Comprendre le transport vésiculaire

Les cellules de notre corps sont de véritables usines, incroyables et complexes, fabricant sans relâche divers protéines nécessaire à leur fonctionnement : les protéines sont à la fois les briques et les ouvrières de la cellule. Parfois, la cellule va relacher des protéines dans le milieu extérieur afin de communiquer avec le reste de notre organisme : des hormones pour contrôler le taux de sucre dans le sang, des neurotransmetteurs pour transmettre les messages entre neurones, des enzymes pour digérer nos aliments… Toutes ces protéines indispensables à notre survie sont produites par un processus appelé sécrétion protéique.
Comme sur une ligne de montage, la protéine en cours de sécrétion va passer à différents postes qui chacun vont participer à sa maturation. Pour passer d’un poste à l’autre, un système de « charriot de transport » va la transporter au sein de la cellule, jusqu’au moment où la protéine terminée va pouvoir quitter la cellule. Un phénomène de fusion avec la membrane va alors ouvrir la poche de transport, libérant la protéine hors de la cellule.
C’est l’ensemble de ces mécanismes -la fabrication, le transport et la libération de la protéine par la cellule- que cet article va décrire !

Rappel : La cellule et ses compartiments

Les cellules qui composent notre corps sont formées de petits compartiments, les organelles, qui baignent dans une matrice appelée cytosol. Si nos cellules sont des petites usines, alors les organelles sont de tout petits ateliers, chacun spécialisés dans une tâche bien précise !
 
Comme dans une véritable usine, ces compartiments cellulaires ne sont pas indépendants les uns des autres ; au contraire, ils communiquent, échangent des molécules, interagissent entre eux ! Par exemple, l’ATP (petite molécule qui permet le stockage de l’énergie de la cellule) peut être synthétisée au niveau de la mitochondrie (le générateur de notre petite usine), mais va être ensuite redistribuée dans la cellule pour fournir de l’énergie dans tous les autres compartiments.
 
Cependant, pour que tout marche bien, il faut s’assurer que ces échanges  intracellulaires de molécules soient très souvent contrôlés et régulés selon les besoins des différents compartiments. Lors que certains ateliers sont dépassés, on recrute de la main d’œuvre ! Ou encore si un problème arrive lors de la production, on ferme l’atelier quelque temps, histoire de tout remettre en ordre.
 
Shema d'une cellule eucaryote et de ses compartiments crédit : Axiomcafé
Une cellule dite eucaryote (= qui comporte un noyau) est constituée de petits compartiments : les organelles (noyau, mitochondrie, réticulum endoplasmique, appareil de golgi...)

La sécrétion

Considérons les cellules de notre corps comme de petites usines qui échangent de nombreuses molécules avec l’extérieur. Elles peuvent exporter des molécules dans le milieu extérieur (dans la circulation sanguine par exemple), un phénomène appelé exocytose ou sécrétion, ou au contraire capter des molécules provenant de l’extérieur par le phénomène d’endocytose.
 
Imaginons un instant une protéine X destinée à être sécrétée dans le milieu extérieur, et suivons son parcours dans la cellule, de sa fabrication jusqu’à sa sécrétion dans le milieu externe.  Partons du principe que notre protéine est soluble (c’est-à-dire qu’elle n’est pas attachée aux membranes de la cellule). Imaginez là comme une petite voiture que la cellule, notre usine, doit produire : elle passera par différentes étapes de construction et de vérification avant d’être mise sur le marché !

De la lecture des plans à l’assemblage de la structure de base

Les protéines produites par notre usine cellulaire ne sont pas produites au hasard : tout comme une entreprise bien organisée, la cellule possède un registre qui contient toutes les informations nécessaires à la création des protéines. Ce registre, c’est l’ADN génomique contenu dans le noyau. Comme ce gros registre ne peut pas sortir du noyau, il va falloir faire des photopies ! Le fragment d’ADN qui contient l’information pour la protéine X sera donc transcrit (c’est-à-dire recopié) sous la forme d’un ARNm (le « m » veut dire « messager »). Cette petite molécule mobile va sortir du noyau pour rejoindre le compartiment central de la cellule : le cytosol. L’ARNm va alors être reconnu par des petites machineries : les ribosomes. Ces complexes sont capables de « lire » l’information contenue dans les ARNm et les traduire en protéines ! Dans le cas de notre protéine X, l'ARNm contient un signal qui indique au ribosome qu’il s’agira d’une protéine destinée à être sécrétée, celui-ci se place alors à proximité d’une organelle particulière : le réticulum endoplasmique.
 
En résumé...
 
En bref : L’information qui code les protéines est portée par l’ADN génomique. Cette information sera transcrite en un ARN messager, petite photocopie capable de sortir du noyau pour rejoindre le cytosol. Il sera lu par les ribosomes et traduit en protéine. Pour les protéines sécrétées, cette traduction aura lieu au niveau du réticulum endoplasmique.
shema des étapes de transcription et traduction

Construction de la structure de base

Logo définition
Le matériel de base de notre protéine est l'acide aminé. Il en existe 21 différents, qui seront assemblés en une chaine les uns après les autres, comme un collier de perle. Cette première étape d’assemblage de la protéine est réalisée comme nous l'avons vu précédemment par les ribosomes.
 
Les ribosomes vont donc faire un assemblage de tout ce qui compose notre protéine X et l’envoyer directement dans le réticulum endoplasmique (Etape 1 du shéma ci dessous).
Dans ce compartiment, la protéine, qui est encore sous la forme d’une simple chaîne d’acides aminés, va alors acquérir une conformation tridimensionnelle, c’est-à-dire une forme dans l’espace, bien précise et stable. C'est une étape dite de repliement protéique, au cours de laquelle interviennent de protéines chaperonnes. Ces petites "ouvrières" vont aider la protéine X à atteindre sa bonne conformation. Notre protéine-voiture possède à présent une vraie forme bien stable de voiture ! (Etape 2 du shéma ci dessous)
Cependant, si notre protéine n'arrive pas à être repliée correctement et n'atteint pas de structure stable, elle sera vite repérée par un système de contrôle qualité du réticulum endoplasmique (appelée ERAD pour endoplasmique reticulum associated degradation), qui assure alors la dégradation de la protéine mal repliée.

Ajouts d’accessoires et mise sur le marché

Une fois cette structure acquise, notre protéine X est envoyée au compartiment suivant : l’appareil de golgi, dans lequel elle va poursuivre sa maturation (Etape 3 du shéma ci dessous). Dans ce compartiment, de petits ensembles de molécules, appelés résidus, vont pouvoir lui être ajoutés. Par exemple, notre protéine pourrait recevoir un groupement phosphate par un processus appelé phosphorylation. C'est dans cet atelier que l'on a ainsi ajouté une couleur rouge à notre voiture, du plus bel effet !
shema des étapes de sécrétion jusqu'à la secretion credit: Axiomcafé
Chemin suivi par une protéine destinée à la sécrétion : (1) synthèse par les ribosomes au niveau du réticulum endoplasmique, (2) acquisition d'une structure tridimentionelle, (3) transfert dans l'appareil de golgi puis (4) dans une vésicule de sécrétion.
 
Une fois ces modifications faites sur la protéine, celle-ci va être emmenée dans des vésicules de sécrétion (Etape 4 du shéma ci dessus). Ces sortes de sacs de transports vont ammener la protéine au niveau de la membrane plasmique – la barrière qui entoure la cellule. Quelques ultimes modifications peuvent encore être apportées à la protéine dans ces vésicules. Puis la vésicule va fusionner avec la membrane et permettre de libérer dans le milieu extérieur notre protéine X. On appelle ce processus exocytose ("exo" : vers l'exterieur).
 
shema exocytose Credit : Axiomcafé
Dernière étape : la fusion de la vésicule de sécrétion avec la membrane plasmique va permettre la libération de la protéine dans le milieu extérieur.
 
En résumé...
 
Les cellules sont capables de produire des molécules, dont des protéines, qui vont être ensuite excrétées dans le milieu extérieur. Cette sécrétion, ou exocytose protéique, implique différentes étapes successives et contrôlées. Les protéines sécrétées sont synthétisées et maturées au niveau du réticulum endoplasmique, puis conduites au niveau de l’appareil de golgi pour finir leur maturation. Elles sont ensuite envoyées dans des vésicules de sécrétion qui, en fusionnant avec la membrane plasmique, vont permettre de relâcher les protéines dans le milieu extérieur.
 
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