Système endomembranaire
Réticulum endoplasmique (RE)

Il forme un vaste réseau membranaire intracellulaire continu avec l'enveloppe nucléaire, et organisé en domaines structuraux et fonctionnels spécialisés.

Le réticulum endoplasmique (RE) participe également à la voie sécrétoire en exportant des protéines et des lipides vers l'appareil de Golgi à partir de sites spécialisés, les ERES (Endoplasmic Reticulum Exit Sites).

Ce transport s'intègre au système endomembranaire et, plus particulièrement, au système EGT (transport réticulum/Golgi).

Vue d'ensemble du réticulum endoplasmique

Le réticulum endoplasmique (RE) forme un réseau membranaire continu et dynamique qui s'étend dans une grande partie du cytoplasme des cellules eucaryotes.

1. Morphologiquement, le RE est constitué de tubules et de citernes membranaires interconnectés qui délimitent un compartiment interne continu, la lumière du RE, cavité qui occupe, selon l'activité et les fonctions de la cellule, environ 10 à 15 % du volume cellulaire total.

• 

  La membrane du RE sépare la lumière du RE du cytosol (hyaloplasme).
• Le RE est en continuité avec l'enveloppe nucléaire et sa lumière communique directement avec l'espace périnucléaire.
• Le RE représente environ la moitié de la surface totale des membranes d'une cellule eucaryote typique, mais son abondance et son organisation varient fortement selon le type cellulaire.

2. Physiologiquement, le RE assure plusieurs fonctions majeures :

• la synthèse, le repliement, la maturation et le contrôle de qualité de nombreuses protéines destinées à la sécrétion, aux membranes ou au système endomembranaire,
• la synthèse de nombreux lipides membranaires,
• l'homéostasie et la signalisation du Ca²⁺,
• certaines réactions métaboliques et de détoxication,
• les échanges de lipides et d'ions avec d'autres organites au niveau des sites de contact membranaire (MCS).

Structure du réticulum endoplasmique

Le réticulum endoplasmique forme un réseau membranaire continu constitué de citernes aplaties et de tubules interconnectés dont l'organisation varie selon les régions de la cellule et leurs fonctions.

1. Les citernes sont particulièrement développées dans certaines régions du réticulum endoplasmique rugueux, tandis qu'un réseau tubulaire est caractéristique de nombreuses régions du réticulum endoplasmique lisse.

Remarque : les tubules du RE sont des structures membranaires qui délimitent une lumière continue avec celle du reste du réticulum endoplasmique.

• Ils ne doivent pas être confondus avec les microtubules, qui sont des éléments du cytosquelette constitués de tubuline.
• Le réseau du RE peut cependant interagir avec les microtubules, qui participent notamment à son organisation et à sa dynamique dans la cellule.

2. Le réseau du RE est continuellement remodelé par la formation, l'allongement, la fusion et la rétraction de ses tubules et de ses citernes.

Membranes du RE

La membrane du RE est une membrane polarisée qui sépare la lumière du RE du cytosol et constitue un réseau continu au sein duquel différents domaines structuraux et fonctionnels peuvent être distingués.

La présence de ribosomes associés à la face cytosolique de certaines régions du RE au cours de la traduction de l'ARN messager (ARNm) permet classiquement de distinguer :

• le réticulum endoplasmique rugueux (RER), ou granuleux (REG),
• le réticulum endoplasmique lisse (REL), dépourvu de ribosomes associés.

Le RER et le REL ne constituent pas deux organites distincts, mais des domaines interconnectés d'un même réseau membranaire dont l'abondance et l'organisation varient selon le type cellulaire et son activité.

Dans l'hépatocyte, par exemple, le REL peut représenter environ un tiers et le RER environ deux tiers de l'ensemble du réticulum endoplasmique.

Réticulum rugueux (RER)

Le réticulum rugueux (RER) correspond aux régions du RE auxquelles des ribosomes sont temporairement associés sur la face cytosolique de leur membrane au cours de la synthèse des protéines adressées au RE.

Il est donc particulièrement abondant dans les cellules présentant une importante activité de synthèse protéique, notamment :

• 

  la plupart des cellules sécrétrices des . glandes exocrines et endocrines,
• les plasmocytes fabriquant les anticorps ou immunoglobulines,
• les hépatocytes produisant de nombreuses protéines plasmatiques.

Réticulum lisse (REL)

Le réticulum lisse (REL) correspond aux régions du RE dépourvues de ribosomes associés et généralement organisées en un réseau principalement tubulaire.

1. Le REL est particulièrement développé dans certaines cellules où ses enzymes participent :

• au métabolisme des lipides et à la synthèse de nombreux lipides membranaires, notamment des phospholipides et du cholestérol,
• à la synthèse des hormones stéroïdiennes, notamment des hormones sexuelles, en particulier dans les cellules de Leydig des testicules qui produisent la testostérone,
• à l'absorption, à la synthèse et au transport des lipides dans les entérocytes,
• au métabolisme des composants lipidiques des [lipoprotéines],
• à la biotransformation de nombreux xénobiotiques, notamment des médicaments, dans les hépatocytes, participant ainsi à leur détoxication.

2. Les enzymes qui catalysent la synthèse de nombreux lipides sont localisées sur la face cytosolique de la membrane du RE, où se trouvent leurs principaux substrats.

Réticulum sarcoplasmique (RS)

Le réticulum sarcoplasmique (RS) est une forme spécialisée du réticulum endoplasmique des cellules musculaires, particulièrement développée et spécialisée dans le stockage, la libération et la recapture du Ca²⁺ au cours du couplage excitation-contraction et de la relaxation musculaire.

Le sarcolemme est la membrane plasmique des cellules musculaires.

1. Le réticulum sarcoplasmique présente une organisation régionale associant des régions longitudinales et des régions jonctionnelles spécialisées dans les contacts avec le sarcolemme ou, lorsqu'ils sont présents, avec les tubules T.

a. Les régions longitudinales constituent le réticulum sarcoplasmique longitudinal (l-SR), qui forme un réseau de tubules autour de l'appareil contractile.

b. Les régions du RS étroitement associées au sarcolemme ou à ses invaginations constituent le réticulum sarcoplasmique jonctionnel (j-SR), spécialisé notamment dans la libération du Ca²⁺ à la suite de la propagation du potentiel d'action, permettant ainsi de coupler l'excitation de la cellule musculaire à la contraction.

• Dans les cellules musculaires striées, le j-SR correspond à des régions élargies du RS étroitement associées aux tubules T, , qui constituent des citernes jonctionnelles.

Dans les cellules musculaires squelettiques, ces citernes jonctionnelles forment les citernes terminales disposées de part et d'autre d'un tubule T.

• Dans les cellules musculaires lisses, le j-SR correspond à des régions du RS étroitement associées directement au sarcolemme.

c. Les tubules T (TT) sont des invaginations du sarcolemme qui s'enfoncent profondément dans les cellules musculaires striées et conduisent le potentiel d'action au cœur de la cellule.

Ils sont présents dans les fibres squelettiques et les cardiomyocytes, mais absents des cellules musculaires lisses.

2. Selon le type de cellule musculaire, l'association du réticulum sarcoplasmique jonctionnel avec le sarcolemme ou les tubules T présente une organisation différente.

• Dans les cellules musculaires squelettiques, une triade esr formée par l'association d'un tubule T et des deux citernes terminales qui l'entourent ( couplage excitation-contraction des muscles squelettiques).
• Dans les cardiomyocytes, une diade est formée par l'association d'un tubule T et d'une citerne jonctionnelle du j-SR ( couplage excitation-contraction du muscle cardiaque)
• Dans les cellules musculaires lisses, dépourvues de tubules T, le j-SR établit directement des contacts étroits avec le sarcolemme, sans former de triades ni de diades.

3. Le réticulum sarcoplasmique constitue une réserve intracellulaire majeure de Ca²⁺ dans les cellules musculaires.

a. La libération du Ca²⁺ stocké dans le RS augmente sa concentration cytosolique, participe à l'activation de l'appareil contractile et est assurée principalement par :

• les récepteurs de la ryanodine (RyR) dans les cellules musculaires striées,
• les récepteurs de l'IP3 (IP3R) et les récepteurs de la ryanodine (RyR) dans les cellules musculaires lisses.

b. La recapture du Ca²⁺ dans le RS par les pompes SERCA diminue sa concentration cytosolique et contribue à la relaxation musculaire.

ERES (Endoplasmic Reticulum Exit Sites)

Les ERES (Endoplasmic Reticulum Exit Sites) sont des zones spécialisées du réticulum endoplasmique (RE) au niveau desquelles s'assemble la machinerie COPII permettant l'export des cargos hors du RE (COPII (CopII proteins exhibit distinct subdomains within each eR exit site for executing their functions 2019).

1. Les ERES constituent les sites de départ de la voie sécrétoire vers l'appareil de Golgi puis les différentes destinations cellulaires (système EGT ou transport réticulum/Golgi).

Les ERES sont des structures dynamiques dont le nombre, la taille et l'organisation peuvent varier selon le type cellulaire, l'activité sécrétoire et la nature des cargos à exporter.

2. La machinerie COPII s'assemble au niveau des ERES et assure :

• la sélection et la concentration de nombreux cargos,
• la déformation de la membrane nécessaire à la formation des transporteurs quittant le RE.

Lumière du RE

La lumière du réticulum endoplasmique est le compartiment aqueux délimité par la membrane du RE.

Elle forme un espace continu au sein des tubules et des citernes du RE et communique directement avec l'espace périnucléaire compris entre les membranes interne et externe de l'enveloppe nucléaire.

Sa composition diffère de celle du cytosol et crée un environnement particulier nécessaire à plusieurs fonctions du RE.

Caractéristique	Lumière du RE	Cytosol
Ca2+ libre	Concentration élevée	Concentration très faible au repos
Milieu redox	Oxydant	Réducteur
Ponts disulfure	Formation favorisée	Formation défavorisée
Repliement protéique	Chaperonnes et enzymes spécifiques (repliement et maturation)	Machineries cytosoliques (repliement)
N-glycosylation	Présente	Absente
Contrôle de qualité	Protéines de la voie sécrétoire	Protéines cytosoliques

1. La lumière du RE constitue le premier compartiment de la voie sécrétoire dans lequel sont transférées les protéines destinées à être sécrétées ou adressées à certains compartiments du système endomembranaire ( translocation des protéines).

• Elle fournit un environnement favorable au repliement et à la maturation de ces protéines, notamment à la formation de ponts disulfure et à leur N-glycosylation.
• Des mécanismes de contrôle de qualité permettent également de détecter les protéines qui n'ont pas acquis une conformation correcte et d'empêcher leur progression dans la voie sécrétoire.

2. La lumière du RE constitue une importante réserve intracellulaire de Ca²⁺.

• La concentration de Ca²⁺ y est beaucoup plus élevée que dans le cytosol, ce qui permet au RE de stocker cet ion et de le libérer rapidement en réponse à différents signaux cellulaires.
• Le Ca²⁺ luminal participe également au fonctionnement de nombreuses protéines du RE et notamment aux mécanismes de repliement et de maturation des protéines.

Sites de contact membranaire du réticulum endoplasmique (MCS)

Le réticulum endoplasmique établit de nombreux sites de contact membranaire (MCS) avec d'autres organites et avec la membrane plasmique.

Ces contacts rapprochent étroitement les membranes sans les fusionner et permettent notamment des échanges de lipides et de Ca²⁺, ainsi que la coordination de différentes fonctions cellulaires.