Reticulum endoplasmique
Les cellules
eucaryotes possédent un réticulum ( réseau ) endoplasmique
fait de citernes et tubules réalisant des cavités étroites
communicant entre elles. Le réticulum représente environ 50%
de la totalité des membranes de la cellule. La lumière interne
du réticulum occupe 10% du volume cellulaire . La membrane du
réticulum est une bicouche lipidique de même structure que la
membrane plasmique. Le réticulum est en continuité
fonctionelle avec l’enveloppe nucléaire qui est une région
différenciée du réticulum. Le réticulum permet à la cellule de
séparer du cytosol certaines molécules néosynthétisées .
I.
Structure du réticulum
Le réticulum n’est pas visible en microscopie optique ; par
contre les vésicules sont bien individualisables en
microscopie électronique. Le fractionnement cellulaire et la
centrifugation préparative sur gradient de saccharose
permettent de séparer les microsomes de 2 fractions du
réticulum :
- le réticulum lisse (REL) ; il forme des tubules anastomosés
entre eux et avec le REG
- le réticulum granuleux (ou rugueux: REG ) où sont attachés
des ribosomes sur la face cytosolique; le REG forme des
citernes aplaties, empilées en feuillets lorsqu’il est très
abondant (plasmocytes).
II.
Rôles du REL
- Le REL est le lieu de synthèse des membranes lipidiques de
la cellule et assure le renouvellement des membranes de tous
les organites. Les membranes sont exportées du REL vers les
organites cibles par des vacuoles de transport. Les molécules
de phospholipides et de cholestérol non hydrosolubles sont
synthétisées en phase lipidique et se mettent en place
directement dans la membrane du réticulum. Il n’y a pas de
formation ex nihilo de nouvelles citernes mais par
bourgeonnement continu à partir des membranes existantes: ex :
la phosphatidyl-choline est synthétisée à partir de
glycérolphosphate, de choline et d’acides gras provenant du
cytosol; la synthèse est catalysée par des enzymes incluses
dans la membrane même du du réticulum; le site actif des
enzymes fait face au cytosol. La biosynthése des lipides est
asymétrique et se fait dans la bicouche externe de la
membrane; toutefois des des enzymes de transfert (translocateurs
ou flippases) facilitent un certain basculement des
phospholipides (flip-flop) d’une couche à l’autre pour former
la bicouche interne du réticulum. Les flippases favorisent
plus le passage de la choline que celui de l'éthanolamine, de
l'inositol ou de la sérine, d'où une asymétrie des
phospholipides membranaires. L’asymétrie de composition
lipidique et protéique des bicouches du RE se maintient dans
les vacuoles de bourgeonnement et dans la membrane des
organites cibles avec lesquels fusionnent les vacuoles. La
bicouche externe du REL se retrouvera à la face interne de la
membrane plasmique.
- Le REL est abondant dans les cellules qui sécrètent des
substances lipidiques telles que les hormones stéroïdiennes (
cellules de Leydig , cellules cortico-surrénaliennes...). Le
RE assure d’abord la synthèse du cholestérol à partir de l’acétyl-CoA.
Le cortisol est le point de départ pour la synthèse de toutes
les autres hormones stéroïdes (progestérone, cortisol,
testostérone, oestradiol, aldostérone...) qui seront sécrétées
dans le plasma, accrochées à des protéines porteuses (ex
testostérone binding protein: TBP).
- Le REL est abondant dans les cellules qui assurent la
détoxification de métabolites ou de médicaments. Quand on
soumet un rat à un traitement par le phénobarbital (un
barbiturique liposoluble), le poids du foie augmente du fait
de l’hypertrophie du REL des hépatocytes. Le foie contient un
système d’enzymes très oxydantes ancrées dans la membrane du
REL, appelé cytochrome P 450. Ce complexe protéique est une
hémoprotéine contenant du fer qui utilise l'O2 et NADPH. Le
cytochrome P450 détoxifie le phénobarbital et de nombreuses
autres molécules hydrophobes (alcool) incluses dans la
membrane de la face cytosolique du REL en leur ajoutant un
radical OH ; ceci augmente leur solubilité et permet leur
élimination biliaire. Ce système detoxificateur augmente
jusqu’à 10 fois son niveau de base en présence de
xénobiotiques (substances étrangéres potentiellement toxiques)
et permet l’élimination des substances hydrophobes qui
autrement s’accumuleraient dans les membranes ou les vésicules
lipidiques des animaux (médicaments, insecticides,
hydrocarbures polycycliques). Après la fin de l’exposition au
médicament, le foie reprend sa taille normale, une partie du
REL est soumise à l’autophagocytose par les lysosomes.
L’expression de cytochrome P 450 est inhibée.
- Le REL et le cytochrome P 450 peuvent activer des
médicaments (cyclophosphamide) ou des substances cancérogènes
comme le benzopyrène qui formeront des métabolites
hydrosolubles et électrophiles allant se lier sur l’ADN. Les
préparations microsomiales sont des outils intéressants pour
étudier les capacités métaboliques du réticulum; des
microsomes hépatiques sont commercialisés pour différentes
études: activation ou dégradation de drogues ...
- Le REL est le principal site de stockage du calcium
intracellulaire (Calcium Sequestrating Compartment) -voir
cours sur le calcium comme second messager.
III.
Rôle du
REG
Le REG est abondant dans les cellules qui sécrètent des
protéines: cellules acineuses pancréatiques, plasmocytes. Les
citernes dilatées contiennent les protéines nouvellement
synthétisées. Une cellule contient 1010 molécules de protéines
de 104 sortes. Ces protéines devront gagner les compartiments
cellulaires où elles exerceront leurs fonctions.
A.
les protéines à destination cytosolique : les
ribosomes libres du cytosol, attachés au cytosquelette,
forment des polysomes lorsqu’ils sont reliés par un ARN
messager. Ils vont synthétiser les protéines du cytosol
(enzymes) et du cytosquelette cytosolique ou sous-membranaire.
Les protéines cytosoliques sont accompagnées de protéines
chaperons (chaperonines) qui assurent le repliement correct de
la protéine en utilisant de l’ATP. Ces protéines appartiennent
à la famille des protéines de choc thermique (HSP) dont
l’expression augmente en cas de choc thermique ou d’agression
chimique pour restaurer les structures protéiques
fonctionnelles ou pour assurer leur destruction.
B.
les protéines mitochondriales codées par le noyau et
synthétisées dans le cytosol sont importées par un transport
post-traductionnel grâce à une séquence signal spécifique.
C.
les protéines nucléaires (histones, lamine, mais
aussi facteurs de transcription) passent par des pores
nucléaires grâce à des signaux de reconnaisssance spécifiques
(NLS: nuclear signalization signal).
D.
les protéines sécrétées et les protéines
intramembranaires passent par le REG. La synthèse débute dans
le cytosol sur les polysomes qui seront arrimés sur le REG par
des protéines d’attachement : les ribophorines. Il existe des
zones du REG capables d’arrimer la grosse sous unité du
ribosome (SRP: Signal Recognition Particules). Les protéines
sécrétées sur la face cytosolique du REG doivent traverser la
bicouche lipidique; ainsi les protéines nouvellement
synthétisées sont elles immédiatement séparées du cytosol (à
la différence des protéines synthétisées sur les polysomes
libres dans le cytosol). Les protéines ont un cheminement
différent selon qu’elles sont sécrétées ou qu’elles restent
dans les membranes:
D.1. protéines sécrétées (hormones peptidiques, enzymes
intestinales et pancréatiques, protéines de la matrice extra-cellulaire, collagène, laminine..): les protéines se
faufilent dans la bicouche lipidique dans un tunnel hydrophile
avant d’acquérir leur structure tertiaire. Une séquence signal
située sur la partie amino-terminale de la protéine (lieu de
début de la synthèse) se lie à une particule
ribonucléoprotéique (Signal Recognition Particle) qui arrime
le ribosome à la face cytosolique de la membrane du REG. Le
ribosome est aussi arrimé par un récepteur de la grosse
sous-unité. La connaissance des séquences signal a beaucoup
évolué grâce au technique de biologie moléculaire qui
permettent de préparer des protéines hybrides contenant une
séquence signal d’adressage (longueur 16 à 30 AA hydrophobes)
et une protéine marqueuse à activité enzymatique (luciférase,
ß-galactosidase). Le transport de la protéine a lieu en même
temps que sa traduction: transfert co-traductionnel. Une fois
dans la citerne, la protéine est prise en charge par une
protéine chaperon de la famille des HSP (BIP: binding protein).
La protéine prend sa conformation spatiale définitive, perd sa
séquence signal qui est excisée par une enzyme spécifique et
subit des modifications biochimiques post-traductionnelles (glycosylation,
sulfatation...). Les protéines sont empaquetées dans des
vacuoles pour transiter vers l’appareil de Golgi puis vers
l’extérieur de la cellule par exocytose.
D.2. protéines membranaires : la traversée de la membrane
du REG n’est pas complète ; la traversée s’arrête quand la
protéine possède une séquence d’acides aminés hydrophobes
enchaînés en hélice alpha (séquence d'arrêt de translocation).
Il peut y avoir plusieurs signaux de début et de fin de
translocation pour les protéines qui passent plusieurs fois
(souvent 7) la membrane. Ces protéines enchassées sont
exportées vers la membrane plasmique ou les membranes
topologiquement identiques; ainsi l’intérieur du réticulum est
topologiquement identique à l’extérieur de la cellule. Ces
processus constituent le transport vectoriel qui dirige les
protéines vers tous les organites intracellulaires.
E.
Dans le RE, s’effectuent les N-glycosilations (voir suite
appareil de Golgi)
REPRODUCTION COMPLETE OU PARTIELLE INTERDITE