TRAFIC VÉSICULAIRE INTRA-CELLULAIRE

TRAFIC VÉSICULAIRE INTRA-CELLULAIRE

Moyens de communication de la cellule avec l'environnement • Procaryotes • Tout passe par la membrane plasmique • Eucaryotes • Endocytose • milieu extra cellulaire  lysosomes  digestion  métabolites dans le cytosol • Exocytose : voie sécrétoire • synthèse de nouvelles molécules  compartiments  surface

Fig 13-1 • Les voies endocytaire et sécrétoire • voie endocytaire • voie sécrétoire • voies de retour

La lumière • Espace compris à l'intérieur d'un compartiment limité par une membrane • Topologiquement toutes équivalentes entre elles et avec l'espace extra cellulaire

Rôle de la voie endo/exo-cytaire • Modification des molécules qui seront sécrétées vers l'extérieur • Connections (indirecte) de la membrane plasmique au réticulum endoplasmique

Topologie des membranes • Les lumières sont équivalentes • Le transport se fait par vésicules

Le cargo • Molécule luminale ou membranaire qui est transportée par la vésicule

Fig 13-2 Transport vésiculaire maintien de l'asymétrie de la membrane pas de membrane à traverser pour les molécules solubles Fusion des feuillets bleus Fusion des feuillets rouges

Fig 13-3 Compartiments intracellulaires impliqués dans les voies endo/exo-cytaires Recirculation Voie endocytaire Golgi  RE Endos tardif  Golgi Endos précoce  membrane Voie sécrétrice

Équilibre entre les compartiments • Entrées = sorties • Pour les membranes et pour les cargos  • Un aller  un retour • Sélectivité • Des cargos transportés • Des destinations

TRAFIC VÉSICULAIRE INTRA-CELLULAIRE • Les mécanismes moléculaires du transport par membrane et le maintien de la diversité des compartiments • Transport à partir du réticulum endoplasmique à travers le Golgi • Transport du TGN vers les lysosomes • Transport de la membrane plasmique vers l'intérieur de la cellule : endocytose • Transport du TGN vers l'extérieur de la cellule : exocytose

TRAFIC VÉSICULAIRE INTRA CELLULAIRE I - Les mécanismes moléculaires du transport membranaire et le maintien de la diversité des compartiments • Phénomènes de bourgeonnement et fusion • Maintien des différences entre les compartiments

Problème • Échange permanent entre les compartiments  mélange des molécules  tous les compartiments finiront pas être identiques

La solution • Marqueurs moléculaires exprimés à la surface cytosolique des membranes

Méthodes d'approche • Systèmes sans cellules • Protéines de fusion avec la GFP • Génétique

Systèmes sans cellules • Population donneuse • cellules mutantes qui n'ont pas N-acétylglucosamine transférase I • infectées par un virus (donc glycoprotéine virale présente) • pas de glycoprotéine virale porteuse de N-acétylglucosamine • Golgi accepteur • possède N-acétylglucosamine transférase I (type sauvage) • non infecté par le virus donc pas de glycoprotéine virale • Mélange des deux • présence de glycoprotéine virale porteuse de N-acétylglucosamine  • Il a fallu qu'il y ait transport

Protéines de fusion avec la GFP

Génétique • Protéines thermosensibles codées par des mutants • Phénomène de suppression multicopies

Éléments d'approche • Les types de vésicules • Assemblage du manteau (les GTPases) • Guidage du transport (les SNARE) • Amarrage (protéines Rab) • Fusion

1 - Les types de vésicules • Vésicules recouvertes sur leur face cytosolique • Bourgeonnement • Perte du manteau • Fusion des membranes

Les deux rôles du manteau • Concentration de protéines membranaires dans un patch qui formera la vésicule  permet la sélection des molécules à transporter • Moule la vésicule qui aura ainsi toujours à peu près la même taille

Les trois types de manteau des vésicules recouvertes • Clathrine • COPI • COPII

Fig 13-4 Les trois types de manteau des vésicules recouvertes

Utilisation des différents manteaux dans le trafic vésiculaire Clathrine : à partir du Golgi et à partir de la membrane plasmique au moins trois types de vésicules à clathrine COPI et COPII : à partir du RE et du Golgi Beaucoup d'autres

Fig 13-5 Utilisation des différents manteaux dans le traffic vésiculaire

2 - Assemblage du manteau a - Exemple : clathrine Le plus étudié (b - COPI et COPII)

Fig 13-6 Puits et vésicules recouverts de clathrine en congélation sublimation rapide

Clathrine Une sous-unité de clathrine = 3 grosses chaînes + 3 petites chaînes Une sous-unité = un triskélion Assemblage des triskélions en un panier d'hexagones et pentagones Triskélions peuvent s'assembler spontanément en panier même sans membrane

Fig 13-7 Manteau de clathrine • (B) Deux triskélions • chaînes lourdes en gris ou rouge • chaînes légères en jaune (C) Cryo-électro-microphotographie (A) Ombrage au platine

Manteau de clathrine • Un manteau = 36 triskélions (sans la vésicule) • 12 pentagones + 6 hexagones • Formation de deux coquilles • externe • interne : domaines N-terminaux des chaînes lourdes où se fixent les adaptines • Sur une vésicle : 12 pentagones + beaucoup plus d'hexagones

Adaptine • Protéine de manteau à clathrine • Complexe multiprotéique • Lie la clathrine à la membrane • Piège les protéines transmembranaires dont les récepteurs qui capturent les cargos solubles • Au moins 4 types d'adaptine pour les différents récepteurs de cargo

Fig 13-8 Assemblage et désassemblage d'un manteau de clathrine Les adaptines se lient à la clathrine et au complexe cargo/cargo-r Dynamine = GTPase

Pincement de la membrane Dynamine + autres protéines Fusion des feuillets non cytosoliques (grâce à la dynamine)

Fig 13-9 Rôle de la dynamine Puits à clathrine dans les cellules nerveuses de drosophiles shibire ayant une mutation du gène de la dynamine entraînant une paralysie. Anneau correspondant à la dynamine mutée

Perte du manteau • La vésicule quitte la membrane • Le manteau de clathrine est perdu immédiatement • intervention de chaperonne de la famille des hsp70 (ATPase) • auxilline active l'ATPase • La vésicule doit attendre d'être constituée pour que le manteau se retire

Spécificité du manteau • Mécanismes généraux identiques • Mais chaque membrane a ses spécificités • membrane plasmique (riche en cholestérol) : nécessité de beaucoup d'énergie • autres membranes : existence de bourgeonnements

b - Protéines autres que la clathrine • CopI : 7 sous-unités protéiques analogies avec adaptine • Bourgeonnement à partir du Golgi • CopII : 4 sous-unités protéiques • Bourgeonnement à partir du RE • (a – Clathrine)

Toutes les vésicules ne sont pas sphériques • Membranes contenant des protéines fluorescentes • Long tubules qui émanent de endosomes et réseau trans-golgien (TGN) • Ces tubules peuvent servir de transporteurs (grand rapport surface / volume) • "une vésicule peut être tubulaire !"

c –Contrôle de l'assemblage du manteau : GTPases monomériques, rappel

c –Contrôle de l'assemblage du manteau : GTP binding proteins (rappel) • GTP binding proteins • 2 états • Actif avec liaison de GTP • Inactif avec liaison de GDP • 2 types • Monomérique (= GTPases monomériques) les mieux connues • Trimérique (= GTPases trimériques = protéines G) • Passage d'un état à l'autre par • GEFs (Guanine-nucleotide-Exchange Factors) GDP  GTP • GAPs (GTPase-Activating Proteins) GTP  GDP

Fig 13-10 Formation d'une vésicule à COPII (RE) GTPase monomériquerecruteuse de manteau Sar 1-GTP recrute COPII vers la membrane = Sec12

GTP binding proteins (Rappel) • Monomérique • GTPases • GTPases de recrutement du manteau • Protéines ARF (ADP Ribosylation Factor) • Assemblage COPI et clathrine au Golgi • Protéine Sar 1 • Assemblage COPII au réticulum endoplasmique • ? • Assemblage clathrine à la membrane plasmique • Rab : amarrage des protéines de transport • Etc… • Etc… • Trimériques • Protéines G

Formation of secretory vesicles in the biosynthetic pathway ReviewSylvie Urbé, Sharon A. Tooze and Francis A. BarrBiochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research Volume 1358, Issue 1 , 21 August 1997, Pages 6-22 Protéines de formation des vésicules recouvertes de COP I- et COP II

GTPases de recrutement du manteau : les acteurs • Membrane du RE • Sar 1 GDP (= GTPases de recrutement du manteau) forte concentration, cytosolique, inactive • GEF (Guanine-nucleotide-Exchange Factor)

GTPases de recrutement du manteau : la séquence • Une vésicule à COPII est sur le point de bourgeonner (du RE) • Une GEF spécifique (protéine de membrane du RE appelée Sec 12) se lie à la Sar 1 du cytosol • et remplace le GDP de la Sar 1 par du GTP • La Sar 1 GTP libère une queue d'acide gras lui permettant de se fixer dans la membrane du RE • puis recrute des sous-unités de COPII • La membrane bourgeonne en incluant des protéines membranaires sélectionnées

Fig 13-10 Formation d'une vésicule à COPII

Désassemblage du manteau • GTPases de recrutement du manteau • Hydrolyse du GTP en GDP • La queue est exclue de la membrane •  désassemblage du manteau • C'est le temps qui finit par déclencher l'hydrolyse

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