Biologie Cellulaire: Cours sur l'Appareil de Golgi - PDF 2024-2025

2024-2025 Biologie cellulaire Fiche de cours L’appareil de Golgi  Notion tombée 1 fois au concours  Notion tombée 2 fois au concours  Notion tombée 3 fois ou plus au concours Médical Tours – 4...

2024-2025 Biologie cellulaire Fiche de cours L’appareil de Golgi  Notion tombée 1 fois au concours  Notion tombée 2 fois au concours  Notion tombée 3 fois ou plus au concours Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 1  2024-2025 INTRODUCTION PRESENTATION DE L’APPAREIL DE GOLGI ▪ A la fin du 19ème siècle, par Camillo Golgi. Découverte de l’appareil de ▪ Suite à des impressions argentiques : Golgi o Précipité d’ions argent (Ag+). Caractéristique de la cellule ▪ Appartient au système endomembranaire eucaryote ▪ Modification séquentielle des protéines synthétisées dans le RE : o Addition de chaînes glycosylées, d’acide gras et de sulfate. o Coupures protéolytiques. Rôles principaux ▪ Glycosylation des lipides : o Formation de glycolipides. ▪ Cette capacité de modification fait de lui l’organite le plus riche en enzymes. ▪ Tri des molécules à exporter. Plateforme de tri ▪ Présence d’un important trafic vésiculaire. ▪ Réalisation de coupes sériées ; Etudes en ▪ Empilement des coupes et reconstruction 3D ; microscopie électronique ▪ Colorisation ; ▪ Observation des différents dictyosomes entourés de nombreuses vésicules. Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 2  2024-2025 INTRODUCTION STRUCTURE DE L’APPAREIL DE GOLGI ▪ La citerne d’entrée est en regard du réticulum endoplasmique. Le Golgi est ▪ La citerne de sortie est le siège du bourgeonnement de différentes vésicules contenant des constitué d’une composants cellulaires : succession de o Exemples des vésicules à hydrolases : citernes - Responsables de la dégradation et du recyclage de déchets dans la cellule. - Qui sont adressées aux endosomes. Golgi = chaine de ▪ Chaque citerne à un rôle spécifique et chaque réaction se fait dans un ordre précis. fabrication ▪ Cis-golgi : première citerne en regard du réticulum endoplasmique. Organite polarisé ▪ Golgi médian. ▪ Trans-golgi : dernière citerne. ▪ Formation des vésicules à clathrines au niveau du Trans-golgi : o Vont se déplacer essentiellement grâce aux microtubules. - Ce qui explique la présence des Transferts centrioles autour de celui-ci. vésiculaires - Participation des microtubules à la structure de l’appareil de Golgi : l’utilisation de certaines drogues sur les microtubules perturbent le fonctionnement de l’appareil de Golgi. ▪ Avec les différents endosomes ; Interrelations ▪ Avec l’extérieur de la cellule : avec le reste de la cellule o Sécrétion constitutive : renouvellement de la membrane plasmique et de la MEC ; o Sécrétion contrôlée. Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 3  2024-2025 GLYCOSYLATION Dans le RE ▪ N-glycosylation uniquement. ▪ O-glycosylation : addition d’ 1 seul N-acétylglucosamine. o Ex : protéine Myc, p53, β-caténine, kinases cellulaires.... o Pourrait intervenir dans la signalisation/régulation cellulaire : Dans le cytoplasme ▪ Modulation de l’activité enzymatique ; ▪ Rôle dans la stabilité des protéines. o Détournement de la O-glycosylation par les virus à leur profit. ▪ Modifications de la N-Glycosylation. Dans le Golgi ▪ O-glycosylation : formation des protéoglycanes et autres glycoprotéines. ▪ Glycosylation des lipides. ▪ Rend les protéines plus solubles et permet ainsi d’éviter leur agrégation. ▪ Constitue un signal de repliement des protéines. ▪ Rôle de protection des membranes : Mécanisme très o Résistance à la protéolyse et protection mécanique ; conservé au cours de - Cell-coat à la surface des cellules ; l’évolution, essentielle à la survie - Pseudo-cell-coat à la surface interne des lysosomes. ▪ Rôle de signalisation cellulaire : o Glycosylation de p53 ; o Présence de sélectines qui interviennent dans la reconnaissance de molécules sucrées. ▪ 1% des gènes coderait pour des enzymes de glycosylation. Grande diversité ▪ Nombreuses maladies congénitales associées à des défauts de glycosylation = CDG (Congenital Disorders Of Glycosylation) o Identifiées grâce à la glycobiologie. ▪ Acquisition permanente de mutations au niveau des glycoprotéines d’enveloppe Glycosylation et touchant notamment la position et le nombre des motifs de glycosylation : échappement viral : exemple du VIH o Les anticorps produits par l’organisme infecté seront donc rapidement obsolètes. Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 4  2024-2025 GLYCOSYLATION MISE EN EVIDENCE ▪ Technique peu sensible Des polysaccharides par précipitation ▪ Exemple de la levure : spécifique d’Argent o Zones denses aux électrons dont l’appareil de Golgi. ▪ Les hydrolases sont des enzymes fonctionnelles à pH acide présentes dans les lysosomes. ▪ Exemple de la mise en évidence des phosphatases acides : o Acidification de la cellule. o Ajout d’un substrat, le 𝛽-glycérophosphate, qui forme de l’acide phosphorique en présence des phosphatases acides. o Ajout du nitrate de plomb : formation de précipités de plomb denses aux électrons en présence de l’acide phosphorique. o Détection des phosphatases acides uniquement au niveau du trans-golgi : Des hydrolases - Les hydrolases ne sont fonctionnelles qu’à partir du TGN : met en évidence la maturation séquentielle des protéines. Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 5  2024-2025 GLYCOSYLATION POURSUITE ET MODIFICATION DE LA N-GLYCOSYLATION 1 : Action d’une mannosidase I : retrait de 3 groupements mannoses du motif. o Dans la citerne située sous le Cis-Golgi. 2 : Action d’une N-acétylglucosamine transférase : transfert d’un résidu N-acétylglucosamine. 3 : Action d’une mannosidase II : retrait de deux résidus mannose. o Dans une citerne du Golgi Median. 4 : Transfert de deux N-acétylglucosamine + trois galactoses + trois molécules d’acide sialique chargées négativement (NANA). o Dans une citerne du Trans-Golgi. Les 4 étapes séquentielles Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 6  2024-2025 GLYCOSYLATION O-GLYCOSYLATION Acides aminés ▪ Sérine et thréonine : concernés o Au niveau d’un atome d’oxygène. Mécanisme séquentielle et ▪ Enzymes et mécanismes impliqués encore méconnus. complexe ▪ Linéaire : protéoglycanes. Chaînes glucidiques ▪ Ramifiées : glycoprotéines. obtenues ▪ Présence de motifs signalant le début de la glycosylation : X- Serine ou X-Thréonine. o Pour les protéoglycanes : motif de quatre sucres puis construction d’une chaîne linéaire avec l’addition successive de deux sous-unités de sucre = disaccharides. o Pour les glycoprotéines : motif de trois sucres, puis construction d’une chaîne ramifiée. Ajout d’un motif variable Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 7  2024-2025 GLYCOSYLATION GLYCOSYLATION DES LIPIDES A partir de lipides ▪ Condensation de sucres sur des céramides : particuliers o Formés d’une sphingosine et d’un seul acide gras. ▪ Ajout d’un motif sucré sur le feuillet membranaire de l’appareil de Golgi, soit Formation de dans la lumière de l’organite : glycolipides o Ajout d’1 ou plusieurs résidus sucrés. Formation de ▪ Ajout d’un groupement phosphorylcholine. sphingomyéline Sphingomyéline Glycolipide Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 8  2024-2025 AUTRES RÔLES DE L’APPAREIL DE GOLGI PROTEOLYSE : DE LA PROHORMONE A L’HORMONE ▪ Synthèse dans le RE sous forme de précurseurs inactifs = pro-hormones. ▪ Maturation au sein de l’appareil de Golgi par : Synthèse des o Glycosylations, hormones o Formation de ponts disulfures, o Clivages protéolytiques grâce à des enzymes appelés convertases : - Le déficit en convertase est à l’origine de pathologies héréditaires. ▪ Synthèse dans le RE sous forme de la pré-proinsuline : o Formation d’une chaine peptidique composée de 110 acides aminés : o Clivage du peptide signal par une peptidase lors de l’adressage au RE ; o Obtention du précurseur de l’insuline = proinsuline formée des trois chaînes A, B et C. ▪ Hormone active après clivages peptidiques effectués par des enzymes appelés convertases : o PC2 (Proprotein convertase 2) et PC3 (Proprotein convertase 3) ; o Clivage du peptide C ; o Chaines A et B reliées à l’aide de pont disulfure. Exemple de l’insuline Séquence de la pré-proinsuline au cours de sa synthèse dans le RE Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 9  2024-2025 AUTRES RÔLES DE L’APPAREIL DE GOLGI RÔLE PHYSIOLOGIQUE DE L’APPAREIL DE GOLGI : SÉCRÉTION CONSTITUTIVE ▪ Existe pour tous les types cellulaires. ▪ Se fait en permanence tout au long de la vie de la cellule. Généralités ▪ Permet le renouvellement des membranes et la sécrétion des molécules de la matrice extracellulaire. ▪ Compense les mécanismes d’endocytose. ▪ Différents types de vésicules permettant l’exportation vers certaines zones de la cellule : o Permet le renouvellement membranaire spécifique dans les cellules polarisées. ▪ Adressage grâce à différentes protéines : Rab, Snare… Mécanisme dépendant des vésicules COP I Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 10  2024-2025 AUTRES RÔLES DE L’APPAREIL DE GOLGI RÔLE PHYSIOLOGIQUE DE L’APPAREIL DE GOLGI : SÉCRÉTION CONTROLEE ▪ Se fait en réponse à un signal externe commandant l’exocytose : sécrétion non constante. Surtout dans les cellules sécrétrices glandulaires ▪ Vésicules à contenu très dense et spécifique = grains de sécrétions. ▪ Maturation vésiculaire progressive : o Formation du manteau de clathrine et tri des Mécanisme molécules grâce à des récepteurs spécifiques ; dépendant des vésicules à o Formation de volumineuses vésicules clathrine immatures ; o Recyclage des récepteurs et des membranes via des vésicules à clathrine. o Diminution du volume vésiculaire à l’origine de la concentration du contenu. Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 11  2024-2025 AUTRES RÔLES DE L’APPAREIL DE GOLGI CIBLAGE DES HYDROLASES : GOLGI => LYSOSOME ▪ Enzymes lysosomales fonctionnelles à pH acide : o Nucléases, protéases, glycosidases, lipases, phosphatases… Hydrolases et ▪ pH acide des lysosomes entretenu par des pompes lysosomes à protons. ▪ Présence d’un pseudo-cell-coat tapissant la surface interne des lysosomes afin de protéger la membrane lysosomale. ▪ Par clivage protéolytique des pro-hydrolases par Activation des convertases au sein du Golgi. des hydrolases ▪ Par acidification au sein du lysosome. Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 12  2024-2025 CIBLAGE DES HYDROLASES : GOLGI => LYSOSOME TRANSIT DES HYDROLASES VERS L’ENDOSOME/LE LYSOSOME : ROLE DU SIGNAL M6P ▪ Motif généré par la GlcNac phosphotransférase qui : o Possède 2 sites de liaison : - Un site accueillant l’hydrolase ; Motif mannose-6- - Un site accueillant l’UDP -GlcNac. phosphate (M6P) o Catalyse l’attachement du groupement phosphate sur un motif de N- glycosylation de l’hydrolase : - Transfert d’un GlcNac-phosphate sur un mannose ; - Retrait du Glc-Nac pour ne garder que le phosphate. Reconnaissance du ▪ Incorporation des hydrolases dans des vésicules à clathrine ; signal M6P par le récepteur au M6P ▪ 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. Exportation vers les lysosomes ou les ▪ Retrait du groupement phosphate par une phosphatase afin d’éviter le retour de endosomes l’hydrolase vers le Golgi. ▪ Recyclage du récepteur via des vésicules à clathrine. Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 13  2024-2025 AUTRES RÔLES DE L’APPAREIL DE GOLGI CIBLAGE DES VÉSICULES VERS LEUR COMPARTIMENT DE DESTINATION : PROTEINES RAB ▪ Inactives sous forme GDP. Protéines G monomériques ▪ Actives sous forme GTP : o Démasquage d’une ancre lipidique permettant leur ancrage à la membrane Assurent la spécificité de ▪ Protéines présentes sur les vésicules et sur le site de destination. reconnaissance de la vésicule vers son ▪ Chaque protéine Rab va s’adresser à un compartiment. compartiment de destination ▪ Permet l’immunomarquage d’un compartiment particulier. ▪ Interaction spécifique entre : o Une protéine Rab-GTP exprimée par la vésicule, o Un récepteur = effecteur de Rab exprimé par le compartiment de destination. Fonctionnement des Rab Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 14  2024-2025 AUTRES RÔLES DE L’APPAREIL DE GOLGI CIBLAGE DES VÉSICULES VERS LEUR COMPARTIMENT DE DESTINATION : SNAREs (Soluble NSF Attachement Protein Receptor) ▪ 35 SNAREs différentes chez l’Homme et 25 chez la levure : o v-SNARE sur la vésicule. o t-SNARE sur le compartiment de destination. ▪ Interaction mécanique en « épingle à cheveux » : o Rapprochement de la vésicule du compartiment d’adressage pour aboutir à une fusion des bicouches lipidiques et la libération du contenu vésiculaire. Mécanisme d’action des SNARES : Rôle dans la fusion membranaire de la vésicule avec son compartiment de destination Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 15  2024-2025 CIBLAGE DES VÉSICULES VERS LEUR COMPARTIMENT DE DESTINATION MÉCANISME DE FUSION MEMBRANAIRES DES VIRUS ▪ Technique de fusion membranaires assez proche de celle des complexes SNAREs : o Peut être une évolution à partir du même mécanisme ancestral ; o Peut être un apport viral de ce mécanisme dans les cellules. Cas du VIH-1 Propriétés de fusion de protéines virales ▪ Fusion des cellules du trophoblaste grâce à des glycoprotéines virales d’enveloppe pouvant se révéler issues de séquence de rétrovirus intégrées (rétrovirus endogènes). essentielles à la vie Médical Tours – 47 Rue de la Parmentière – 37520 LA RICHE – Tél : 02 21 76 45 37 16