Endocytose - Endocytosis

Les différents types d'endocytose

L'endocytose est un processus cellulaire dans lequel des substances sont introduites dans la cellule. Le matériau à internaliser est entouré d'une zone de membrane cellulaire , qui bourgeonne ensuite à l'intérieur de la cellule pour former une vésicule contenant le matériau ingéré. L'endocytose comprend la pinocytose (la consommation de cellules) et la phagocytose (la consommation de cellules). C'est une forme de transport actif.

Histoire

Le terme a été proposé par De Duve en 1963. La phagocytose a été découverte par Élie Metchnikoff en 1882.

Voies d'endocytose

Schéma illustrant l'endocytose médiée par la clathrine (à gauche) et indépendante de la clathrine (à droite) des membranes des vésicules synaptiques .

Les voies d'endocytose peuvent être subdivisées en quatre catégories : à savoir, l' endocytose à médiation par les récepteurs (également appelée endocytose à médiation par la clathrine), les cavéoles , la pinocytose et la phagocytose .

  • L'endocytose médiée par la clathrine est médiée par la production de petites vésicules (environ 100 nm de diamètre) qui ont une couche morphologiquement caractéristique constituée de la protéine cytosolique clathrine . Les vésicules recouvertes de clathrine (CCV) se trouvent dans pratiquement toutes les cellules et forment des domaines de la membrane plasmique appelés fosses recouvertes de clathrine. Les fosses enrobées peuvent concentrer de grandes molécules extracellulaires qui ont différents récepteurs responsables de l'endocytose médiée par les récepteurs des ligands, par exemple les lipoprotéines de basse densité , la transferrine , les facteurs de croissance , les anticorps et bien d'autres.
Une étude sur des cellules de mammifères confirme une réduction de la taille de la couche de clathrine dans un environnement de tension accrue. De plus, cela suggère que les deux modes d'assemblage de clathrine apparemment distincts, à savoir les piqûres enduites et les plaques enduites, observés dans les études expérimentales pourraient être une conséquence de tensions variées dans la membrane plasmique.
  • Les cavéoles sont les bourgeons de membrane plasmique non recouverts de clathrine les plus couramment signalés, qui existent à la surface de nombreux types de cellules, mais pas de tous. Ils sont constitués de la protéine cavéoline fixant le cholestérol(Vip21) avec une bicouche enrichie en cholestérol et en glycolipides . Les cavéoles sont de petites fosses (environ 50 nm de diamètre) en forme de flacon dans la membrane qui ressemblent à la forme d'une grotte (d'où le nom cavéoles). Ils peuvent constituer jusqu'à un tiers de la surface de la membrane plasmique des cellules de certains tissus, étant particulièrement abondants dans les muscles lisses , les pneumocytes de type I, les fibroblastes , les adipocytes et les cellules endothéliales . On pense également que l'absorption de molécules extracellulaires est spécifiquement médiée par des récepteurs dans les cavéoles.
    De gauche à droite : phagocytose, pinocytose, endocytose à médiation par les récepteurs.
    • La potocytose est une forme d'endocytose médiée par des récepteurs qui utilise des vésicules cavéoles pour amener des molécules de différentes tailles dans la cellule. Contrairement à la plupart des endocytoses qui utilisent des cavéoles pour transmettre le contenu des vésicules aux lysosomes ou à d'autres organites, le matériel endocytosé par potocytose est libéré dans le cytosol.
  • La pinocytose , qui se produit généralement à partir de régions très froissées de la membrane plasmique, est l'invagination de la membrane cellulaire pour former une poche, qui se pince ensuite dans la cellule pour former une vésicule (0,5 à 5 µm de diamètre) remplie d'un grand volume de liquide extracellulaire et de molécules qu'il contient (équivalent à ~ 100 CCV). Le remplissage de la poche se fait de manière non spécifique. La vésicule se déplace ensuite dans le cytosol et fusionne avec d'autres vésicules telles que les endosomes et les lysosomes .

Des expériences plus récentes ont suggéré que ces descriptions morphologiques des événements endocytiques peuvent être inadéquates, et une méthode de classification plus appropriée peut être basée sur la dépendance à la clathrine de voies particulières, avec de multiples sous-types d'endocytose dépendante et indépendante de la clathrine. La compréhension mécanistique de l'endocytose non phagocytaire et indépendante de la clathrine a fait défaut, mais une étude récente a montré comment Graf1 régule une voie endocytaire indépendante de la clathrine très répandue connue sous le nom de voie CLIC/GEEC.

Principaux composants de la voie endocytaire

La voie endocytaire des cellules de mammifères se compose de compartiments membranaires distincts, qui internalisent les molécules de la membrane plasmique et les recyclent à la surface (comme dans les endosomes précoces et les endosomes de recyclage), ou les trient en vue de leur dégradation (comme dans les endosomes tardifs et les lysosomes). Les principaux composants de la voie endocytaire sont :

  • Les endosomes précoces sont le premier compartiment de la voie endocytaire. Les endosomes précoces sont souvent situés à la périphérie de la cellule et reçoivent la plupart des types de vésicules provenant de la surface cellulaire. Ils ont une structure tubulo-vésiculaire caractéristique (vésicules jusqu'à 1 µm de diamètre avec des tubules connectés d'environ 50 nm de diamètre) et un pH légèrement acide. Ce sont principalement des organites de tri où de nombreux ligands endocytosés se dissocient de leurs récepteurs dans le pH acide du compartiment, et à partir desquels de nombreux récepteurs se recyclent vers la surface cellulaire (via les tubules). C'est également le site de tri en voie transcytotique vers des compartiments ultérieurs (comme les endosomes tardifs ou les lysosomes) via des compartiments transvésiculaires (comme les corps multivésiculaires (MVB) ou les vésicules endosomales porteuses (ECV)).
  • Les endosomes tardifs reçoivent du matériel endocytosé en route vers les lysosomes , généralement des endosomes précoces de la voie endocytique, du réseau trans-Golgi (TGN) de la voie biosynthétique et des phagosomes de la voie phagocytaire. Les endosomes tardifs contiennent souvent des protéines caractéristiques des nucléosomes, des mitochondries et des ARNm, notamment les glycoprotéines de la membrane lysosomale et les hydrolases acides. Ils sont acides (environ pH 5,5) et font partie de la voie de trafic des récepteurs du mannose-6-phosphate . On pense que les endosomes tardifs médient un ensemble final d'événements de tri avant la livraison du matériel aux lysosomes.
  • Les lysosomes sont le dernier compartiment de la voie endocytaire. Leur fonction principale est de décomposer les déchets cellulaires, les graisses, les glucides, les protéines et autres macromolécules en composés simples. Ceux-ci sont ensuite renvoyés dans le cytoplasme en tant que nouveaux matériaux de construction cellulaire. Pour ce faire, les lysosomes utilisent une quarantaine de types différents d'enzymes hydrolytiques, toutes fabriquées dans le réticulum endoplasmique, modifiées dans l'appareil de Golgi et fonctionnant dans un environnement acide. Le pH approximatif d'un lysosome est de 4,8 et, en microscopie électronique (EM), il apparaît généralement sous la forme de grandes vacuoles (1 à 2 µm de diamètre) contenant un matériau dense aux électrons. Ils ont une teneur élevée en protéines membranaires lysosomales et en hydrolases lysosomales actives, mais pas de récepteur du mannose-6-phosphate. Ils sont généralement considérés comme le principal compartiment hydrolytique de la cellule.

Il a été récemment découvert qu'un eisosome sert de porte d'endocytose chez la levure.

Endocytose médiée par la clathrine

La principale voie d'endocytose dans la plupart des cellules, et la mieux comprise, est celle médiée par la molécule clathrine . Cette grosse protéine aide à la formation d'une fosse enduite sur la surface interne de la membrane plasmique de la cellule. Cette fosse bourgeonne ensuite dans la cellule pour former une vésicule enduite dans le cytoplasme de la cellule. Ce faisant, il introduit dans la cellule non seulement une petite zone de la surface de la cellule mais également un petit volume de fluide provenant de l'extérieur de la cellule.

Les manteaux ont pour fonction de déformer la membrane donneuse pour produire une vésicule, et ils fonctionnent également dans la sélection de la cargaison de vésicules. Les complexes d'enveloppe qui ont été bien caractérisés jusqu'à présent comprennent la protéine d'enveloppe I (COP-I), la COP-II et la clathrine. Les revêtements de clathrine sont impliqués dans deux étapes de transport cruciales : (i) l'endocytose médiée par les récepteurs et en phase fluide de la membrane plasmique à l'endosome précoce et (ii) le transport du TGN aux endosomes. Dans l'endocytose, la couche de clathrine est assemblée sur la face cytoplasmique de la membrane plasmique, formant des fosses qui s'invaginent pour se pincer (scission) et devenir des CCV libres. Dans les cellules en culture, l'assemblage d'un CCV prend environ 1 minute, et plusieurs centaines à mille ou plus peuvent se former chaque minute. Le principal composant d'échafaudage de la couche de clathrine est la protéine de 190 kD appelée chaîne lourde de clathrine (CHC), qui est associée à une protéine de 25 kD appelée chaîne légère de clathrine (CLC), formant des trimères à trois pattes appelés triskelions.

Les vésicules se concentrent sélectivement et excluent certaines protéines pendant la formation et ne sont pas représentatives de la membrane dans son ensemble. Les adaptateurs AP2 sont des complexes multi-sous-unités qui remplissent cette fonction au niveau de la membrane plasmique. Les récepteurs les mieux compris qui se trouvent concentrés dans les vésicules enrobées de cellules de mammifères sont le récepteur LDL (qui élimine les LDL du sang circulant), le récepteur de la transferrine (qui amène les ions ferriques liés par la transferrine dans la cellule) et certains récepteurs hormonaux (tels que celui pour EGF ).

À tout moment, environ 25 % de la membrane plasmique d'un fibroblaste est constituée de creux enduits. Comme une fosse enduite a une durée de vie d'environ une minute avant de bourgeonner dans la cellule, un fibroblaste occupe sa surface par cette voie environ une fois toutes les 16 minutes. Les vésicules enrobées formées à partir de la membrane plasmique ont un diamètre d'environ 36 nm et une durée de vie mesurée en quelques secondes. Une fois le pelage perdu, la vésicule restante fusionne avec les endosomes et descend le long de la voie endocytaire. Le processus de bourgeonnement réel, par lequel une fosse est convertie en une vésicule, est effectué par la clathrine assistée par un ensemble de protéines cytoplasmiques, qui comprend de la dynamine et des adaptateurs tels que l' adaptine .

Des piqûres et des vésicules enduites ont été observées pour la première fois dans de fines sections de tissu au microscope électronique par Matt Lions et Parker George. Leur importance pour l'élimination des LDL du sang a été découverte par Richard G. Anderson, Michael S. Brown et Joseph L. Goldstein en 1977. Les vésicules enduites ont d'abord été purifiées par Barbara Pearse , qui a découvert la molécule d'enveloppe de clathrine en 1976.

Galerie

Voir également

Les références

Liens externes