Fiche de révision : Système endomembranaire

📋 Plan du Cours

1. Origines et définition du système
2. Flux et transport vésiculaire
3. Adressage des protéines
4. Organisation et fonctions du réticulum
5. Translocation et maturation dans le RE
6. Synthèse des membranes par le RE
7. Structure et flux du Golgi
8. Fonctions et tri dans le Golgi
9. Endosomes et recyclage cellulaire
10. Lysosomes et digestion cellulaire
11. Adressage lysosomal et pathologies

📖 1. Origines et définition du système

🔑 Notions clés & Définitions

• Système endomembranaire : Propre aux cellules eucaryotes et regroupe des compartiments intracellulaires limités par une membrane, à l’exception des mitochondries, des peroxysomes et des chloroplastes, qui communiquent entre eux et avec la membrane plasmique par des vésicules ou des canalicules.

★ À maîtriser

📌 La lumière des compartiments du système endomembranaire est topologiquement équivalente au milieu extracellulaire, tandis que leur membrane d’enveloppe est topologiquement équivalente à la membrane plasmique.

Compléments

• Le système endomembranaire comprend notamment:

  • l’enveloppe nucléaire
  • le réticulum endoplasmique
  • l’appareil de Golgi
  • les endosomes
  • les lysosomes
  • les cavéosomes

• Dans l’hépatocyte, le système endomembranaire représente 17 % du volume cellulaire et 58 % de la surface membranaire totale.

💡 Astuce mémo

Invagination et endosymbiose → compartimentation eucaryote

📖 2. Flux et transport vésiculaire

★ À maîtriser

• 🔄 Le transport vésiculaire comprend quatre étapes:
  1. le bourgeonnement d’une vésicule recouverte
  2. le déshabillage de la vésicule
  3. le transport dans le cytosol
  4. la fusion avec le compartiment receveur

📌 Les protéines Rab facilitent l’arrimage spécifique des vésicules avec leurs effecteurs, tandis que l’appariement entre v-SNARE de la vésicule et t-SNARE de la cible verrouille l’arrimage et prépare la fusion.

Compléments

• Les revêtements impliqués comprennent:

  • la clathrine
  • les coatomères COP
  • FAPP
  • la cavéoline

• Les protéines Rab sont des GTPases monomériques comptant plus de 30 membres, tandis que les protéines SNARE comptent plus de 20 membres.

💡 Astuce mémo

Bourgeonnement → déshabillage → transport → fusion

📖 3. Adressage des protéines

📝 Points essentiels

• Les protéines transmembranaires portent leur signal d’adressage ou de rétention dans leur domaine cytosolique ou dans leur segment transmembranaire.

📌 Une protéine soluble possède un signal d’adressage dans sa séquence ou son arborisation osidique et un récepteur transmembranaire dont le domaine luminal reconnaît ce signal.

• En l’absence de signal de rétention, une protéine suit le flux membranaire vectoriel permanent par la voie par défaut.

• Le signal KDEL permet la rétention des protéines solubles résidentes du réticulum endoplasmique.

💡 Astuce mémo

Protéines solubles : signal porté par la protéine ; transmembranaires : signal dans le segment membranaire

📖 4. Organisation et fonctions du réticulum

🔑 Notions clés & Définitions

• Réticulum endoplasmique : Réseau de saccules et de canalicules limités par une membrane continue, en continuité avec la membrane externe de l’enveloppe nucléaire.

★ À maîtriser

📌 Le réticulum endoplasmique rugueux possède des saccules aplatis recouverts de ribosomes sur leur face cytoplasmique, tandis que le réticulum endoplasmique lisse est formé d’un labyrinthe de canalicules sans ribosomes.

• Le réticulum endoplasmique assure: la translocation des protéines, la maturation post-traductionnelle des protéines, la synthèse des lipides, le stockage du calcium, la détoxification par le cytochrome P450

Compléments

• Le fractionnement cellulaire transforme le réticulum endoplasmique en microsomes lisses et rugueux, séparés selon leur densité par un gradient de saccharose.

💡 Astuce mémo

RE rugueux : ribosomes et protéines ; RE lisse : lipides et détoxification

📖 5. Translocation et maturation dans le RE

★ À maîtriser

• La translocation co-traductionnelle d’une protéine soluble commence dans le cytosol, implique l’adressage au réticulum endoplasmique par un peptide signal reconnu par les PRS, puis son passage dans le translocon.

• Le peptide signal d’adressage au réticulum endoplasmique est une séquence hydrophobe d’environ 20 acides aminés située en position N-terminale.

📌 Pour une protéine transmembranaire à traversées multiples, les segments hydrophobes alternent entre signaux d’arrêt et de reprise de translocation, tandis que les segments transmembranaires restent dans la membrane.

• Les protéines mal repliées sont retenues dans la lumière du réticulum endoplasmique par des chaperonnes jusqu’à leur conformation définitive.

Compléments

• Après la terminaison de la traduction, le peptide signal est excisé par une signal-peptidase dans la lumière du réticulum endoplasmique, puis le fragment restant est dégradé par une autre peptidase.

💡 Astuce mémo

Signal → PRS → translocon → maturation

📖 6. Synthèse des membranes par le RE

★ À maîtriser

• La N-glycosylation transfère en bloc un oligosaccharide de 14 résidus porté par un dolichol sur l’asparagine d’une séquence consensus Asn-X-Ser/Thr.

• L’ancrage GPI utilise une séquence hydrophobe C-terminale de 15 à 20 résidus, qui est coupée avant le transfert en bloc de l’ancre GPI.

Compléments

• Le réticulum endoplasmique synthétise des phospholipides, du cholestérol et des stéroïdes et exporte des membranes par transport vésiculaire ou non vésiculaire.

• Les échanges de phospholipides concernent:
  • la membrane plasmique
  • le réseau trans-golgien
  • les endosomes
  • les mitochondries
  • les gouttelettes lipidiques

📖 7. Structure et flux du Golgi

🔑 Notions clés & Définitions

• Dictyosome : Empilement de 3 à 10 saccules mesurant 1 à 3 μm, organisé autour d’une face cis d’entrée, d’une région médiane et d’une face trans de sortie.

★ À maîtriser

• Le transport du réticulum endoplasmique vers le Golgi utilise des vésicules COP II et un compartiment intermédiaire ERGIC tubulovésiculaire.

• Le réseau trans-golgien trie puis exporte les molécules par des vésicules, des tubules et des vésicules recouvertes de clathrine.

Compléments

• Les vésicules COP I assurent le retour du Golgi vers le réticulum endoplasmique et peuvent aussi participer au flux antérograde.

💡 Astuce mémo

Cis → médian → trans : entrée, modification, tri

📖 8. Fonctions et tri dans le Golgi

★ À maîtriser

• Le Golgi assure:

  • la modification des oligosaccharides N-liés
  • l’O-glycosylation
  • la sulfoconjugaison
  • la synthèse des sphingolipides
  • le tri dans le réseau trans-golgien

• Les hydrolases lysosomales solubles reçoivent dans le Golgi un signal mannose-6-phosphate, tandis que les protéines sécrétées et membranaires poursuivent leur trajet vers le réseau trans-golgien.

📌 La voie de sécrétion continue est une voie par défaut sans stockage, tandis que la voie de sécrétion régulée concentre les protéines dans des vésicules qui attendent un signal de sécrétion.

Compléments

• Dans la voie de sécrétion régulée, la vésicule immature bourgeonne puis mûrit par concentration des protéines et retour de matériel vers le réseau trans-golgien.

💡 Astuce mémo

Sécrétion continue : pas de stockage ; sécrétion régulée : vésicule en attente d’un signal

📖 9. Endosomes et recyclage cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Endosome : Compartiment hétérogène de 60 à 400 nm alimenté par les vésicules d’endocytose, de phagocytose et du réseau trans-golgien, et contenant une pompe H+-ATPase.

★ À maîtriser

📌 L’endosome précoce présente un pH supérieur à 7,0-6,5 et porte Rab5, tandis que l’endosome tardif présente un pH de 6,5 à 5 et porte Rab7.

• 🔄 La maturation endosomale entraîne:

  1. une acidification progressive
  2. une modification de la composition
  3. une modification de la morphologie
  4. la fusion avec les lysosomes

• Le recyclage du récepteur aux LDL dissocie le LDL de son récepteur dans l’endosome précoce acide, puis renvoie le récepteur à la membrane plasmique et le LDL vers les lysosomes.

Compléments

• La fusion d’un corps multivésiculaire avec la membrane plasmique libère des exosomes contenant notamment des ARNm et des microARN, ce qui permet une communication intercellulaire à distance.

💡 Astuce mémo

Acidification progressive → tri, recyclage ou maturation lysosomale

📖 10. Lysosomes et digestion cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Lysosome : Compartiment présent dans toutes les cellules, limité par une membrane, contenant des hydrolases acides et maintenu à un pH d’environ 5 par une H+-ATPase.

★ À maîtriser

• Les hydrolases lysosomales comprennent:

  • les lipases
  • les protéases
  • les nucléases
  • les glycosidases
  • les phosphatases acides
  • les sulfatases
  • les phospholipases

• Les voies d’entrée vers les lysosomes sont:

  • l’endocytose
  • la phagocytose
  • l’entrée directe par des perméases
  • l’autophagie

• L’autophagie englobe des organites et du cytosol dans un autophagosome à double membrane, qui fusionne ensuite avec un compartiment contenant des hydrolases acides.

Compléments

• Les lysosomes spécialisés comprennent notamment:
  • les mélanosomes
  • les granules lytiques des lymphocytes T
  • les granules des plaquettes
  • les vacuoles végétales

💡 Astuce mémo

Hydrolases acides à pH 5 → digestion intracellulaire

📖 11. Adressage lysosomal et pathologies

★ À maîtriser

• Dans le cis-Golgi, une GlcNAc-phosphotransférase reconnaît un patch protéique et ajoute un GlcNAc-phosphate sur un mannose, puis une phosphoglycosidase expose le signal mannose-6-phosphate reconnu par le récepteur M6P.

• Le récepteur M6P transporte les hydrolases du réseau trans-golgien vers l’endosome précoce puis est recyclé vers le réseau trans-golgien.

• Un défaut de GlcNAc-phosphotransférase ou de récepteur M6P entraîne la sécrétion des glycoprotéines lysosomales solubles au lieu de leur adressage aux lysosomes.

• Les mécanismes d’accumulation lysosomale sont:

  • l’absence ou l’inactivité d’enzymes
  • l’absence ou l’inactivité de perméases
  • le blocage de l’acidification
  • l’absorption de matériaux non hydrolysables

Compléments

• Dans le modèle murin du syndrome de Tay-Sachs, l’absence d’hexosaminidase provoque l’accumulation du ganglioside GM2 et une maladie neurodégénérative fatale.

• La chloroquine bloque l’acidification lysosomale, ce qui réduit l’activité des hydrolases à un pH supérieur à 5 et perturbe la digestion de l’hémoglobine par Plasmodium.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des compartiments endomembranaires

Voies de sécrétion