Exocytose - Exocytosis

Exocytose de neurotransmetteurs dans une synapse du neurone A au neurone B.
  1. Mitochondrie
  2. Vésicule synaptique avec neurotransmetteurs
  3. Autorécepteur
  4. Synapse avec neurotransmetteur libéré ( sérotonine )
  5. Récepteurs postsynaptiques activés par un neurotransmetteur (induction d'un potentiel postsynaptique)
  6. Canal calcique
  7. Exocytose d'une vésicule
  8. Neurotransmetteur récupéré

Exocytose ( / ˌ ɛ k s s t s ɪ s / ) est une forme de transport actif et le transport en vrac dans lequel un transports cellulaires des molécules (par exemple, les neurotransmetteurs et les protéines ) de la cellule ( exo- + cytose ) . En tant que mécanisme de transport actif, l'exocytose nécessite l'utilisation d'énergie pour transporter le matériel. L'exocytose et son homologue, l' endocytose , sont utilisées par toutes les cellules car la plupart des substances chimiques importantes pour elles sont de grosses molécules polaires qui ne peuvent pas traverser la partie hydrophobe de la membrane cellulaire par des moyens passifs . L'exocytose est le processus par lequel une grande quantité de molécules est libérée ; il s'agit donc d'une forme de transport en vrac. L'exocytose se produit via des portes sécrétoires au niveau de la membrane plasmique cellulaire appelées porosomes . Les porosomes sont une structure lipoprotéique permanente en forme de coupe au niveau de la membrane plasmique cellulaire, où les vésicules de sécrétion s'arriment et fusionnent de manière transitoire pour libérer le contenu intra-vésiculaire de la cellule.

Dans l'exocytose, les vésicules de sécrétion liées à la membrane sont transportées jusqu'à la membrane cellulaire , où elles s'arriment et fusionnent au niveau des porosomes et leur contenu (c'est-à-dire des molécules hydrosolubles) est sécrété dans l'environnement extracellulaire. Cette sécrétion est possible car la vésicule fusionne de manière transitoire avec la membrane plasmique. Dans le contexte de la neurotransmission , les neurotransmetteurs sont généralement libérés des vésicules synaptiques dans la fente synaptique via l'exocytose ; cependant, les neurotransmetteurs peuvent également être libérés par transport inverse via des protéines de transport membranaire .

L'exocytose est également un mécanisme par lequel les cellules sont capables d'insérer des protéines membranaires (telles que des canaux ioniques et des récepteurs de surface cellulaire ), des lipides et d'autres composants dans la membrane cellulaire. Les vésicules contenant ces composants membranaires fusionnent complètement avec la membrane cellulaire externe et font partie de celle-ci.

Histoire

Le terme a été proposé par De Duve en 1963.

Les types

Chez les eucaryotes, il existe deux types d'exocytose : 1) déclenchée par Ca 2+ non constitutive (c'est-à-dire exocytose régulée) et 2) constitutive non déclenchée par Ca 2+ (c'est-à-dire non régulée). L' exocytose non constitutive déclenchée par le Ca 2+ nécessite un signal externe, un signal de tri spécifique sur les vésicules, une couche de clathrine , ainsi qu'une augmentation du calcium intracellulaire. Dans les organismes multicellulaires, ce mécanisme initie de nombreuses formes de communication intercellulaire telles que la transmission synaptique, la sécrétion d'hormones par les cellules neuroendocrines et la sécrétion de cellules immunitaires. Dans les neurones et les cellules endocrines, les protéines SNARE et SM catalysent la fusion en formant un complexe qui rassemble les deux membranes de fusion. Par exemple, dans les synapses, le complexe SNARE est formé par Syntaxin-1 et SNAP25 au niveau de la membrane plasmique et VAMP2 au niveau de la membrane vésiculaire. L'exocytose dans les synapses chimiques neuronales est déclenchée par le Ca 2+ et sert à la signalisation interneuronale. Les capteurs de calcium qui déclenchent l'exocytose pourraient interagir soit avec le complexe SNARE, soit avec les phospholipides des membranes en fusion. La synaptotagmine a été reconnue comme le principal capteur de l' exocytose déclenchée par le Ca 2+ chez les animaux. Cependant, les protéines synaptotagmines sont absentes chez les plantes et les eucaryotes unicellulaires. D'autres capteurs de calcium potentiels pour l'exocytose sont les protéines de la main EF (Ex : Calmoduline) et les protéines contenant le domaine C2 (Ex : Ferlins, E-synaptotagmine, Doc2b). On ne sait pas comment les différents capteurs de calcium peuvent coopérer ensemble et médier la cinétique d'exocytose déclenchée par le calcium d'une manière spécifique.

L'exocytose constitutive est réalisée par toutes les cellules et sert à la libération de composants de la matrice extracellulaire ou à la délivrance de protéines membranaires nouvellement synthétisées qui sont incorporées dans la membrane plasmique après la fusion de la vésicule de transport . Il n'y a pas de consensus clair sur la machinerie et les processus moléculaires qui entraînent la formation, le bourgeonnement, la translocation et la fusion des vésicules post-Golgi à la membrane plasmique. La fusion implique l'attache membranaire (reconnaissance) et la fusion membranaire. On ne sait toujours pas si la machinerie entre la sécrétion constitutive et régulée est différente. La machinerie requise pour l'exocytose constitutive n'a pas été étudiée autant que le mécanisme de l'exocytose régulée. Deux complexes d'attache sont associés à l'exocytose constitutive chez les mammifères, ELKS et Exocyst. ELKS est une grande protéine coiled-coil, également impliquée dans l'exocytose synaptique, marquant les points de fusion des « points chauds » de la fusion des transporteurs sécrétoires. L'exocyste est un complexe protéique octamère. Chez les mammifères, les composants de l'exocyste se localisent à la fois dans la membrane plasmique et dans l'appareil de Golgi et les protéines de l'exocyste sont colocalisées au point de fusion des vésicules post-Golgi. La fusion membranaire de l'exocytose constitutive est probablement médiée par SNAP29 et Syntaxin19 au niveau de la membrane plasmique et YKT6 ou VAMP3 au niveau de la membrane vésiculaire.

L'exocytose vésiculaire chez les bactéries procaryotes à Gram négatif est un troisième mécanisme et la dernière découverte de l'exocytose. Le périplasme est pincé sous forme de vésicules bactériennes de la membrane externe (OMV) pour la translocation des signaux biochimiques microbiens dans les cellules hôtes eucaryotes ou d'autres microbes situés à proximité, accomplissant le contrôle du microbe sécrétant sur son environnement - y compris l'invasion de l'hôte, l'endotoxémie, la compétition avec d'autres microbes pour nutrition, etc. Cette découverte de trafic de vésicules membranaires se produisant à l' interface hôte-pathogène dissipe également le mythe selon lequel l'exocytose est un phénomène purement cellulaire eucaryote.

Pas

Machinerie moléculaire entraînant l'exocytose dans la libération de neuromédiateurs. Le complexe central SNARE est formé de quatre hélices apportées par la synaptobrevine, la syntaxine et le SNAP-25, la synaptotagmine sert de capteur de calcium et régule intimement le zip SNARE.

Cinq étapes sont impliquées dans l'exocytose :

Trafic de vésicules

Certaines étapes du trafic de vésicules nécessitent le transport d'une vésicule sur une distance modérément faible. Par exemple, les vésicules qui transportent les protéines de l'appareil de Golgi à la surface cellulaire, seront susceptibles d'utiliser des protéines motrices et une piste cytosquelettique pour se rapprocher de leur cible. Avant que l'attache n'ait été appropriée, de nombreuses protéines utilisées pour le transport actif auraient plutôt été configurées pour le transport passif, car l'appareil de Golgi n'a pas besoin d'ATP pour transporter les protéines. L'actine et la base des microtubules sont toutes deux impliquées dans ces processus, ainsi que plusieurs protéines motrices . Une fois que les vésicules atteignent leurs cibles, elles entrent en contact avec des facteurs d'attache qui peuvent les retenir.

Attachement des vésicules

Il est utile de faire la distinction entre l' attache initiale lâche des vésicules à leur objectif et les interactions d' emballage plus stables . L'attache implique des liaisons sur des distances supérieures à environ la moitié du diamètre d'une vésicule à partir d'une surface membranaire donnée (> 25 nm). Les interactions d'attache sont susceptibles d'être impliquées dans la concentration des vésicules synaptiques au niveau de la synapse .

Les vésicules captives sont également impliquées dans les processus de transcription des cellules régulières.

Amarrage des vésicules

Les vésicules sécrétoires s'arriment et fusionnent de manière transitoire au porosome de la membrane plasmique cellulaire, via un complexe annulaire t-/v-SNARE serré.

Amorçage des vésicules

Dans l'exocytose neuronale, le terme amorçage a été utilisé pour inclure tous les réarrangements moléculaires et les modifications protéiques et lipidiques dépendantes de l'ATP qui ont lieu après l'amarrage initial d'une vésicule synaptique mais avant l'exocytose, de sorte que l'afflux d'ions calcium est tout ce qui est nécessaire pour déclencher une libération quasi instantanée de neurotransmetteurs . Dans d'autres types cellulaires, dont la sécrétion est constitutive (c'est-à-dire continue, indépendante des ions calcium, non déclenchée), il n'y a pas d'amorçage.

Fusion des vésicules

Dans la théorie des pores doublés de lipides, les deux membranes se courbent l'une vers l'autre pour former le pore de fusion précoce. Lorsque les deux membranes sont amenées à une distance "critique", les groupes de tête lipidiques d'une membrane s'insèrent dans l'autre, créant la base du pore de fusion.

La fusion transitoire des vésicules est entraînée par les protéines SNARE , entraînant la libération du contenu des vésicules dans l'espace extracellulaire (ou dans le cas des neurones dans la fente synaptique).

La fusion des membranes donneuse et acceptrice accomplit trois tâches :

  • La surface de la membrane plasmique augmente (de la surface de la vésicule fusionnée). Ceci est important pour la régulation de la taille des cellules, par exemple, pendant la croissance cellulaire.
  • Les substances à l'intérieur de la vésicule sont libérées à l'extérieur. Il peut s'agir de déchets ou de toxines , ou de molécules de signalisation comme des hormones ou des neurotransmetteurs au cours de la transmission synaptique .
  • Les protéines incrustées dans la membrane vésiculaire font désormais partie de la membrane plasmique. Le côté de la protéine qui faisait face à l' intérieur de la vésicule fait maintenant face à l' extérieur de la cellule. Ce mécanisme est important pour la régulation de la transmembrane et des transporteurs.

Récupération des vésicules

La récupération des vésicules synaptiques se fait par endocytose . La plupart des vésicules synaptiques sont recyclées sans fusion complète dans la membrane (fusion kiss-and-run ) via le porosome . L'exocytose non constitutive et l' endocytose subséquente sont des processus très consommateurs d'énergie et dépendent donc des mitochondries .

L'examen des cellules après la sécrétion en utilisant la microscopie électronique démontre une présence accrue de vésicules partiellement vides après la sécrétion. Cela suggère que pendant le processus de sécrétion, seule une partie du contenu vésiculaire est capable de sortir de la cellule. Cela ne pourrait être possible que si la vésicule établissait temporairement une continuité avec la membrane plasmique cellulaire au niveau des porosomes , expulsait une partie de son contenu, puis se détachait , se refermait et se retirait dans le cytosol (endocytose). De cette façon, la vésicule de sécrétion pourrait être réutilisée pour des cycles ultérieurs d'exo-endocytose, jusqu'à ce qu'elle soit complètement vide de son contenu.

Voir également

Les références

Liens externes