FC10-28.09-LesTransportsNucléoCytoplasmiqueFinal.pdf

Le transport nucléocytoplasmique Professeur : GUIGNANDON FC N°10 Date : 28/09/2023 SOMMAIRE I. INTRODUCTION.......................................................................................................................................................................... 1 II. LE PORE NUCLEA...

Le transport nucléocytoplasmique Professeur : GUIGNANDON FC N°10 Date : 28/09/2023 SOMMAIRE I. INTRODUCTION.......................................................................................................................................................................... 1 II. LE PORE NUCLEAIRE .................................................................................................................................................................. 1 III. MODALITES DE TRANSPORT .................................................................................................................................................... 2 1. PRINCIPES DE BASE ..................................................................................................................................................................... 2 2. MECANISMES............................................................................................................................................................................ 3 3. REGULATION............................................................................................................................................................................. 4 En cas de questions sur ce cours, vous pouvez écrire à l’adresse suivante : [email protected] Les règles de courtoisies sont à respecter lors de l’envoi d’un mail. L’équipe des tuteurs se réserve le droit de répondre ou non à un mail. En cas de questions récurrentes, les tuteurs pourront faire un point lors des colles hebdomadaires. I. Introduction Le transport nucléo-cytoplasmique (entre le noyau et le cytoplasme) est très important, sans, la cellule ne peut pas survivre. Il se fait exclusivement par le pore nucléaire. LE PORE NUCLEAIRE • En panier de basket Architecture Rôle • Relativement grand • Assemblage très complexe de protéines (codées par des gènes différents) • Filtrer, avec des protéines de reconnaissances, les molécules à importer ou exporter II. Le pore nucléaire LE TRANSPORT NUCLEO-CYTOPLASMIQUE • La transcription par l’importation de protéines nécessaires à la transcription Permet plusieurs phénomènes biologiques : • La réplication de l’ADN en important tout le système enzymatique nécessaire à celle-ci • L’exportation des ARNm, ARNt ou ARNr formés pour qu’ils finissent leur assemblage dans le cytosol • Importation de protéines ribosomiques 1 III. Modalités de transport 1. Principes de base TRANSPORT Petites molécules Si >20kDa • Poids moléculaire <20kDa • Diffusion libre à travers le pore nucléaire • Ces molécules nécessitent un transporteur qui appartient à la superfamille des karyophérines (importine, exportine et transportine). • Les karyophérines interagissent avec les nucléoporines (protéines du pore nucléaire) pendant le transport. Mnémotechnique : importine =import on fait rentrer / Exportine on exporte donc ça sort Transportine les 2 La protéine qui doit être transportée a dans sa séquence d’acides aminés un signal (laissé passer) : SIGNAL • Signal d’adressage d’une protéine qui doit être importée NLS (nuclear localization signal) NES (nuclear export signal) • Reconnu par une importine qui va se lier à la • Sens de transport : cytoplasme vers le noyau • Signal d’adressage d’une protéine qui doit être exportée • Reconnu par une exportine • Son sens de : noyau vers le cytoplasme • Signal d’adressage d’une protéine reconnu par une transportine NSS (nucleocytoplasmic shuttling signal) • Sens de transport : cytoplasme vers le noyau ainsi que du noyau vers le cytoplasme • Permet d’accompagner les ARNm Mnémotechnie : • NES contient un E comme export (donc sortie du noyau) • NSS contient 2 S donc il est capable de faire les 2 parcours • NLS vous vous souvenez que c’est le 3ème : c’est l’import 2 CARACTERISTIQUES DU TRANSPORT Énergie dépendant • Transport actif (qui dépense beaucoup de GTP) → (cf cours sur le transport) Inhibé si l’on place les cellules à 4°C • Permet de préserver des tissus pour les greffes par ex • Calcium dépendant • Si la concentration cytosolique de Ca2+ est nulle, les pores sont fermés • Comme illustré sur l’image en microscopie à force atomique Inhibé en l’absence de Ca2+ • Ici, image de microscopie de champ proche (la plus puissante en résolution) qui permet d’observer l’ouverture ou fermeture des pores nucléaires 2. Mécanismes « INTERRUPTEURS/MINUTERIE MOLECULAIRES » : LES PETITES GTPASES • Transports • Trafics Rôles • Dynamiques cellulaires La GTPase a pour fonction principale l’hydrolyse de GTP en GDP + P • Etat actif ON = GTPase liée au GTP • Etat inactif OFF = GTPase liée au GDP Fonctionnement binaire : interrupteurs moléculaires → Dans les cellules normales, s’il n’y a pas de stimulation ou d’ordre particulier, les GTPases sont majoritairement éteintes (OFF) (elles ne sont « allumées » que pour des tâches qui ne doivent pas durer très longtemps) 3 Elle a d’autres fonctions : Les formes ON et OFF ne sont pas reconnues par les mêmes structures : elles possèdent chacune une conformation 3D différente (selon si la GTPase lie du GDP ou du GTP) et donc possèdent des rôles biologiques différents. Ex : ON -> déclenche réactions moléculaires : interagit avec des protéines = effecteurs en changeant leur conformation ce qui a leur tour déclenche d’autres réactions pour donner des effets cellulaires (migration, modification architecture ou cytosquelette, déplacements…) Pendant tout le temps qu’elle est active elle produit ces effets cellulaires. Mais en mode « ON » la GTPase a une envie irrésistible d’hydrolyser le GTP en GDP + Phosphate et une fois cela fait, les effets cellulaires vont s’arrêter. (Ou être très faibles). L’interrupteur ne s’éteint que quand tout le GTP est hydrolysé. La GTPase ne peut ensuite pas s’auto activer, elle attend donc une protéine échangeuse (GEF) qui va lui donner du GTP. 3. Régulation EQUILIBRE ENTRE LES 2 ETATS PAR LES FACTEURS D’ECHANGE • Facteur qui permet l’échange du GDP pour du GTP GEF Guanine Nucleotide Exchange Factor • Sans le GEF, il n’y a pas d’échange (facteur indispensable) • Tant la GTPase est chargée avec son GTP elle effectue des échanges avec ses effecteurs (ON) • Facteur activant l’hydrolyse du GTP GAP GTPase Activating Proteine GDI GDP dissociation Inhibitor • Il accélère le passage à l’état inactif = catalyseur Rq : Même si la GTPase peut s’activer et donc hydrolyser toute seule, s’il y a présence de GAP elle est activée plus vite (GAP catalysant la réaction) cela permet d’accélérer (qql secondes au lieu de qql min) : Donc + il y a de GAP, moins il y a d’effets biologiques. • Facteur inhibant la dissociation de la GTPase d'avec le GDP • Protéine chaperon 4 LA GTPase Rho Régulation GTPases inactives • Grâce à la localisation • Lié au GDI par la queue phospholipidique • Dans le cytoplasme, non fixées à la membrane • Quand elles sont proches des membranes GTPases actives • Les GTPases s’accrochent aux membranes pour rencontrer les GEF, souvent intrinsèques à la membrane (grâce à leur queue de phospholipide qui peut s’enchâsser dans la membrane) • Polymérisation de l’actine sous la membrane plasmique • La GTPase Rho est activable liée à la membrane, c’est-à-dire là où se trouve GEF DANS LE TRANSPORT NUCLEO-CYTOPLASMIQUE • GTPase concernée par le transport nucléo-cytoplasmique • Donne l’énergie nécessaire au transport GTPase Ran • Concentrations liées au GDP et au GTP différentes de part et d’autre de la membrane nucléaire : -> crée un gradient favorable au transport. • Facteur GAP, hydrolyse du GTP : RanGTP -> RanGDP RanGAP • Dans le cytoplasme • La forme majoritaire est alors RanGDP. (Et donc faible de RanGTP) • Facteur GEF, échange le GTP : RanGDP -> RanGTP RCC1 (Facteur GEF) • Dans le noyau • La forme majoritaire est alors RanGTP (et donc faible de RanGDP) Rq : GAP est exclusivement cytosolique et RCC1 est exclusivement nucléaire. 5 TRANSPORT NUCLEO-CYTOPLASMIQUE Importation • Dans le cytoplasme Ran-GDP favorise l’association de l’importine avec la protéine qui a un signal NLS. • Puis grâce au gradient de concentration le complexe rentre dans le noyau. • Dans le noyau, RCC1 permet la transformation en forme active et détruit le complexe. Exportation • Ran-GTP se lie alors à l’exportine et à la protéine NES puis sort dans le cytoplasme grâce au gradient de concentration. • GAP hydrolyse RAN-GTP et dissocie le complexe. Autre schéma : (Récapitulatif de tous les transports avec une vision plus moléculaire) Le prof ne vous demandera que de savoir les deux mécanismes évoqués dans son cours : l’import et l’export. Mais ici le principe est le même -> favoriser l’importation ou l’exportation en fonction des concentrations en GTP et GDP. 6 SEQUENCE NLS Protéine avec séquence NLS Protéine mutée • Protéine concentrée dans le noyau (visible sur l’image) elle possède donc une séquence NLS • Reconnu pour aller au noyau grâce à ces 5 acides aminé • Protéine restant dans le cytosol elle n’a donc pas de signal NLS ou alors possède une séquence mutée empêchant l’import Les séquences d’AA ne sont pas à connaître, c’est simplement pour illustrer à quoi ressemble une séquence NLS et montrer que la moindre mutation peut rendre la reconnaissance non fonctionnelle. SUR CES IMAGES DE FLUORESCENCE Même principe : • La molécule fluo de GFP reste dans le cytosol si elle ne possède pas de séquence NLS. (à gauche) • Avec un signal NLS, elle peut rentrer dans le noyau et se lier à la protéine nucléaire que l’on veut visualiser. (à droite) mais pas dans le nucléole car trop dense 7