Biologie cellulaire - Cours BIO1157 - Session automne 2024 - PDF

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Biologie cellulaire BIO1157 Session automne 2024 Rim Marrakchi [email protected]. Watson et al. (2009) Biologie moléculaire du gène. Pearson  Cours Les compartiments cellulaires 1 Le principe du ciblage des protéines 2 Le ciblage au noyau 2.1. Le complexe du pore nucléaire (CPN) 2.2. Les signaux d’importation et d’exportation a. Karyophérines b. Les nucléoporines c. La protéine Ran 2.3. Voies alternatives 1 Le principe du ciblage des protéines o La cellule eucaryote possède plusieurs compartiments délimités par des membranes. La synthèse protéique (traduction) commence toujours dans le cytoplasme et, par la suite, les protéines doivent trouver leur chemin vers leur « lieu de travail ». o Selon le cas, elles doivent franchir  un pore formé d’un gros complexe protéique (CPN)  une membrane (RER, peroxysome)  deux membranes (mitochondrie et chloroplaste).  sortir de la cellule (voie de sécrétion). Pour organiser les protéines dans la cellule il faut: o l’énergie (transport actif) o l’étiquette (peptide signal et parfois sucre) o destination (récepteur) © Garland Science 2008 1 Le principe du ciblage des protéines Les organites diffèrent dans le nombre de membranes qui les entourent et cela impacte sur le type de mécanisme de passage des protéines vers ces organites. Passage par un pore Passe 2 membranes Passe 1 membrane Trafic vésiculaire (voie de sécrétion et endocytose) Molecular bioloogy of the cell, 4th Ed 2 Le ciblage au noyau 2.1. Le complexe du pore nucléaire (CPN) L’enveloppe nucléaire possède deux membranes et un espace intermembranaire (en continuité avec la lumière du RER). Les pores nucléaires permettent une continuité entre le nucléoplasme (intérieur du noyau) et le cytoplasme : les protéines autorisées peuvent passer de part et d’autre ( sous certaines conditions). Une hypothèse sur la formation du noyau propose l’invagination de la membrane plasmique (cours 1). Cette même invagination aurait aussi donné naissance au réticulum endoplasmique. 2 Le ciblage au noyau 2.1. Le complexe du pore nucléaire (CPN) Le transport nucléaire est bidirectionnel à travers les pores nucléaires. Ces derniers ont un centre protéique qui peut faire varier la taille de l’ouverture. o Les petites protéines de 9 nm de diamètre et moins (petites protéines) peuvent facilement passer (diffuser) à travers le pore, par diffusion simple (transport passif). o Les plus grosses molécules de 9-40 nm de diamètre ( grosses protéines et sous-unités ribosomales) peuvent aussi passer par le pore, mais nécessitent de l’énergie (transport actif) pour agrandir davantage l’ouverture du pore 2 Le ciblage au noyau 2.2. Les signaux d’importation et d’exportation Signal d’importation: Un Signal de Localisation Nucléaire (SLN) est nécessaire pour entrer dans le noyau par le transport actif. Ce signal est un petit peptide caractérisé par une forte charge positive située quelque part dans la protéine (ex. KKKRK). WT Mutant Signal d’exportation: Un Signal d’Exportation Nucléaire (SEN) est nécessaire pour sortir du noyau. Il s’agit d’une hélice αamphiphile comportant plusieurs résidus Leucine (la partie hydrophobe) (ex. LXLXXLXL). 2 Le ciblage au noyau 2.2. Les signaux d’importation et d’exportation a. karyophérines Pour chaque signal (SLN ou SEN), il y a un récepteur.  Les karyophérines (karyion= noyau et pherein=porter) sont des récepteurs de signaux nucléaires. Elles lient le SLN (karyophérines importines) ou le SEN (karyophérines exportines) et transportent les protéines à travers le pore nucléaire. Une karyophérine possède deux sites de liaisons : o Un pour le signal (SLN ou SEN), situé sur la protéine à importer ou exporter o Un pour la Ran-GTP (GTPase monomérique de la famille Ras).  Transport passif 2 Le ciblage au noyau 2.2. Les signaux d’importation et d’exportation Transport actif b. Les nucléoporines Le complexe du pore nucléaire (CPN) est une structure modulaire construite à partir des nucléoporines (Nups). o Poms (Pore Membrane proteins, en bleu) : ancrent le CPN dans l’enveloppe nucléaire o Nups de liaison (Linker Nups, en vert) : relient les deux anneaux (rose et jaune) o Nups asymétriques : attachées aux deux anneaux (les filaments et le panier) o FG Nups (Phenylalanine-Glycine Rich repeat containing nups , en violet) : forment le canal central et interagissent avec les karyophérines. Les karyophérines ont la capacité d’ouvrir le CPN davantage. Katta et al, 2014 (trends in cell biology)  2 Le ciblage au noyau Membres de la famille RAS 2.2. Les signaux d’importation et d’exportation EF-Tu, EF-G = Traduction c. La protéine Ran Ran = Transport dans le noyau o RAN est une protéine de type Ras. Rab, Arf, Sar = Transport vésiculaire o Toute protéine RAS a 2 conformations possibles, RAS-GTP et RAS-GDP. o La structure RAS-GTP interagit avec d’autres protéines (ici, avec les karyophérines) et a une activité de GTPase en présence de la protéine GAP. o Le GDP qui résulte de l’hydrolyse est libérée à l’aide d’une autre protéine, une GEF (qui change le GDP pour un GTP). karyophérines ©LAAS 2 Le ciblage au noyau 2.2. Les signaux d’importation et d’exportation c. La protéine Ran Les importines et Ran Les importines (karyophérines d’importation) peuvent lier Ran-GTP et SLN :  Les deux liaisons sont mutuellement exclusives: La cellule exploite cette propriété en favorisant la Ran-GDP dans le cytoplasme et Ran-GTP dans le noyau. La proportion de Ran-GTP et Ran-GDP dépend des activités de GAP (hydrolyse de GTP) et GEF (facteur d’échange). 2 Le ciblage au noyau 2.2. Les signaux d’importation et d’exportation c. La protéine Ran Les importines, exportines et Ran Les exportines lient le signal SEN et Ran-GTP en même temps.  A B 2 Le ciblage au noyau 2.3. Voies alternatives Des recherches récentes sur l’importation des protéines nucléaires membranaires démontrent l’existence de voies alternatives de transport : A ≡ Modèle de diffusion-rétention o Diffusion libre et bidirectionnelle entre les membranes nucléaires internes et externes à travers les pores périphériques. o L'accumulation de la protéine au niveau de la membrane interne est due à l'attachement par la chromatine et/ou les lamines B ≡ Modèle du facteur de transport C D o le complexe protéine-Karyophérine passe par le CPN en utilisant un long lieur non structuré C ≡ Modèle de séquence signal o Séquence signal reconnue par imp16 immédiatement après la traduction qui dirige la protéine vers le CPN. La libération de imp16 se fait par des mécanismes indépendants de Ran D ≡ Modèle médié par la vésicule o Une vésicule contenant les protéines de la membrane externe à l’espace intermembranaire. L’ancrage et la fusion avec la membrane interne permettent à la protéine de diffuser dans la membrane et la localisation se produit selon un mécanisme indépendant du CPN. Katta et al, 2014 (trends in cell biology)