Système endo-lysosomal : lysosomes
Biogenèse (1) : biosynthèse des protéines lysosomales, trafic et fusion endosome/lysosome
1b : livraison des protéines membranaires lysosomales
1c : fusion endosome/lysosome
- Vue d'ensemble du système endomembranaire
- Endosomes
- Lysosomes
- Vue d'ensemble
- Structure des lysosomes
- Fonctions des lysosomes
- Biogenèse des lysosomes
- Biogenèse par livraison des protéines et fusion
- Biogenèse par reformation (fission)
- Biogenèse par régulation transcriptionnelle (TFEB/TFE3/TFEC)
- LRO (Lysosome-Related Organelles)
- Système endo-lysosomal et phosphoinositides
- MCS (sites de contact membranaire) RE/endosomes/lysosomes
- Trafic des endosomes/lysosomes
- Fusion et fission membranaire
- Transport membranaire
- Moteurs moléculaires
- Voies de signalisation
La biogenèse des lysosomes est l'un des mécanismes les plus importants de l'adaptation lysosomale.
(Figure : vetopsy.fr d'après Yang et Wang)
La biogenèse des lysosomes comprend :
1. la coordination de la biosynthèse des protéines lysosomales et du trafic endosome-lysosome, qui comprend :
- a. la livraison des hydrolases lysosomales
- b. la livraison des protéines membranaires,
- c. la fusion endosome-lysosome ;
2. la reformation des lysosomes qui nécessite une fission lysosomale,
3. la régulation transcriptionnelle des gènes lysosomaux et autophagiques pour augmenter le nombre et la taille des lysosomes.
La dégradation des cargos consomme rapidement le pool de lysosomes dans la cellule.
1b. Livraison des protéines membranaires lysosomales
Les protéines membranaires lysosomales nouvellement synthétisées sont produites par des voies directes et indirectes (Delivery of endocytosed membrane proteins to the lysosome 2009).
Voie directe
(Figure : vetopsy.fr d'après Bochel et coll)
Dans la voie directe, ces protéines sont triées au niveau du réseau trans-Golgi (TGN) et délivrées directement aux endosomes précoces.
Voies indirectes
Endocytose
1. La voie indirecte implique la délivrance de ces protéines à la membrane plasmique avant de subir une endocytose pour atteindre les endosomes précoces.
Pour délivrer des protéines endosomales aux lysosomes, les endosomes précoces subissent une conversion en endosomes tardifs, i.e. passage :
- de Rab5 à Rab7 grâce à Sand1-Ccz1 et à la GAP ARMUS/TBC-2,
- de PI(3)P à PI(3,5)P2 grâce à la phosphatidylinositol phosphates kinases PIPKIII ou PIKfyve/Fab1.
2. Les protéines non destinées aux lysosomes sont recyclées vers la membrane plasmique ou l'appareil de Golgi via des voies dépendantes et indépendantes des rétromères (Endosomal retrieval of cargo: retromer is not alone 2018).
3. Puis, les endosomes précoces subissent une maturation en endosomes tardifs qui fusionnent avec les lysosomes, à l'origine d'endo-lysosomes, organites hybrides qui évoluent en lysosomes.
Phagocytose
(Figure : vetopsy.fr d'après Uribe-Querol et Rosales)
Les phagosomes contenant des cadavres de cellules apoptotiques ou d'autres particules subissent un processus de maturation.
- Les récepteurs phagocytaires sont recyclés.
- Les lipides et protéines phagosomales sont modifiés, de manière à fusionner avec les lysosomes pour la dégradation de leur contenu.
La phagocytose est traitée dans un chapitre spécial.
Autophagie
1. Les autophagosomes subissent de la même manière une maturation pour la fusion avec des endosomes tardifs/lysosomes.
Les phagosomes et les autophagosomes utilisent les mêmes protéines, i.e. Rab7, complexe HOPS, protéines SNARE que pour la x.
L'autophagie est traitée dans un chapitre spécial.
2. Toutefois, des protéines spécifiques à l'autophagosome sont également impliquées :
- LC3/ATG8,
- ATG14/BARKOR du complexe de la phosphatidylinositol 3-kinase, PI3KC3-CI, indispensable pour la localisation et l'assemblage appropriés de la machinerie autophagique spécifique sur le site, car il recrute ATG5 et ATG8 dans les membranes de la structure pré-autophagosomale (PAS ou Pre-Autophagosomal Structure), qui contiennent également ATG1, ATG2 et ATG16 (Membrane-binding domains in autophagy 2019),
-
Protéines SNARE et fusion des autophagosomes
(Figure : vetopsy.fr d'après Zhao et coll) - CDK4/6, les kinases cyclines dépendantes, qui régulent la biogenèse des lysosomes pendant le cycle cellulaire (CDK4/6 regulate lysosome biogenesis through TFEB/TFE3 2019).
3. En outre, la fusion des autophagosomes avec les endosomes/lysosomes est régulée par les nutriments.
(Figure : vetopsy.fr d'après Zhao et coll)
La β-N-acétylglucosamine (O-(GlcNAc) transférase détecte les signalisations des nutriments et assure la O-GlcNAcylation de SNAP-29 qui diminue l'interaction entre SNAP29 et Stx17 et VAMP8, inhibant ainsi l'assemblage du complexe SNARE et la formation d'autolysosomes (O-GlcNAc-modification of SNAP-29 regulates autophagosome maturation 2014).
1c. Fusion lysosomale
1. La fusion des lysosomes avec les différents compartiments nécessite :
- des complexes d'arrimage,
- des protéines SNARE,
- des petites GTPases Rab.
La fusion lysosomale est traitée dans un chapitre spécial.
2. Comme toutes les vésicules d'endocytose au sens large et les endosomes, les lysosomes subissent des fusions/fissions avec d'autres compartiments du système endomembranaire.
RBiogenèse par reformation des lysosomes
Biologie cellulaire et moléculaireMembrane plasmiqueNoyauCytoplasmeMitochondriesSystème endomembranaireRéticulum endoplasmiqueAppareil de GolgiEndosomesLysosomesPeroxysomesProtéasomesCytosqueletteMicrofilaments d'actineFilaments intermédiairesMicrotubulesMatrice extracellulaireReproduction cellulaireBiochimieTransport membranaireMoteurs moléculairesVoies de signalisation