LES RÉTICULUM ENDOPLASMIQUES

1 – L’ERGASTOPLASME EN MICROSCOPIE PHOTONIQUE

2 – RÉTICULUM GRANULEUX EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE

Définition

Variétés

3 – LES RAPPORTS DU REG

4 – COMPOSITION DES MEMBRANES

5 - FONCTIONS

A – Voie d’excrétion

B – Les glycosylations

C – REG et calcium

D – RE et métabolismes lipidiques

E – Contrôle de qualité

6 – LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE

7 – SES FONCTIONS :

A - Synthèse des stéroïdes

B - Glycogénolyse

C - Glycogénogenèse

D - Détoxications

Notion d’ergastoplasmeMise en évidence

Les cellules concernées

Le cycle sécrétoire

Définition

Variétés :

Réticulum endoplasmique granuleux (REG)

Réticulum endoplasmique lisse (REL)

Compartiment intracytoplasmiquespécifique des Eucaryotes (…),intervenant dans

- la modification des protéines excrétoires néosynthétisées,- de nombreuses chaînes ana ou cataboliques.

1 – L’ERGASTOPLASME EN MICROSCOPIE PHOTONIQUE

2 – RÉTICULUM EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE

LES RÉTICULUM ENDOPLASMIQUES

THYRÉOCYTE :

Sacs dilatés du REG stockant la thyroglobuline

Vésicules apicales :1 - Vésicules de résorption2 - Lysosomes3 - Peroxysomes4 - Vésicules d’exocytose

grosse protéine de 1260 A.A.qq 100 résidus tyrosyl

Thyroïde MO

ERGASTOPLASME :

Corps de NISSL dans les neurones,Corps de BERG dans les hépatocytes.

RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE

GRANULEUX

REG

REL

Mitochondries

RELATIONS REL REG

PLASMOCYTE

Cellule programmée poursynthétiser

UNE immunoglobuline.

Cellule dérivant d’un lymphocyte Bretrouvée dans les tissus,

JAMAIS dans le sang.

Libération des Ig se traduisantpar la mort de cellule.

HÉPATOCYTE

REG

REL

MITOCHONDRIES

PEROXYSOMES

GLYCOGÈNE

Cellule singulière car 2 fonctions ≠ : - une fonction exocrine : synthèse de la bile - une fonction endocrine synthèses multiples

Avec le réticulum lisseContinuités directesmais protéines membranaires différentes fonctions différentes

Avec l’appareil de GolgiLes « vésicules de transition »…en fait, compartiment tubulo-vésiculairefaiblement acide (à suivre…)

Avec les mitochondriesContacts de proximitéPartage d’une même chaîne métabolique :

corticosurrénale et synthèse des stéroïdes,cellule hépatique et synthèse de l’urée.

Continuité directe avec membrane externemais membrane interne spécifique fonctions différentes

Avec la membrane nucléaire

Avec les microtubulesFixation des MT (CLIMP63)

CLIMP63 = Cytosquelett LInking Membrane Protein(membre d’une famille existant sur de nombreuses membranes les reliant aux microtubules)

3 – LES RAPPORTS DU REG

4 – COMPOSITION DES MEMBRANES

Études réalisées après isolement des membranes :ultracentrifugation en gradient de densité

les microsomes

Deux variétés de microsomes :- les microsomes lisses,- les microsomes “rugueux”

Ultracentifugationsur gradient de

saccharose

-

+Bicouche phospholipidique :

40 % de phosphatidyl cholinemais aussi phosphatidyléthanolamineet cholestérol

synthèse sur le versant cytoplasmique

petites sphérules de 100 à 200 nm

ATTENTION :Microsomes rugueux : toujours du REGmais microsomes lisses = mélanges demembranes en provenance de divers organites

A - PRINCIPAUX LIPIDES MEMBRANAIRES :

B - PRINCIPALES PROTÉINES MEMBRANAIRES :

Ca++ ATPaseCanaux calcium

Métabolisme calcique

Acétyl glucosaminyl transféraseGlucosyl & mannosyl transférasesGlucose phosphataseGlut 7 (perméase au glucose)Oligosaccharyl transféraseFlippase à dolichol-oligosaccharyl

Anabolisme glucidique

Peptidase signalTransloconDocking protein

Protéines

Acyl transférasesPhosphatases,Flippase et ScramblaseCyt b5Phosphatidyl synthétase

Lipides

Les réticulones Structure REL

Listenon

limitative…

CYTOPLASME

CAVITÉ RÉTICULAIRE

Oligosaccharyltransférase

FlippaseCalnexine CLIMP 63

Peptidase signal

Translocon(Sec61p)

Docking protein

Glucosyltranférase

Mannosyltransférase

Glucose phosphataseGlut7

Canalcalcium

Ca++

ATPase

Phosphatidylsynthétase

Acyltransférase

Bip

Calséquestrine

CALCIUMGLUCIDES

PROTÉINESLIPIDES

ATPaseAAA

(CDC48)

GLUT5 GLUT7GLUT3 GLUT1 GLUT4 GLUT2

RÉPARTITION des TRANSPORTEURS au GLUCOSE :

NEURONE

ASTROCYTE

ENTÉROCYTE

R.E.G.

CellulesÎLOTS de

LANGERHANS

ADIPOCYTE

CELLULESMUSCULAIRES

CelluleTUBE CONTOURNÉ

RÉNALCELLULE

ENDOTHÉLIALE

1 - VOIE D’EXCRÉTION

SEQUENCE duPEPTIDE SIGNAL

SEQUENCE de CODAGEde la PRO-PROTEINE

OHG-p-p-p-

m7

SEQUENCENON CODANTE

CODON deDEBUT

AUG

CODON de FIN

UAG

SEQUENCE

NON CODANTE

SEQUENCEPOLY A

AAAA...A

COIFFE

+ +

PEPTIDE SIGNAL(20 à 40 AA)

Met ProlineAcides aminéshydrophobes

(10 à 20)

Site decoupure

1 - Structure du mARN

2 - Structure du début de la protéine

FONCTIONS

(le segment « Pré »)

1 - VOIE D’EXCRÉTION

Intervention de la SRP:Considérée maintenant commeune protéine G.Ribonucléoprotéine(6 protéines + 1 ARN de 7S)Assemblage nucléolaire

GTPGDPmARN+

SRP

PEPTIDESIGNAL

DOCKINGPROTEIN

TRANSLOCON

1

2

34

5

ARRET de laTRADUCTION

GTP

GDP

*

* 3 familles de protéines G :Protéines G liées aux récepteurs membranaires

G, G, GPetites protéines G cytoplasmiques,

Ras, Rab, etc…Protéines G de la protéosynthèse.

FONCTIONS

Translocon (ou Sec61 complex) : 3 ou 4 complexes protéiques de 3 protéines

insertion du ribosome et transfert de la chaîne protéique

Transfert de protéines du cyto-plasme vers le RE

Transfert de protéines du RE vers le cytoplasme

2 - VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE EXCRÉTOIRE

CYTOPLASME

CAVITE RÉTICULAIRE

Peptide SignalAction de la

Peptidase signal

FONCTIONS

1 2 3 4 5

Poursuite dela traduction

Libération dela protéine

Au cours même de la traduction,début des phénomènes de glycosylation

1

3 - VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE MEMBRANAIREFONCTIONS

Mise en place du peptidesignal initial

Clivage du peptidesignal

Apparition d’un peptidesignal intra-chaîne

2 3

4 5

4 - VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE MEMBRANAIREà TRAVERSÉES MEMBRANAIRES MULTIPLESF

ONCTIONS

1

Mise en place du peptidesignal initial puis clivage

2 3 4

5 6 87

Les GLYCOSYLATIONSFONCTIONS

N acétyl glucosamine Mannose Glucose

N acétyl glucosaminyltransférase

Flippase

Mannosyl transférase

Dolicholpyrophosphate

P

P

UDP- GDP-

CYTOPLASME

CAVITÉ RÉTICULAIRE

5 cycles defixation

CORE

N acétyl glucosamine Mannose Glucose

Glucosyl transférase

Les GLYCOSYLATIONSFONCTIONS

Mannosyltransférase

4 cycles defixation

3 cycles defixation

CORE

GLYCOSYLATIONS & CONTRÔLE de QUALITÉFONCTIONS

Phénomènes suivis de l’ablation de résidus glucoses par des glucosidases

IMPORTANCE :

Ne sont reconnues que les protéines ne portant plus qu’un seul résidu glucose

Reconnaissance se faisant par- la CALNEXINE membranaire,- la CALRÉTICULINE soluble.

Molécules chaperon(famille des HSP)

Si pas de reconnaissance :- Expulsion de la protéine par les translocons

(ou Sec61p : complexe hétérotrimérique)- puis dégradation dans le protéasome après ubiquitinylation

Existence de chaperons - généralistes - spécifiques d’une protéine : HSP47 et collagène

Exemples de chaperons : - La Bip : assemblage des chaînes légères et lourdes des Ig- La PDI (Protein Disulfide Isomerase) : établissement ponts disulfure- La calnexine membranaire- La calréticuline

LES MOLÉCULES CHAPERON

Protéines initialement découvertes chez E. coliPuis dans les cellules eucaryotes : une de la ° de culture (vers 42°) synthèse +++ de protéines particulières : les hsp

HeatShockProtein

Deux grandes familles : hsp 60 et hsp 70 chacune de ces familles ayant des membres différents dans différents organites : Exemple : mitochondries et mthsp 60 et mthsp 70 Bip (ou Grp78) ≈ hsp 70 spécifique au REG Existence de chaperons spécifiques à certaines protéines

Rôles différents pour chacune de ces familles : hsp 70 : repliement d’une protéine en cours d’élaboration hsp 60 : repliement d’une protéine totalement synthétisée

dans les deux cas, intervention de l’ATP

Comment ces protéines reconnaissent-elles un mal repliement ? probablement en reconnaissant des séquences d’acides aminés hydrophobes à la surface de la protéine (séquences normalement retrouvées dans le cœur de la protéine où elles s’associent les unes aux autres).

Si le repliement demeure incorrect distribution de la protéine vers le protéasome(jusqu’à 1/3 des protéines néosynthétisées…)

Quelle importance ? existence de pathologies humaines dues à la précipitation intracytoplasmique de protéines mal conformées Alzheimer, Creutzfeldt-Jacob, Huntington, E.S.B.

Glucosidase

Glucosyltransférase

Translocon ou CDC 48

Glucosidase

Repliementincorrect ouprotéine malglycosylée

ou…

CYTOPLASME

LUMIÈRERÉTICULAIRE

versappareilde Golgi

si m

auva

ise

conf

orm

atio

n

Calnexine

EXEMPLE d’une MOLÉCULE CHAPERON

si bonne conformation:

Vers le protéasome

une est transférée vers le Golgi, y est clivée et sa partie cytoplasmique est transférée vers le noyau activation de la transcription des gènes des protéines chaperon Une autre, transmembranaire, phosphoryle eIF2

blocage des traductions des mARN (sauf protéines choc thermique) Une troisième favorise la rétrotranslocation cytoplasmique des prot. malconformées

Réticulum endoplasmique et apoptose

Le REG est capable d’induire de lui-même une apoptose(UPR pour Unfolding Protein Response)

Molécule clé : la Bip ou Grp78 (glucose regulated protein)

Normalement, en quantité suffisante pour : - « traiter » les protéines mal conformées, - bloquer l’action de 3 protéines « censeurs » du REG

Si trop de protéines mal conformées, - Bip ne peut plus bloquer ces 3 protéines - lesquelles s’activent alors :

Rétrotranslocation se faisant sous l’influence d’une ATPase AAA (CDC48/VCP)entraînant une libération de Ca++ la libération de caspase 12 (intraréticulaire) activant la caspase 9 (voie intracellulaire)

3 protéines membranaires intégrales

GLYCOSYLATIONS & CONTRÔLE de QUALITÉFONCTIONS

Phénomènes suivis de l’ablation de résidus glucose par des glucosidases

IMPORTANCE :

Ne sont reconnues que les protéines ne portant plus qu’un seul résidu glucose

Reconnaissance se faisant par- la CALNEXINE membranaire,- la CALRÉTICULINE soluble.

Molécules chaperon(famille des HSP)

Si pas de reconnaissance :- Expulsion de la protéine par les translocons (ou Sec61p )

par ATPase AAA (CDC48)- puis dégradation dans le protéasome après ubiquitinylation

Existence de chaperons - généralistes - spécifiques d’une protéine : HSP47 et collagène

Exemples de chaperons : - La Bip : assemblage des chaînes légères et lourdes des Ig- La PDI (Protein Disulfide Isomerase) : établissement ponts disulfure- La calnexine membranaire- La calréticuline

RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE & CALCIUMFONCTIONS

LES INTERVENANTS :

Une pompe à Calcium, la Ca++ ATPase

Divers canaux calcium

Plusieurs types en fonction des cellules considérées:- canaux voltage dépendant,- canaux gouvernés par IP3,- canaux liés aux récepteurs à la ryanodine

Libération du calcium non énergie dépendante

Des molécules fixatrices du calcium dans les lumières :Calséquestrinemais aussi Bip, Calnexine, …

Calcium contrôlant le cytosquelette

dans sa structure même,dans son dynamisme

l’exocytoseles systèmes d’adhésion entre cellulesles communications entre cellules (gap)

Séquence KDEL

Récepteur ERD2 (ou KDEL-R)

Récepteur membranaire cyclant entreGolgi et REG. Ne fixe KDEL que dansun compartiment acide, relargue KDEL dans un compartiment neutre

RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE & MÉTABOLISME LIPIDIQUEF

ONCTIONS

A - Biosynthèse des acides gras insaturés :Uniquement l’acide oléique (à partir acide stéarique)

C - Devenir de ces produits :1 - maintien dans les membranes

avec ou sans bascule (flip-flop et asymétrie membranaire)2 - distribution à d’autres membranes

lysosomes, peroxysomes, mitochondriespar protéines échangeuses de phospholipides

B - Synthèse des phospholipides :sur le versant cytoplasmiqueintervention de plusieurs enzymes membranaires intégrales(acyltransférases, phosphatases, transférases)

phosphatidylcholinesphosphatidylsérines

D - Formation des protéines membranaires liées à un lipidele lipide = glycosylphosphatidyl inositolreste fixé dans la membrane mais fixe l’extrémité C terminale d’une protéine néosynthétisée

Nombreuses protéines membranaires extracellulaires de ce type :les protéines liées à une « ancre GPI »

Globalement, le R. E. est le lieu de synthèse des bicouches phospholipidiques

Synthèse se faisant sur le versant cytoplasmique

Une protéine , non spécifique d’un phospholipide, les bascule sur l’autre feuillet : la SCRAMBLASE

non ATP dépendante, les deux feuillets du REG seraient à peu près symétriques.

Cependant, une asymétrie membranaire est rapidement générée

- par des MOLÉCULES ÉCHANGEUSES de PHOSPHOLIPIDES passage de phospholipides spécifiques du RE vers mitochondries, lysosomes, peroxysomes Golgi, etc. - par des FLIPPASES : bascule d’un phospholipide spécifique d’un versant à l’autre ATP dépendantes Membranes plasmique et golgienne principalement

C - Devenir de ces produits :

RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE & MÉTABOLISME LIPIDIQUEF

ONCTIONS

A - Biosynthèse des acides gras insaturés :Uniquement l’acide oléique (à partir acide stéarique)

C - Devenir de ces produits :1 - maintien dans les membranes

avec ou sans bascule (flip-flop et asymétrie membranaire)2 - distribution à d’autres membranes

lysosomes, peroxysomes, mitochondriespar protéines échangeuses de phospholipides

B - Synthèse des phospholipides :sur le versant cytoplasmiqueintervention de plusieurs enzymes membranaires intégrales(acyltransférases, phosphatases, transférases)

phosphatidylcholinesphosphatidylsérines

D - Formation des protéines membranaires liées à un lipidele lipide = glycosylphosphatidyl inositolreste fixé dans la membrane mais fixe l’extrémité C terminale d’une protéine néosynthétisée

Nombreuses protéines membranaires extracellulaires de ce type :les protéines liées à une « ancre GPI »

PP

Glycosylphosphatidyl-inositol

NH2

COOH

PP

NH2

COOH

NH2

Le glycosylphosphatidyl inositol est fixé dans la membrane. Il fixe alors l’extrémité C terminale d’une protéine qui vient d’être clivée. Il existe de nombreuses protéines membranaires extracellulaires de ce type .

Les protéines à « ancre GPI » :

Protéine transférée vers la membrane plasmique

RÉSUMÉ des PRINCIPALES FONCTIONSdu REGF

ONCTIONS

-Voie d’excrétion des produits élaborés- Modifications biochimiques :

- Glycosylations- Scission du peptide signal,- Assemblage des différentes chaînes,- Fixation d’une protéine sur un lipide membranaire

- Synthèse membranaire- Stockage du calcium- Contrôle de qualité

Cas de la mucoviscidose

Maladie génétique la plus fréquente (1 sur 2500 naissances)Mutations touchant la protéine CFTR (canal chlore avec une ATPase)

La plus fréquente des mutations: perte d’un acide aminé (F508)Protéine restant fonctionnelle mais mal repliée

N’est pas distribuée vers la membrane plasmiqueEst dégradée dans le cytoplasme

LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE

LES PRINCIPAUX TYPES CELLULAIRES CONCERNÉS :

HÉPATOCYTES

CELLULES CORTICOSURRÉNALIENNES

TESTICULE & OVAIRE ENDOCRINE (CORPS JAUNE)

CELLULES GLANDES SÉBACÉES

Protéines structurales spécifiques : les réticulones

1 – SYNTHÈSE des STÉROÏDES

FONCTIONS

CHOLESTÉROL

PREGNÉNOLONE (C21)

CORTISOL

CORTICOSTÉRONE

ALDOSTÉRONE

PROGESTÉRONE

17 OH CS

DOC

ANDROSTÈNEDIONE

ŒSTRONE TESTOSTÉRONE

ŒSTRADIOL

CHOLESTÉROL(C27)

11 hydroxylase17 hydroxylase21

hydroxylase

18 hydroxylase

18 déshydrogénase

21 hydroxylase

Enzyme de clivage

ACÉTATE

REL

VACUOLE LIPIDIQUE

MITOCHONDRIE

2 – GLYCOGÉNOLYSE 3 - GLYCOGÉNOGENÈSEFONCTIONS

4 – DÉTOXICATIONS DIVERSES : les MONOOXYGÉNASES à Cyt P450Partie catalytique = Cyt P450Apoenzyme gouverne la spécificité (relative) au substrat

Ajout d’un radical OH à un substratPuis branchement d’un radical sulfate

glutathion sur le radical OH glycuronique

rend la molécule hydrosoluble

Quelques points singuliers :1 – la spécificité de l’apoenzyme pour son substrat est relative…2 – Induction de ces monooxygénases par un xénobiotique du fait

de l’existence de récepteurs nucléaires à divers xénobiotiques,de l’activation des gènes des monooxygénases correspondantes.

CONSÉQUENCES :

1 - Un xénobiotique peut activer la chaîne métabolique l’inactivant : ACCOUTUMANCE

2 – Attention aux associations médicamenteuses :

3 – Arrêt de l’utilisation de certains antibiotiques :

Oléandomycine et TAO bloquent le fonctionnement du Cyt P450…

4 – Effets pervers : « activation » du benzopyrène (inactif) en un époxyde (cancérigène…) de l’acétyl amino fluorène (AAA) en acétoxyAAA (cancérig)

Ne jamais associer barbituriquesneuroleptiques

avec contraceptif oralanticoagulant

Entre autre…

La majorité des composés protéiques élaborés au niveau du REG

va gagner une structure responsable

- d’affinage- de distribution :