Fiche de révision : Dégradation cellulaire : protéasome et lysosomes

📋 Plan du Cours

1. Ubiquitination et protéasome
2. Caractéristiques des lysosomes
3. Biogenèse des lysosomes
4. Hydrolases lysosomales
5. Hydrolases lysosomales et substrats
6. Adressage des hydrolases lysosomales
7. Fonctions digestives des lysosomes
8. Structure et fonctions des peroxysomes

📖 1. Ubiquitination et protéasome

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie d’une enzyme : La demi-vie d’une enzyme est le temps nécessaire pour qu’elle perde la moitié de son activité spécifique par dénaturation et inactivation.
• Svedberg : Le Svedberg, noté S, est une unité de mesure du taux de sédimentation.

★ À maîtriser

• Les protéines sont constamment synthétisées et dégradées, ce qui constitue leur turnover.

📌 La protéolyse peut se faire par hydrolyse non spécifique par des protéases, par le système lysosomal associé à une demi-vie longue, ou par le système ubiquitine-protéasome, sélectif et énergivore.

• L’ubiquitine est une protéine de 76 acides aminés et de masse moléculaire de 8,6 kDa, qui possède sept résidus lysine et une glycine en position C-terminale, Gly76.

• Le système de marquage fait intervenir trois enzymes :
  • l’enzyme d’activation E1
  • l’enzyme de conjugaison E2
  • l’enzyme de ligation E3

📌 Un motif de polyubiquitination constitué de quatre ubiquitines ou plus adresse une protéine au protéasome 26S.

• Le protéasome 26S est constitué de la particule 20S et de la particule 19S.

• La particule 20S constitue le cœur protéolytique du protéasome ; ses sous-unités α régulent l’accès des protéines et ses sous-unités β assurent l’activité catalytique.

• La particule 19S reconnaît les protéines, élimine leur ubiquitine, les déplie et active le protéasome, qui les hydrolyse ensuite en peptides de 7 à 9 résidus.

Compléments

📌 La mono-ubiquitination et la multi-mono-ubiquitination n’entraînent pas la dégradation de la protéine.

• Dans la particule 20S, β1 a une activité caspase et clive après des résidus acides, β2 a une activité trypsine et clive après des résidus basiques, et β5 a une activité chymotrypsine et clive après des résidus aromatiques.

• Les sous-unités β3, β4, β6 et β7 de la particule 20S n’ont aucune activité protéolytique.

• La particule 19S forme une coiffe à une ou aux deux extrémités du protéasome et comprend 19 sous-unités, dont six ont une activité ATPase.

• Le prix Nobel de chimie 2004 a récompensé des travaux sur le système ubiquitine-protéasome.

📖 2. Caractéristiques des lysosomes

★ À maîtriser

• Les lysosomes sont des vésicules limitées par une membrane et mesurent environ 0,5 μm.

• Le lysosome possède une lumière acide, autour de pH 5, riche en hydrolases acides.

• La digestion intracellulaire lysosomale concerne le matériel issu de :
  • l’endocytose
  • la phagocytose
  • l’autophagie
  • le cytosol

Compléments

• Une pompe à protons de type ATPase contribue aux caractéristiques du lysosome.

• La membrane lysosomale contient des protéines glycosylées et des perméases.

📖 3. Biogenèse des lysosomes

📝 Points essentiels

• Les vésicules d’endocytose fusionnent avec des endosomes précoces de pH environ 6 à 6,5, qui mûrissent en endosomes tardifs de pH environ 5 à 6 ; ceux-ci fusionnent avec des lysosomes pour former des endolysosomes, à partir desquels se reforment des lysosomes de pH environ 4,5 à 5.

💡 Astuce mémo

Endosome précoce → endosome tardif → lysosome

📖 4. Hydrolases lysosomales

★ À maîtriser

• Les lysosomes contiennent plus de 40 hydrolases différentes, notamment des protéases, des lipases, des phospholipases, des glucosidases et des nucléases.

• Les hydrolases lysosomales sont actives en milieu acide et ont un pH optimal de 5,5.

Compléments

• Les hydrolases lysosomales sont des protéines glycosylées portant du mannose-6-phosphate (M6P).

📖 5. Hydrolases lysosomales et substrats

📝 Points essentiels

• Les hydrolases lysosomales comprennent les phosphatases acides (phosphomonoesters), les phosphodiestérases (phosphodiesters), les ribonucléases acides (ARN), les désoxyribonucléases (ADN), les cathepsines (protéines), les collagénases (collagène), les α-glucosidases (glycogène), les α-mannosidases (oligosaccharides mannosylés), les céramidases (céramide), les glucocérébrosidases (glucosylcéramide), les lipases acides (triacylglycérols) et les phospholipases (phospholipides).

📖 6. Adressage des hydrolases lysosomales

📝 Points essentiels

• Le signal d’adressage des hydrolases lysosomales est le mannose-6-phosphate (M6P), dont la formation fait intervenir la N-acétylglucosamine phosphotransférase et la phosphoglycosidase.

• L’adressage des hydrolases lysosomales se déroule par ajout d’un résidu GlcNAc-1P sur le C6 d’un ou plusieurs mannoses, obtention du signal M6P dans le compartiment médian, fixation au récepteur du M6P dans le trans Golgi, formation de vésicules à clathrine et fusion avec un endosome précoce, puis libération des hydrolases lors de l’acidification et déphosphorylation du signal M6P ; cette déphosphorylation ne constitue pas leur mécanisme d’activation.

💡 Astuce mémo

GlcNAc-1P sur le mannose → signal M6P → récepteur du trans Golgi → endosome

📖 7. Fonctions digestives des lysosomes

🔑 Notions clés & Définitions

• Hétérophagie : Digestion intracellulaire d’éléments exogènes, notamment des bactéries et des déchets.

• Autophagie : L’autophagie est la digestion et/ou le recyclage de matériel intracellulaire, notamment des organites cellulaires et des portions membranaires, avec formation d’un autophagosome.

★ À maîtriser

• 🔄 La phagocytose se déroule ainsi :
  1. Adhésion
  2. Formation du phagosome
  3. Fusion du phagosome avec un lysosome pour former un phagolysosome

Compléments

• Y. Ohsumi a reçu le prix Nobel de médecine en 2016.

• La mono-ubiquitination constitue un signal d’adressage des protéines vers leur dégradation dans les lysosomes.

💡 Astuce mémo

Hétérophagie : matière exogène ; autophagie : matériel intracellulaire

📖 8. Structure et fonctions des peroxysomes

★ À maîtriser

• Les peroxysomes sont des sacs membraneux de 0,15 à 1,7 μm qui oxydent certains métabolites et participent à la détoxification en éliminant le peroxyde d’hydrogène (H₂O₂) et les espèces réactives de l’oxygène (ERO).

📌 La matrice des peroxysomes contient des oxydases qui produisent H₂O₂ et une catalase qui le dégrade.

• Les peroxysomes sont un site majeur de consommation d’oxygène et assurent notamment la β-oxydation des acides gras à longues chaînes, la conjugaison des acides biliaires et l’élimination de la xanthine.

Compléments

📌 Les peroxysomes ne font pas partie du système endomembranaire et leur membrane délimite une matrice.

• La membrane des peroxysomes contient trois catégories de protéines :

  • Protéines ABC
  • Peroxines (PEX)
  • Cytochrome P450

• Chez l’être humain, les peroxysomes n’éliminent pas l’acide urique.

• Les ERO comprennent :

  • O₂
  • ⁻
  • OH
  • • NO
  • H₂O₂
  • ONO₂⁻

• Les sources d’ERO citées sont :

  • Chaîne respiratoire de la mitochondrie
  • NADPH oxydase
  • Xanthine-déshydrogénase
  • Ions métalliques Fe et Cu
  • NO synthase
  • Oxydases des peroxysomes

• Les enzymes d’élimination des ERO sont :
  • Superoxyde dismutase (SOD)
  • Catalase (CAT)
  • Glutathion peroxydase (GPx)