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Expressions moléculaires Biologie cellulaire: Endosomes

Endosomes et endocytose

Les endosomes sont des vésicules liées à la membrane, formées par une famille complexe de processus collectivement connus sous le nom d’endocytose, et présentes dans le cytoplasme de pratiquement toutes les cellules animales. Le mécanisme de base de l’endocytose est l’inverse de ce qui se produit lors de l’exocytose ou de la sécrétion cellulaire. Elle implique l’invagination (repliement vers l’intérieur) de la membrane plasmique d’une cellule pour entourer des macromolécules ou d’autres matières diffusant à travers le liquide extracellulaire. Les corps étrangers encerclés sont ensuite introduits dans la cellule, et après un pincement de la membrane (appelé bourgeonnement), sont libérés dans le cytoplasme dans une vésicule en forme de sac. La taille des vésicules varie et celles de plus de 100 nanomètres de diamètre sont généralement appelées vacuoles.

Trois mécanismes primaires d’endocytose exposés par une cellule typique sont illustrés à la figure 1. À l’extrême gauche de la figure, l’endocytose médiée par les récepteurs, qui est la forme la plus spécifiquement ciblée du processus endocytaire, est présentée. Grâce à l’endocytose médiée par les récepteurs, les cellules actives sont capables d’absorber des quantités importantes de molécules particulières (ligands) qui se lient aux sites récepteurs s’étendant de la membrane cytoplasmique dans le liquide extracellulaire entourant la cellule. Ces sites récepteurs sont généralement regroupés le long de fosses revêtues dans la membrane, qui sont tapissées sur leur surface cytoplasmique d’une collection de protéines de pelage ressemblant à des poils. On pense que les protéines du pelage jouent un rôle dans l’élargissement de la fosse et la formation d’une vésicule. Remarque, comme le montre la figure 1, les vésicules produites par endocytose médiée par les récepteurs peuvent internaliser d’autres molécules en plus des ligands, bien que les ligands soient généralement introduits dans la cellule en concentration plus élevée.

Un mécanisme moins spécifique de l’endocytose est la pinocytose, qui est illustrée dans la section centrale de la figure 1. Au moyen de la pinocytose, une cellule est capable d’ingérer des gouttelettes de liquide provenant du liquide extracellulaire. Tous les solutés trouvés dans les gouttelettes à l’extérieur de la cellule peuvent s’enfermer dans les vésicules formées par ce processus, celles présentes en plus grande concentration dans le liquide extracellulaire devenant également les plus concentrées dans les sacs membraneux. Les vésicules pinocytaires ont tendance à être plus petites que les vésicules produites par d’autres processus endocytaires.

Le type final d’endocytose, appelé phagocytose (voir Figure 1), est probablement la manière la plus connue par laquelle une cellule peut importer des matériaux extérieurs. Dans de nombreux laboratoires de sciences scolaires, les enfants observent les amibes au microscope et observent les organismes unicellulaires manger en étirant les pseudopodes et en encerclant toutes les particules alimentaires qu’ils trouvent sur leur chemin. Cette engloutissement et l’emballage ultérieur des particules dans des vésicules, qui sont généralement assez grandes pour être correctement appelées vacuoles, constituent une phagocytose. Bien que généralement associée aux amibes, la phagocytose est pratiquée par de nombreux organismes. Chez la plupart des animaux multicellulaires, les cellules phagocytaires servent principalement de défense corporelle plutôt que de moyen de se nourrir. Par exemple, les leucocytes dans le corps humain phagocytent souvent des protozoaires, des bactéries, des cellules mortes et des matériaux similaires afin d’aider à prévenir les infections ou d’autres problèmes.

Une fois libérées dans le cytoplasme, plusieurs petites vésicules produites par endocytose peuvent se réunir pour former une seule entité. Cet endosome fonctionne généralement de deux manières. Le plus souvent, les endosomes transportent leur contenu en une série d’étapes vers un lysosome, qui digère ensuite les matériaux. Dans d’autres cas, cependant, les endosomes sont utilisés par la cellule pour transporter diverses substances entre différentes parties de la membrane cellulaire externe. Cette dernière fonction est particulièrement importante parmi les cellules épithéliales, telles que celles qui composent la couche externe de la peau, car elles présentent une polarité (un côté de la cellule est différent de l’autre côté). La figure 2 illustre une image numérique en fluorescence d’une seule cellule fibroblastique de rein de singe vert africain (lignée CV-1) transfectée avec une protéine fluorescente fusionnée à une séquence d’acides aminés ciblant les endosomes (vert). Le noyau, la membrane plasmique et les composants de l’endosome sont marqués sur la figure.

Un endosome destiné à transférer son contenu dans un lysosome subit généralement plusieurs changements en cours de route. Dans sa forme initiale, lorsque la structure est souvent appelée endosome précoce, la vésicule spécialisée contient un seul compartiment. Au fil du temps, cependant, des changements chimiques dans la vésicule se produisent et la membrane entourant l’endosome se replie sur elle-même d’une manière similaire à l’invagination de la membrane plasmique. Dans ce cas, cependant, la membrane n’est pas pincée. Par conséquent, une structure à compartiments multiples, appelée endosome multivésiculaire, est formée. L’endosome multivésiculaire est une structure intermédiaire dans laquelle d’autres changements chimiques, y compris une baisse significative du niveau de pH, ont lieu lorsque la vésicule se développe en un endosome tardif.

Bien que les endosomes tardifs soient capables de décomposer de nombreuses protéines et graisses, un lysosome est nécessaire pour digérer complètement tous les matériaux qu’ils contiennent. Fréquemment, le contenu des endosomes tardifs est transmis à un lysosome par fusion (assemblage) de leurs membranes. Dans certaines circonstances, les endosomes tardifs sont capables de mûrir davantage en lysosomes par des modifications chimiques et structurelles supplémentaires, auquel cas la fusion n’est pas nécessaire pour que la digestion soit terminée.

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