COMPARTIMENTS DE LA CELLULE ET TRI DES

PROTÉINES

COMPARTIMENTS DE LA CELLULE ET TRI DES

PROTÉINES

IV - Peroxysomes

PEROXYSOMES

http://www.peroxisome.org/index.html

44

Peroxysomes

• Une seule membrane• Pas d'ADN, pas de génome, pas de ribosomes• Importation des protéines à partir du cytosol• Toutes les protéines doivent être importées (comme le RE)• Présents chez tous les eucaryotes• Contiennent des enzymes oxydatifs : catalase, urate oxydase … • Définition biochimique (1960)

– une oxydase qui produit H2O2

– une catalase pour décomposer H2O2

• Utilisent de l'oxygène (vestige d’un ancien organite qui métabolise l’oxygène)

• Rendus obsolètes par la mitochondrie• Libèrent peu (pas) d'énergie

55

A – Morphologie

66

Morphologie des peroxysomes

• Sphérique

• 0,1 à 1 de diamètre

• Contenu granulaire, parfois paracristallin

• Grand polymorphisme– taille, nombre, composition– en fonction de l'environnement

77

Fahimia,HD1999

• Application des techniques cytochimiques pour la localisation des activités enzymatiques des peroxysomes

PO=peroxysome• a - Catalase• b - Catalase• cd - Urate oxydase• e - Urate oxydase• f - D-amino acid oxydase• gh- Peroxysomes avec

plaques marginales

88

Fahimia,HD1999• Application of

immunoelectron microscopy for detection of peroxisomal protein antigens

99

Fahimia,HD1999

•S

ections from the livers of P

EX

5-/- and control m

ice

Control mice PEX 5-/- La catalase est en dehors des PO

1010

Fahimia,HD1999

• (a,b) Confocal micrographs of HepG2 cells labeled with antibodies to catalase (rhodamine), and tubulin (fluorescein)a Spherical form of peroxisomesb Tubular form of peroxisomes

• (c–h) In situ hybridization of rat liver sections with digoxigenin-labeled cRNA probes

• c-f Albumine mRNA• d-g Catalase• e-h Acyl Co-A oxydase

1111

Flexibilité et dynamisme des peroxysomes

• levures sur un milieu riche en sucre petits peroxysomes

• levures sur un milieu riche en méthanol gros peroxysomes (pour oxyder le méthanol)

• levures sur des acides gras gros peroxysomes pour -oxyder les acides gras

1212

Fig 12-31• Trois

peroxysomes d’hépatocyte de rat en ME

1313

Titorenko,VI2001(fig1).gif

Aspects des peroxysomes dans différents organismes

1414

Peroxysomes

• RH2 + 02 R + H2O2 2 H2O

• R'H2 = phénol, acide formique, formaldéhyde, alcool, …

• Foie, Rein, … rôle de détoxification

catalase

R'H2 R'

1515

Alcool

• CH3-CH2OH CH3-CHO

oxydation des acides gras

O2 H2O2

2 H2O

Catalase

R'H2

R'

1616

Formation des plasmalogènes

• Classe de phospholipides la plus abondante dans la myéline

• Rôle des peroxysomes dans les premières étapes de la synthèse

• Fréquence des atteintes neurologiques dans les maladies des peroxysomes

1717

Chez les plantes

• Type feuille– Photorespiration : consommation d’oxygène

pour fixer CO2 dans les hydrates de carbone

• Type graine– conversion des acides gras contenus dans

les graines en sucre– acide gras sucre = cycle du glyoxylate – ces peroxysomes s’appellent glyoxysomes

1818

Fig 12-33• Cellule de feuille de tabac

• Cellule de graine de tomate

1919

C - Biogenèse

• Importation des protéines de la lumière

• Importation des protéines de la membrane

2020

Schéma du routage

2222

Signal d’import dans le peroxysome

• 3 acides aminés à l ’extrémité -C de la protéine• parfois signal -N terminal• processus mal connu• au moins 23 protéines distinctes (appelées

peroxines)• nécessité d’ATP• pas de nécessité de déplier la protéine

processus différent de celui de la mitochondrie• Pex5 (peroxine 5) suit l’import tout au long de son

trajet

2323

Peroxines

1. Récepteurs protéiques solubles cytosoliques

2. Protéines ancrées dans la membrane du peroxysome du côté cytosolique

Au moins 23 types de protéines connus

2424

Peroxines

• Protéines nécessaires à la biogenèse des peroxysomes– assemblage de la membrane– import des protéines de la lumière– prolifération des peroxysomes– héritage des peroxysomes

• Codées par des gènes PEX

2525

Gènes PEX

• L’importance des peroxysomes est soulignée par l’existence de nombreuses maladies génétiques associées à des déficits peroxysomaux qu’on peut classer en deux catégories :

1. Maladies résultant d’un déficit d’une seule enzyme peroxysomale

2. Maladies résultant d’un déficit dans la biogenèse du peroxysome

2626

1 - Maladies résultant d’un déficit d’une seule enzyme peroxysomale

• Ces maladies résultent du déficit d’une seule enzyme du peroxysome et n’affectent donc en général qu’une seule voie métabolique peroxysomale– L’hyperoxalurie de type I (alanine:glyoxylate

aminotransferase)– La maladie de Refsum (phytanoyl-CoA hydroxylase)– L’adrénoleucodystrophie liée à l’X– La chondrodysplasie rhizomélique ponctuée type II et III

(dihydroxyacetone phosphate acyltransferase)– Les déficits de la β-oxidation (acyl-CoA oxidase,

bifunctional protein, and thiolase)

2727

2 - Maladies résultant d’un déficit dans la biogenèse du peroxysome

• Ce sont les Peroxisome Biogenesis Disorders (PBDs)• Ces maladies (léthales) affectent toutes les voies

métaboliques du peroxysome et peuvent résulter de n’importe quelle mutation dans un au moins 13 gènes PEX connus. Le produit de ces gènes s’appelle les peroxines et tous participent à la biogenèse du peroxysome.– Le syndrome de Zellweger– L’adrenoleucodystrophie néonatale– La maladie de Refsum infantile– La chondrodysplasie rhizomélique ponctuée type I.

2828

Les peroxines

• http://www.peroxisome.org/Scientist/Biogenesis/peroxins/membranebio.html

2929

Syndrome de Zellweger

• Défaut héréditaire de l’import de protéines dans le peroxysome

• Peroxysome vides

• Anomalies du cerveau, foie, rein

• Mort précoce

• Dans certaines formes, mutation dans le gène de peroxine 2 (protéine membranaire intégrale de la membrane du peroxysome)

3030

Syndrome de Zellweger• An autosomal recessive disorder due to defects in

PEROXISOME biogenesis which involves more than 13 genes encoding peroxin proteins of the peroxisomal membrane and matrix.

• Zellweger syndrome is typically seen in the neonatal period with features such as– dysmorphic skull– MUSCLE HYPOTONIA– SENSORINEURAL HEARING LOSS– visual compromise– SEIZURES– progressive degeneration of the KIDNEYS and the LIVER.

• Zellweger-like syndrome refers to phenotypes resembling the neonatal Zellweger syndrome but seen in children or adults with apparently intact peroxisome biogenesis.

3131

http://www.peroxisome.org/Scientist/Biogenesis/peroxins/membranebio.html

Peroxysome Membrane Protein

http://www.peroxisome.org/Scientist/Biogenesis/peroxins/membranebio.html

3232

Import des protéines peroxysomales

• Le ciblage est toujours post traductionnel• Ciblage des protéines membranaires (membrane

Peroxysomal Targeting Signal [mPTS]) :– directement à partir du cytosol (mPTS1) ou– indirectement via le RE (mPTS2)

• La machine d'importation pour la membrane est différente de celle pour la matrice

• Les protéines de la matrice ont besoin de mPTS 1 et mPTS 2

• L'import dans la membrane et la matrice est médiée par leur récepteur qui agit avec le PTS de leur cargo

3333

Biogenèse

• Croissance de peroxysomes préexistants

• puis fission

• Comme mitochondries ou RE

3434

Fig 12-34

3535

Holroyd,C2001 (fig1)Réponse aux « ? » à la diapositive suivante…

3636

Curr Biol. 2005 Sep 20;15(18):R774-6.

3737

Organelle biogenesis: Where did I come from?Rachel SmallridgeNature Reviews Molecular Cell Biology 6, 672 - 673 (01 Sep 2005)

• How do peroxisomes form in eukaryotic cells?

• A definitive answer to this question has been elusive, with some believing that,

• similar to the Golgi, peroxisomes are derived from the endoplasmic reticulum (ER)

• and others believing that, similar to mitochondria, they are autonomous entities.

• However, Tabak and colleagues now resolve this issue in Cell by showing that peroxisomes come from the ER. The authors worked in Saccharomyces cerevisiae and created a system that allowed the real-time imaging of peroxisome biogenesis.

• They focused on peroxin-3 (Pex3), an integral membrane protein that is essential for the biogenesis of these organelles. They made a yeast strain that could be induced to express endogenous levels of fluorescently labelled Pex3 (Pex3– YFP) by putting the gene encoding this construct under the control of a galactose-inducible promoter and exposing cells to galactose for a limited time. In the absence of galactose, Pex3 and peroxisomes were absent from these cells.

3838

Holroyd,C2001 (fig2)

3939

Fujiki,Y2000(Fig1)

Biogenèse des peroxysomes chez les mammifères

Les 4 groupes de peroxine

4040

Randy SchekmanPeroxisomes: Another Branch of the Secretory Pathway?Cell, Vol. 122, 1–7, July 15, 2005

• Figure 1. Where Do New Peroxisomes Come from?• Peroxisomes may form by the budding of vesicles (pale orange)

from the ER in a pathway that is distinct from that producing secretory transport vesicles (green) from the ER. In the secretory pathway, vesicles carry membrane and cargo proteins to the Golgi apparatus; other vesicles retrieve some of the membrane material from the Golgi and return it to the ER. Pex3, an integral protein required for peroxisome formation, appears to originate in the ER and be packaged into vesicles (pale orange) by a budding or blebbing process that requires the Pex19 protein. Small precursor vesicles may fuse under the direction of two AAA ATPase proteins, Pex1 and Pex6, to form the functional large peroxisome (dark orange).

Peroxisomes: Another Branch of the Secretory Pathway ?Cell, Vol. 122, 1–7, July 15, 2005

4545

Tabak,HF1999 (fig3) TiCB

Importation des protéines

dans la matrice

(Peroxisomal Targeting

Sequence)

4646

Titorenko,VI1998(fig1).gif

Essential role of The endoplasmic reticulum in

peroxisome biogenesis

4747

Titorenko,VI1998(fig2).gif

Essential role of The

endoplasmic reticulum in peroxisome biogenesis

4848

Titorenko VI, Mullen RT.Peroxisome biogenesis: the peroxisomal endomembrane

system and the role of the ER.J Cell Biol. 2006 Jul

3;174(1):11-7.

Figure 1. Generalized models for the flow of membrane-enclosed carriers

through the peroxisomal endomembrane system in yeast,

mammals, and plants. PPT, preperoxisomal template; PPV,

preperoxisomal vesicle; SV, secretory vesicle; TBSV p33, TSBV 33-kD replicase

protein.PPT, preperoxisomal templatePPV, preperoxisomal vesicleSV, secretory vesicleTBSV p33, TSBV 33-kD replicase protein

Generalized models for the flow of membrane-enclosed carriers through the peroxisomal endomembrane system in yeast, mammals, and plants