Accueil arrow Organites arrow L'appareil de Golgi
L'appareil de Golgi Version imprimable Suggérer par mail

ORGANISATION MORPHOLOGIQUE

L'appareil de GOLGI est constitué par un réseau complexe de membranes lisses. Sa topographie et sa localisation intracellulaire sont très caractéristiques. Il est classiquement composé par un empilement de citernes aplaties, parallèles, les saccules ayant chacune un diamètre de 1µm environ. De nombreuses vésicules d'un diamètre moyen de 50nm sont associées aux piles de saccules.

A l'inverse du réticulum endoplasmique rugueux il a en général une position juxtanucléaire. Dans les cellules polarisées (cellules glandulaires, neurones) il est situé dans la région apicale du cytoplasme.

On distingue topographiquement (notamment dans les cellules glandulaires):
- la face cis proche du noyau
- la face trans orientée vers la zone d'accumulation des grains de sécrétion
Ce schéma d'organisation présente de nombreuses variations selon:
- la spécialisation fonctionnelle la cellule
- l'activité métabolique
- la position dans le cycle cellulaire.

L'appareil de Golgi est donc une structure essentiellement dynamique. Dans les cellules de mammifères la position du Golgi est corrélée à celle des microtubules puisque leur dépolymérisation par des agents chimiques (colchicine, nocodazole) entraîne une dispersion du Golgi (mini-saccules).

COMPARTIMENTS FONCTIONNELS DE L'APPAREIL DE GOLGI

 

Les compartiments fonctionnels du Golgi ont été mis en évidence dans la cellule glandulaire exocrine du pancréas.
Le protocole expérimental est devenu fondamental pour étudier le transport intracellulaire des protéines.
Il consiste à marquer les protéines (pendant une durée de 1-5min = pulse) à l'aide d'un acide aminé précurseur radioactif administré in vivo (injection intraveineuse) ou in vitro (ajout à des cellules).
Après élimination du précurseur, on étudie au sein de la  cellule, au microscope électronique, la progression des protéines radioactives.

On note:

1- au temps 1min environ,  leur présence dans le réticulum endoplasmique rugueux.

2- au temps 5min, leur apparition dans le Golgi accompagnée d'une disparition du réticulum.

3- au temps 20min, leur localisation dans le trans Golgi.
Cette approche a permis de préciser la présence de trois compartiments fonctionnels dans l'appareil de Golgi: cis médian et trans.

Ensuite se sont ajoutés des compartiments intermédiaires qui assurent la communication avec le compartiment précédent.

 

RÔLE  DE L'APPAREIL DE  GOLGI

Rôle fondamental dans les modifications post-traductionnelles des protéines issues du réticulum.

Deux types de modifications conditionnent l'activité biologique des protéines.

1-Addition covalente de:
    - chaînes glycosylées (glycosylation)
    - d'acides gras
    - de groupements phosphates
    - de groupements sulfates

2- Coupures protéolytiques

1-Glycosylation des protéines
N-Glycosylation des protéines

La N-glycosylation des protéines commence dans le RER .
Elle consiste en un transfert d'un oligosaccharide pré-assemblé sur un résidu asparagine d'un polypeptide en voie d'élongation.
Avant de quitter le RER pour être transportées dans le Golgi, les protéines glycosylées subissent une excision de trois résidus glucose et d'un résidu mannose.

Dans le Golgi les autres modifications enzymatiques des protéines glycosylées se font dans un ordre précis.

1- La mannosidase I élimine 3 résidus Man et la GLcNac-tranférase ajoute 1 résidu GLcNac à un résidu mannose.

2- La mannosidase II élimine 2 résidus Man et la GLcNac-tranférase ajoute 1 autre résidu GLcNac à un résidu mannose.

3- Les galactosyl-transférases ajoutent 2 résidus galactoseà des résidus GlcNac.

4- Les sialyl-transférases ajoutent 2 résidus acide sialique à des résidus Gal.
Le même mécanisme permet de rajouter d'autres branches à des résidus mannoses grâce à différentes GlcNac transférases.

 

 

O-Glycosylation des protéines

Les protéines O-glycosylées résultent d'un ajout d'une chaîne glycosylée sur un résidu sérine ou thréonine.

Contrairement à la N-glycosylation la chaîne oligosaccharidique n'est pas obligatoirement liée par un groupement GlcNac.

Par ailleurs la composition de la chaîne glycosylée est très variable.

 

2-Glycosylation des lipides

Les lipides membranaires synthétisés dans le réticulum peuvent être glycosylés dans la lumière de l'appareil de Golgi.

1-Dans la lumière du réticulum: synthèse de sphyngolipides (sphingosine et céramide).

 Sphingosine: addition de sérine à l'acide palmitique
 Céramide: addition d'un acide gras à la sphingosine

2-Dans la lumière du Golgi: synthèse des glycolipides par ajout de différents sucres au céramide.

Le galactocérébroside consiste en un ajout d'un galactose au céramide.
Les gangliosides et globosides sont des glycolides plus complexes.

3-Sulfatation des protéines

Les protéines sécrétées sont fréquemment sulfatées.

Le groupement SO4-- est ajouté soit à des résidus tyrosines soit à des chaînes glycosylées issues de la N-glycosylation .
Les glucides incorporés dans les protéoglycanes (formés dans le Golgi) sont également sulfatés.

4-Coupures protéolytiques

De très nombreuses hormones polypeptidiques et la quasi totalité des neuropeptides sont synthétisés sous forme de longues chaînes peptidiques dépourvues d'activité biologique.

De nombreuses modifications post-traductionnelles telles que: clivages protéolytiques, phosphorylations, amidations et acétylations conduisent à la formation de molécules biologiquement actives.

Les coupures protéolytiques sont initiées dans le trans Golgi et se poursuivent dans les grains de sécrétion du compartiment post-golgien. C'est aussi dans ces grains qu'ont lieu les dernières modifications, telles que l'amidation terminale.

LE COMPARTIMENT POST-GOLGIEN

Il présente une grande diversité d'organisation selon la spécialisation fonctionnelle des cellules.
Il est souvent le territoire d'expression de la différenciation cellulaire, c'est le cas des cellules glandulaires, des neurones et des cellules polarisées.
C'est le lieu de rencontre des voies d'exocytose (biosynthèse) et d'endocytose (importation de composants du milieu extracellulaire et internalisations de microdomaines de la membrane plasmique).
Deux types d'organites y sont présents:
- les grains de sécrétion et les vésicules synaptiques pour la voie d'exocytose.
- les endosomes et les lysosomes pour la voie de l'endocytose.

Grains de sécrétion

Ils caractérisent les cellules glandulaires exocrines et endocrines et ils sont définis morphologiquement par l'existence d'une matrice dense aux électrons entourée d'une membrane.


Contenu des grains de sécrétion:

- protéine spécifique de la cellule (insuline, hormone de croissance ...)

- autres produits de sécrétion (co-expressions d'autres hormones peptidiques ou autres neuropeptides).

 

 

 

 

Vésicules synaptiques

Localisées dans les terminaisons axonales, elles sont le site de stockage des neurotransmetteurs qui sont synthétisés dans le cytosol.

La membrane des vésicules synaptiques contient de nombreuses protéines spécifiques, contrairement à celle des grains de sécrétion.

On distingue:
    - les protéines membranaires intégrales: synaptophysine, synaptobrévine (=VAMP), synaptotagmine.
    - les protéines associées à la face cytoplasmique de la membrane de la vésicule: les synapsines, Rab3 et les CSP (cystein string protein).

 

MÉCANISMES DE COMMUNICATION ENTRE LE RÉTICULUM
ET LES DIFFÉRENTS COMPARTIMENTS GOLGIENS

Le transport des macromolécules entre deux compartiments repose sur un flux bidirectionnel de vésicules tant pour la voie de l'exocytose (biosynthèse-sécrétion) que celle de l'endocytose.
La communication vésiculaire entre deux compartiments nécessite trois étapes successives:
1-la formation d'un bourgeon à la membrane d'un compartiment donneur
2-la formation d'une vésicule par pincement du bourgeon. Cette étape permet d'isoler une fraction du compartiment donneur ainsi que les composants membranaires.
3-l'accostage (arrimage) de la vésicule au compartiment accepteur avec lequel elle fusionne. La vésicule déverse alors son contenu dans le compartiment accepteur et sa membrane sera intégrée à ce dernier.

Mécanismes de formation des bourgeons et des vésicules

Le bourgeonnement résulte d'une interaction entre les protéines membranaires ou luminales du compartiment donneur et des protéines cytosoliques recrutées pour former un manteau. L'assemblage contigu de plusieurs complexes du manteau à la membrane du compartiment donneur conduit localement à la déformation mécanique de la membrane. Physiquement ceci se traduit d'abord par un bourgeonnement du côté du manteau et ensuite par la formation d'une vésicule.
Il existe deux familles de protéines de manteau: COPI (coat proteins) et COPII.

Mécanismes moléculaires de la formation des protéines de manteau:

- COP I

1- recrutement d'une GTPase (petite protéine G) Arf qui s'associerait à la membrane après échange de son GDP par du GTP, échange catalysé par la protéine membranaire GEF (guanine nucleotide exchange factor).

2- association d'un ensemble de 7 protéines cytosoliques pour former le "coatomère".
Les complexes COPI sont associés aux vésicules assurant le transport rétrograde des protéines entre les compartiments golgiens et du Golgi vers le réticulum.

- COPII

1- recrutement d'une GTPase Sar1 qui échange son GDP par du GTP.
2- association d'un complexe protéique Sec 23/24p-Sec 13/31p.
Les complexes COPII sont impliqués dans le transport antérograde des protéines du réticulum vers le compartiment intermédiaire du Golgi.

Accostage et fusion des vésicules au compartiment accepteur

Lorsque la vésicule est formée elle se sépare de son manteau après hydrolyse du GTP par la GTPase GAP (GTPase activating protein). Elle sera ensuite dirigée vers le compartiment accepteur grâce aux protéines Rab (protéines d'adressage) restées à sa surface.

L'accostage au compartiment receveur est facilité par l'interaction des protéines SNAREs (Soluble-NSF-Acceptors-Receptors) qui sont associées à la vésicule (v-SNARE) et à la membrane du compartiment accepteur (t-SNARE) (t-ou target). Les v et t-SNARES étant complémentaires. Dans le cas de la vésicule synaptique la v-SNARE est la synaptobrévine ou VAMP2 et la t-SNARE est la syntaxine.

La séquence accostage-fusion nécéssiterait:
1- la liaison
de SNAP (Soluble NSF Attachment Protein) au complexe v-SNARE/t-SNARE
2- le recrutement de l'ATPase NSF
(N-ethylmaléimide sensitive factor) par le complexe
3- l'hydrolyse de l'ATP qui permettrait la dissociation du complexe

Après fusion, les constituants de la vésicule (protéines solubles et membranaires, lipides, ions) sont alors intégrés au pool du compartiment receveur.

Transport tri et ciblage (adressage) des protéines du réticulum vers la membrane plasmique

Transport antérograde du réticulum vers le trans-Golgi

Lors de la première étape du transport des protéines, du réticulum vers le Golgi intermédiaire, COPII a un rôle crucial dans le tri des protéines qui seront incluses dans les vésicules.

Pour les protéines transmembranaires (protéines cargo):
Des séquences cytosoliques de protéines transmembranaires se lient à COPII ce qui permet l'adressage des protéines vers le Golgi intermédiaire. Une séquence en C terminale, appelée di-acidique (DXE), a été décrite comme étant le signal d'export. Cependant de nombreuses protéines sont exportées bien qu'elles ne possèdent pas ce signal. D'autres séquences di-aromatiques (FF, YY ou FY) cytosoliques ont aussi été décrites et pourraient représenter des signaux de sortie du réticulum.

Pour les protéines solubles (protéines cargo):
Elles n'ont pas de contact direct avec COPII. Pour expliquer leur transport deux modèles non exclusifs sont proposés. Le premier modèle suggère qu'il y a un flux constant de protéines à partir du réticulum. Le second modèle propose une liaison des protéines solubles à des protéines transmembranaires réceptrices telles que
ERGIC53 ou VIP36, qui seraient en contact avec COPII.

Transport rétrograde du trans-Golgi vers le réticulum

Il implique que les protéines suivent un mouvement inverse du transport antérograde. Des signaux de recapture vers les differents compartiments golgiens et le réticulum ont été décrits.
Les protéines solubles auraient comme récepteurs (transporteurs) des protéines membranaires ERGIC 53 ou P24. Celles-ci possèdent 
un motif C-terminal de type KKXX ou KXKXX exposé dans le cytosol et reconnu par le coatomère COPI.

Transport antérograde dans le compartiment post-golgien

Certaines protéines membranaires et solubles issues de la face trans du Golgi vont être dirigées vers:
-les grains de sécrétion et les vésicules synaptiques (voie régulée de l'exocytose)
-les vésicules (voie constitutive de l'exocytose)
-les lysosomes (hydrolases acides)

L'exocytose de la voie régulée est déclenchée par des signaux extracellulaires reconnus par des récepteurs de la membrane plasmique. La  voie de signalisation qui est activée permet l'exocytose des hormones, neuropeptides etc...
L'exocytose de la voie constitutive est spontanée et les protéines sont transportées à la membrane par des vésicules de petite taille. La vitesse de transport est en principe proportionnelle à la vitesse de synthèse de la protéine. A noter que les lipides membranaires seront aussi intégrés dans la membrane plasmique. L'ensemble de ces protéines et lipides fait que la membrane plasmique est très hétérogène avec des micro-compartiments. C'est le résultat d'interactions:
- lipides-lipides
- protéines-protéines
- lipides et protéines avec le cytosquelette (actine)

Dernière mise à jour : ( 29-11-2011 )
 
< Précédent   Suivant >