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Fusion membranaire : protéines SNARE
Vue d'ensemble sur la régulation

Sommaire
définition

Les fusions membranaires dans le trafic vésiculaire, i.e. voie sécrétoire et endocytose, re doivent être à la fois spatialement et temporellement réglementées, afin que le cargo puisse être fidèlement livré au bon organite.

En outre, le tempo de nombreuses fusions impliquant des exocytoses spécifiques de cargos est déclenchée par un signal cellulaire, comme :

Étapes du trafic vésiculaire
Étapes du trafic vésiculaire
(Figure : vetopsy.fr d'après Cai et coll)

Vue d'ensemble

Les complexes SNARE sont sujettes à régulation par plusieurs processus, i.e. la liste est loin d'être exhaustive vu les connaissances actuelles.

1. Un de ces membres peut être inactivé comme la syntaxine 1 (Stx1) :

2. L'inactivation du complexe SNARE peut aussi survenir grâce au domaine longin des R-SNARE comme VAMP7, Sec22 ou Ykt6.

bien

Le domaine Habc et le domaine longin sont étudiés dans un chapitre spécial.

3. La formation du complexe SNARE peut être inhibé par exemple par phosphorylation :

Remarque : d'autres phosphorylations pourraient intervenir sur d'autres membres.

4. La régulation peur s'effectuer par l'interaction de facteurs qui activent les protéines SNARE au bon moment et au bon endroit.

a. Les vésicules se déplacent le long du cytosquelette par les protéines motrices pour leur livraison précise aux membranes adéquates.

Modèle de transport des endosomes
Modèle de transport des endosomes
(Figure : vetopsy.fr d'après Khattern et coll)

b. Les protéines d'arrimage (tethering protein) et les petites GTPases, en particulier les Rab, permettent la reconnaissance des membranes à fusionner.

Complexes d'attache membranaire
Complexes d'attache membranaire
(Figure : vetopsy.fr d'après Spang)

c. Les chaperons comme les protéines SM (Sec1/Munc18) et Munc13 permettent la fusion partielle ou complète du complexe SNARE.

Modèle pour l'assemblage SNARE et fusion des vésicules synaptiques
Modèle pour l'assemblage SNARE et fusion des vésicules synaptiques
(Figure : vetopsy.fr d'après Zhang et Hugson)

d. Dans les événements de fusion déclenchés par Ca++, des capteurs comme les synaptotagmines sont déterminants dans la fusion des vésicules synaptiques.

La complexine a un rôle plus complexe.

Modèle du complexe Syt1-SNARE-Cplx-Syt1
Modèle du complexe Syt1-SNARE-Cplx-Syt1
(Figure : vetopsy.fr d'après Zhou et coll)

Cas des neurones et des cellules neuroendocrines

Les neurones et les cellules neuroendocrines communiquent par exocytose vésiculaire des neurotransmetteurs au niveau des synapses chimiques par des vésicules synaptiques (VS).

1. La réserve (pool) de vésicules dans les cellules sécrétoires à exocytose rapide, i.e. à libération évoquée synchrone, régulée par Ca++, peut être subdivisée en deux types (Synaptic vesicle recycling: steps and principles 2014).

  • Le RRP (Readily Releasable Pool) est le pool de vésicules qui sont arrimées (dockées), i.e. alignées à moins de 5nm de la membrane présynaptique, et primées, i.e. tirées par le complexe SNARE partiellement zippé qui attache la vésicule à la membrane et qui deviennent sensibles au Ca++ et donc, qui sont immédiatement libérées lors d’une stimulation.
  • Le RP (Reserve Pool), plus grand que le RRP, environ trois fois plus de vésicules dans l'hippocampe, représente le pool de vésicules dockées qui doit reformer le RRP quand il a été consommé.
Différents modes de libération présynaptique des neurotransmetteurs
Différents modes de libération présynaptique des neurotransmetteurs
(Figure : vetopsy.fr d'après Guzikowski et Kavalali)

2. Pour ces deux types de vésicules, les protéines SNARE peuvent s'assembler spontanément et provoquer une perte prématurée de vésicules, appelée libération spontanée.

C'est une forme de fusion qui libère un neurotransmetteur de manière quasi aléatoire et qui se produisant parallèlement à la transmission synaptique évoquée dans la plupart des synapses chimiques (The mechanisms and functions of spontaneous neurotransmitter release 2014).

Protéines de la machinerie de fusion des vésicules synaptiques
Protéines de la machinerie de fusion des vésicules synaptiques
(Figure : vetopsy.fr d'après Jahn et Fasshauer)

3. Or, la majorité des vésicules ancrées ne doivent pas fusionner avec la membrane plasmique en l'absence d'un bon stimulus, i.e. un mécanisme moléculaire doit exister qui arrête efficacement les vésicules à l'état ancré permettant un couplage stimulus-sécrétion approprié.

Complexe SNARE/complexine/synaptotagmine
Complexe SNARE/complexine/synaptotagmine
(Figure : vetopsy.fr)

Bien que d'autres mécanismes existent (loupe régulation du complexe SNARE), les complexines (Cplx) et les synaptotagmines (Syt) fournissent un mécanisme spécifique aux neurones pour la régulation de le sécrétion synaptique.

Les mécanismes par lesquels ces protéines régulent l'assemblage et la fusion de SNARE sont encore en cours d'étude, mais plusieurs modèles relient leurs activités biochimiques à des défauts de libération observés chez des mutants perturbant leur fonction.