Transport membranaire
Transports avec mouvements membranaires : trafic vésiculaire

Les transports membranaires peuvent s'effectuer :

• sans mouvements membranaires (transports passifs ou actifs s'ils nécessitent une source d'énergie),
• avec des mouvements membranaires qui porte aussi le nom de trafic vésiculaire.

Vue d'ensemble
du trafic vésiculaire

 

Cargos et vésicules

1. Le trafic vésiculaire, comme son nom l'indique, utilise généralement des vésicules de transport qui acheminent une cargaison (ou " cargo ") d'un compartiment membranaire à une autre.

Remarque : dans la voie sécrétoire, les cargos peuvent aussi être transportés par des protrusions ou par des citernes (ou saccules) du réticulum endoplasmique (RE) ou de l'appareil de Golgi selon les modèles ( modèles de la voie sécrétoire).

2. La paroi des vésicules (manteau, coat) peut être formée par diverses molécules ( cf. tableau).

a. Des manteaux de protéines (" coat ") permettent l'invagination de la membrane  :

• clathrine, i.e. transport de la membrane plasmique ou du réseau trans-Golgi (TGN) vers les endosomes tardifs,
• COPI, i.e. transport rétrograde des citernes de l'appareil de Golgi ou du cis-golgi vers le réticulum rugueux,
• COPII, i.e. transport antérograde du réticulum rugueux vers le Golgi.

b. Les cavéoles sont des " radeaux lipidiques " riches en cholestérol, sphingolipides et protéines membranaires, i.e. la composition lipidique de la membrane de la cavéole qui permet son invagination.

c. Les vésicules endosomales ou lysosomales, ainsi que les vésicules intraluminales (ILV) des endosomes ou corps multivésiculaires (MVE/MVB) sont formées d'une double membrane, comme celle de la membrane plasmique, mais avec une composition différente des phosphoinositides.

Étapes du trafic vésiculaire

Le trafic des vésicules se déroule généralement en trois ou quatre étapes consécutives (SNARE proteins: zip codes in vesicle targeting? 2022).

1. Une vésicule est générée à partir d'une membrane précurseur, ce qui implique la sélection de macromolécules spécifiques, i.e. tri (sorting en anglais) et la fission vésiculaire, i.e. détachement de la vésicule.

2. Le ciblage dépend :

• des protéines motrices de la vésicule vers sa destination, i.e. protéines motrices des microtubules, kinésines et dynéine, mais aussi myosines et moteurs des filaments d'actine ( trafic des endosomes/lysosomes)
• la reconnaissance/arrimage (tethering) sur la membrane pointée (Organelle identity and the signposts for membrane traffic 2005).

3-4. L'attache (docking) ou l'arrimage (tethering), puis la fusion de la vésicule avec la membrane cible sont les dernières étapes (The Mechanisms of Vesicle Budding and Fusion 2014 et Coats, Tethers, Rabs, and SNAREs Work Together to Mediate the Intracellular Destination of a Transport Vesicle 2007).

Remarque : Il y a un certain flou dans les termes employés en français et en anglais.

• Le terme tethering que nous avons traduit par arrimage, mais aussi attache peut être défini par certains comme une interaction initiale à distance, alors que d'autres l'utilise comme une attache véritable.
• L'attache (docking) est pour certains une interaction plus étroite, impliquant probablement un appariement trans des protéines SNARE entre les membranes ( complexe trans-SNARE).

Plan de navigation

1. Lorsqu'une vésicule est libérée de son compartiment donneur, elle doit contenir un " plan de navigation " intégré afin d'atteindre la bonne destination intracellulaire, i.e. des codes zip moléculaires, i.e. codes postaux utilisés aux États-Unis par l'United States Postal Service (USPS), sont attachés à leur surface lorsque de leur génération (SNARE proteins: zip codes in vesicle targeting? 2022).

Ces étiquettes ancrées à la membrane orchestrent l'étape suivante, qui comprend le recrutement ordonné de plusieurs protéines effectrices à partir du cytoplasme. C'est la combinaison spécifique de ces effecteurs décorant la vésicule qui à son tour est lue par d'autres molécules, permettant ainsi à la vésicule de passer à l'étape suivante.

2. Ces étapes comprennent :

• l'élimination des protéines d'enveloppe,
• le recrutement de protéines motrices pour le transport dirigé,
• les complexes d'arrimage (thetering),
• la fixation à la membrane cible ou l'activation de la machine de fusion.

Bien que ces étapes soient consécutives, leur ordre peut varier.

Par exemple, les manteaux peuvent se désassembler avant d'arriver à la membrane cible, i.e. manteaux COPII et clathrine, mais dans au moins un autre cas, le manteau COPI n'est désassemblé qu'au contact de la machine de fusion préassemblée (A Link between ER Tethering and COP-I Vesicle Uncoating 2009).

3. Ce système de codes zip est essentiel pour :

• l'homéostasie cellulaire,
• la reproduction cellulaire,
• la différenciation et la migration,
• les perturbations du ciblage des vésicules étant associées à diverses maladies (Traffic Jam: A Compendium of Human Diseases that Affect Intracellular Transport Processes 2000).

Fusion et fission membranaire

1. Les vésicules doivent :

• par un processus dit de fission ou scission, bourgeonner (" bud ") de la membrane d'un compartiment cellulaire dit destinateur ou parental (membrane plasmique, organites), et s'en détacher sous l'action d'une protéine capable de former un anneau qui se resserre progressivement autour de son cou, comme la dynamine par exemple ( dynamine et modèles de fission),

• 

  par un processus dit de fusion, s'incorporer à la membrane d'un autre dit cible ou destinataire (organites, membrane plasmique).

2. La condition préalable à une fusion appropriée est l'attache de deux entités membranaires et les complexes les plus connus sont les suivants.

• L'attache des vésicules aux endosomes précoces est médiée par le complexe CORVET (class C CORe Vacuole/Endosome Tethering).
• La fusion avec les endosomes tardifs ou les lysosomes dépend de la fusion homotypique et du complexe HOPS (Homotypic fusion and vacuole Protein Sorting).

Les homologues des huit sous-unités HOPS et CORVET de la levure sont présents dans les cellules de mammifères avec l'ajout de deux nouveaux homologues : Vps16b/SPE-39 et VPS33B qui forme un complexe séparé appelé CHEVI (Recruitment of VPS33A to HOPS by VPS16 Is Required for Lysosome Fusion with Endosomes and Autophagosomes 2015).

• Le recyclage à travers le réseau trans-Golgi (TGN) est facilité par le complexe GARP (Golgi Associated Retrograde Protein).
• Le recyclage vers la membrane plasmique est facilité par le complexe EARP (Endosome-Associated Recycling Protein).

Cependant, il existe de multiples voies par lesquelles les protéines peuvent être délivrées des endosomes au TGN ou à la membrane plasmique et il est probable qu'on découvre de nombreux autres facteurs d'attache

3. Les protéines SNARE joue un rôle fondamental dans le domaine du trafic membranaire intracellulaire et leur assemblage doit régulé pour permettre à la fusion de se produire au bon endroit et au bon moment. Cette régulation est sous le contrôle :

• des protéines de la famille Sec1/Munc18 (SM), les plus importantes comme Vps33 (complexes CORVET, HOPS et CHEVI) par exemple, considérées (avec les 4 motifs SNARE) comme le cinquième composant de la nanomachine de fusion membranaire.
• des protéines des familles complexine et synaptotagmine, essentielles dans les événements de fusion déclenchés par le calcium.

Classification du trafic vésiculaire

• l'endocytose,
• la voie sécrétoire.