​ urate oxydase (n’existe pas chez les primates) a.​ Enzymes de la matrice peroxysomale Réactions d’oxydation -​ Oxydases : production d’H2O2 -​ RH2 + O2 → R + H2O2 -​ β-oxydation des acides gras → > C22 → < C12 + acétyl-CoA -​ amino-acides oxydases → dégradation ac. aminés/protéines -​ Catalase : utilisation d’H2O2 -​ peroxydation de substrats : H2O2 + R’H2 → R’ + 2H2O -​ détoxication d’H2O2 : H2O2 + H2O2 → 2 H2O + O2 (protection / stress oxydant) R’H2 = phénol, acide formique, formaldéhyde, alcool Foie, rein, rôle de détoxification b.​ Fonctions Oxydation d’acides gras à chaîne très longue Oxydation d’acides aminés et d’autres molécules Biosynthèse du cholestérol, dolichol, acides, biliaires, plasmalogènes Plantes : cycle glyoxylique (synthèse de sucres à partir d’acides gras) et photorespiration c.​ Biogenèse Les peroxysomes se forment par bourgeonnement à partir du RE et par adressage au peroxysome des protéines synthétisées dans le cytosol. 3 BIOLOGIE CELLULAIRE ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ CHAPITRE 5 d.​ Adressage des protéines peroxysomales Les protéines destinées aux peroxysomes contiennent un peptide signal appelé PTS. Peroxisome Targeting Signal (PTS) = 2 types : -​ PTS1 (Ser-Lys-Leu) en C-term : la majorité des protéines peroxysomales, ce signal est reconnu par le récepteur cytosolique PEX5 -​ PTS2 en N-term, reconnu par le récepteur cytosolique PEX7 e.​ Maladies peroxysomales Maladies génétiques (mutations) associées à des déficits peroxysomaux : 2 catégories = -​ déficit d’une seule enzyme peroxysomale affecte une seule voie métabolique ex. adrénoleucodystrophie liée à l’X (= mutation d’une enzyme de la β-oxydation) entraîne accumulation d’acides gras à très longues chaînes -​ déficit dans la biogenèse du peroxysome (létales) ex. syndrôme de Zellweger (=peroxysomes vies : pas d’importation de protéines) 3)​ Noyau Siège de l’ADN chez les eucaryotes. Lieu de la réplication de l’ADN, de la transcription et de la modification de l’ARN a.​ Enveloppe nucléaire Deux membranes lipidiques (bicouche lipidique) interne et externe. Entre les membranes lipidiques = un espace périnucléaire Lamina nucléaire : armature interne de protéines (disparaît lors de la mitose) 4 BIOLOGIE CELLULAIRE ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ CHAPITRE 5 Pores nucléaires : zones de communication entre le nucléoplasme et le cytoplasme La lamina nucléaire est associée à la membrane interne sous forme d’une structure fibreuse dense, sert de support physique à l’enveloppe nucléaire, lieu d’accrochage de l’hétérochromatine périphérique. Laminopathies = mutations dans les gènes codant les lamines qui constituent la lamina nucléaire = défauts de l’enveloppe nucléaire = pathologies humaines = Hutchinson-Gilford progeria syndrome b.​ Matrice nucléaire Matériel insoluble qui reste dans le noyau après une série d’extractions biochimiques. Structure analogue au cytosquelette sur laquelle les chromosomes et d’autres composants du noyau sont organisés. Rôle dans l’organisation des chromosomes, la régulation de l’expression des gènes et la réplication de l’ADN. c.​ Territoires chromosomiques Les chromosomes occupent en général des territoires bien déterminés et se mélangent rarement. Les gènes actifs sont localisés à la surface de ces territoires. d.​ Complexes pores nucléaires Permettent l’essentiel des échanges entre noyau et cytoplasme. Sont d’autant plus nombreux que la cellule est active et le trafic intense. Structure : canal a organisation octogonale dont les nombreuses protéines (nucléoporines) s’organisent en 3 anneaux (cytoplasmique, central et nucléoplasmique), filaments, anneau distal. Transport à travers les pores nucléaires -​ transport bi-directionnel -​ 2 types de transport -​ diffusion passive : pour petites molécules de PM < 50 kDa -​ transport actif : pour macromolécules (RNA, protéines, ribonucléoprotéine) Signaux d’adressage -​ Nuclear Localization Signal : NLS (séquence de localisation nucléaire) signal d’import : - Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- (AA chargés positivement) -​ Nuclear Export Signal : NES (signal d’export nucléaire) signal d’export : - Leu-X-Leu-X-Leu (AA hydrophobes) Karyophérines Protéines qui assurent le transport bidirectionnel de protéines et ARN entre le cytoplasme et le noyau. Deux classes : importines (cytoplasme vers noyau) ou exportines (noyau vers cytoplasme) 5 BIOLOGIE CELLULAIRE ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ CHAPITRE 5 La direction du transport est déterminée par la protéine Ran : -​ Ran est une GTPase (hydrolyse GTP en GDP) -​ 2 formes de Ran : Ran-GDP ↔ Ran-GTP, la transition de Ran-GTP à Ran-GDP est catalysée par Ran-GAP, et celle de Ran-GDP à Ran-GTP par Ran-GEF -​ Ran-GAP prédomine dans le cytosol. C’est pourquoi Ran-GDP prédomine dans le cytosol -​ Ran-GEF prédomine dans le noyau. C’est pourquoi Ran-GTP prédomine dans le noyau -​ ce gradient des 2 formes de Ran détermine la direction du transport Mécanismes d’import et d’export Import (du cytosol vers noyau) 1.​ Les importines s’associent avec le NLS de la protéine cargo et la transporte au niveau du pore nucléaire 2.​ Le complexe importines/cargo traverse le pore (mécanisme mal connu) 3.​ Dans le noyau, RanGTP déplace la protéine cargo des importines Export (du noyau vers cytosol) 1.​ Le complexe exportines/RanGTP/cargo sort du noyau à travers le pore 2.​ Dans le cytosol, RanGAP promeut l’hydrolyse de RanGTP en RanGDP. 3.​ Ran-GDP se dissocie des exportines et la protéine cargo est libérée dans le cytosol La localisation nucléaire de RAN-GTP impose le sens du processus de transport. 6 BIOLOGIE CELLULAIRE ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ CHAPITRE 5 Exemple : contrôle de l’importation nucléaire pendant l’activation des lymphocytes T (NF-AT) 1.​ NF-AT est un facteur de transcription des lymphocytes T, qui, à l’état de repos des lymphocytes, se trouve phosphorylé dans le cytosol. 2.​ Avec l'activation du lymphocyte par un antigène externe, les niveaux de Ca2+ intracellulaire augmentent. Dans ces conditions, la phosphatase calcineurine déphosphoryle NF-AT. Cette déphosphorylation expose les signaux d'importation nucléaire et bloque ceux d'exportation. 3.​ Une fois à l'intérieur, le facteur de transcription active de nombreux gènes nécessaires à l'activation du lymphocyte T. 4.​ La réponse se termine lorsque les niveaux de Ca2+ diminuent, ce qui libère NF-AT de la calcineurine. Une protéine kinase active phosphoryle à nouveau NF-AT, exposant le signal d'exportation du noyau, et il retourne dans le cytosol. 5.​ Certains médicaments immunosuppresseurs puissants, comme la Cyclosporine A ou le FK506, inhibent la capacité de la calcineurine à déphosphoryler NF-AT, bloquant ainsi l'activation des lymphocytes T. Transport des ARN Les ARN sont transportés à travers les pores nucléaires sous forme de complexes ribonucléoprotéiques (RNP) tRNA, rRNA, snRNA : transport Ran-GTP-dépendant par des exportines mRNA : transport Ran-GTP-indépendant par “mRNA exporter”, durant leur transport, s’associent à une vingtaine de protéines formant les particules hnRNPs (heterogeneous nuclear ribonucleoproteins) 7