A) Le Réticulum endoplasmique rugueux

1) Définition

On l'appelle aussi réticulum endoplasmique granuleux. Le Réticulum endoplasmique est un système de cavités plus ou moins dilatées et de canalicule qui communique entre eux, portant des ribosomes attachés sur leurs faces externes représentant 20 à 60 % de la surface des membranes (dépend du type cellulaire). Il est plus abondant dans les cellules de sécrétion protéique importantes. Il est en continuité avec l'enveloppe nucléaire et avec le réticulum endoplasmique LISSE (REL).

2) Origine

Les protéines constitutives du RE sont synthétisées sur place. Les lipides constitutives du RE sont synthétisés dans le REL (comme tous les lipides des membranes biologiques).

3) Rôle

Synthèse et translocation des protéines membranaires et des protéines sécrétoires ayant des signaux de tri.

1. Le peptide signal :

Le signal de tri est le peptide signal (PS) qui est localisé à plusieurs endroits possible dans la protéine.

· Séquence N terminal : - Protéines solubles, séquence d'AA (13-36) proche de l'extrémité N terminal. - Une fois la protéine complètement synthétisée ce PS sera excisé par un signal peptidase qui est à l'intérieur du RER · Séquence interne : - Protéines transmembranaires à traversée unique. Cette séquence permet la translocation dans la membrane de la protéine néoformé, elle st hydrophobe et constitue le domaine transmembranaire de la protéine. - Protéine à X domaines transmembranaires.

2. Les protéines de la translocation

a) SRP (signal recognition peptide) Particule de reconnaissance du peptide signal : ribonucléoprotéine => arrimage du ribosome à la face cytosolique du RER grâce au récepteur de SRP qui est ancré dans la membrane du RE. Elle possède une activité GTPasique. b) Translocon La protéine de translocation est un canal aqueux dans lequel la protéine hydrophile va passer. Elle est constitué d'un complexe multi protéique dont la protéine la plus important est Sec61P à 10 domaines transmembranaires qui délimite un pore de 20 A° (Angstrom) de diamètre.

3. Translocation co-traductionnelle d'une protéine soluble

Au fur et à mesure que la protéine va être synthétisé elle va passer dans le canal. 1] L'interaction entre SRP et son récepteur place le ribosome en cours de traduction au niveau de l'extrémité cytoplasmique du canal. Le canal s'ouvre, la protéine native est alors traduite directement à travers le canal, sans jamais être exposée au cytoplasme.

2] La protéine en cours d'élongation forme une boucle à l'intérieur du canal. La PS est reconnu par les protéines du translocon, l'extrémité N terminale de la protéine reste dans le cytosol. 3] La SRP hydrolyse le GTP en GDP et sera recyclée dans le cytosol. D'autres ribosomes les uns après les autres, commencent la traduction du même ARNm et s'attachent de la même manière à la membrane du RE. · Protéines solubles : La traduction continue et « pousse » la protéine dans le canal jusqu'à la fin de la synthèse. Le signal peptide reste inclus dans la bicouche lipidique - détachement des ribosomes et séparation des deux sous unités - signal peptidase - hydrolyse du signal peptide Le signal peptidase est une enzyme localisée dans la lumière du RE qui excise la séquence signal de la protéine

4. Translocation co-traductionnelle d'une protéine transmembranaire

Concerne les protéines intrinsèques (quelque soit leur destination finale : mp, compartiment du système endomembranaire).

Le signal peptidase est une enzyme localisé dans la lumière du RE qui excise la séquence signal de la protéine. Les étapes 1 et 2 du chapitre précédent se déroulent. Le signal d'adressage peut être un peptide signal comme pour les protéines solubles. Le SRP peut reconnaître aussi des séquences hydrophobes situées plus loin de l'extrémité N terminal (= segments déstinés à devenir les domaines transmembranaires de la protéine). Le mouvement de translocation s'arrête quand un de ces segments hydrophobes de 20 acides aminés destinée à traverser la membrane est reconnue par le translocon et déplacé latéralement du canal vers la membrane. Domaine N terminal extracellulaire :

Plusieurs modalités sont possibles pour orienter la protéine dans la membrane. Ce phénomène se produit autant de fois qu'il y a de domaines transmembranaires dans la protéine. Domaine N terminal intracellulaire

5. Modification des protéines dans la lumière du RE

Beaucoup ont lieu alors même que la protéine est en train d'être traduite. a) Ajout de GPI Le GPI est une structure complexe qui est synthétisée avant qu'elle ne soit ajoutée aux protéines. Sa synthèse commence sur le feuillet cytoplasmique de la membrane du RE avec la réunion du phospholipide phosphatidylinositol (PI) de la membrane à la N-acétylglucosamine (NacGlc). Le NacGlc-PI est déacetylé, le phospholipide est transféré sur le feuillet interne (flipping). 3 mannoses sont ajoutées. Une molécule de phospho-éthanolamine est ajoutée à chaque résidu mannose (=> formation du GPI). Sur la protéine, le signal de liaison au GPI est un petit domaine C-terminal hydrophobe de longueur variable. La liaison du GPI est achevée Þ le signal GPI est enlevée de la protéine. Une protéine intégrale de membrane du RE catalyse l'ajout de GPI. Une protéine liée au GPI est ainsi formée et l'enzyme est libérée.. De l'ATP ou du GTP sont nécessaire dans ce processus. La liaison du GPI est achevée Þ le signal GPI est enlevée de la protéine. b) N-Glycosylation

La glycosylation a lieu sur l'azote du résidu asparagine des protéines (d'où N-glycolisation) lorsque l'asparagine est dans une séquence asparagine-X-sérine ou thréonine. > ½ des protéines est glycosylée. les groupements sont d'abord formés dans la partie cytosolique à partir de dolicholphosphate. Après l'ajout d'un phosphate sur le dolicholphosphate de la membrane, sont fixés : N-acétylglucosamine et 5 mannoses. Ce précurseur est alors transféré dans le feuillet interne de la membrane par flipping. Ajout de mannose et de glucose. Le transfert de la structure d'hydrate de carbone est catalysée par une enzyme (OST).

c) Le contrôle de qualité Chaque protéine transférée dans le REL doit être pliée. Plusieurs types de protéines dans le RE aident le pliage des protéines natives. Définitions et généralités Le contrôle de qualité est le processus qui contrôle dans le RE les protéines membranaires et sécrétoires nouvellement synthétisées et les empêchent d'être transférées au Golgi avant qu'elles ne soient correctement pliées et assemblées (des protéines mal pliées peuvent avoir des effets néfastes sur la cellule) Grâce aux molécules chaperonnes le RE reconnaît les protéines mal pliés et leur permet de se replier correctement. Les chaperons moléculaires : - Se lient aux protéines natives et les protège d'un mauvais pliage ou bien d'agrégation. - Réarrangent des ponts disulfure des protéines natives. - Aident à l'assemblage de protéines multimérique. Ensemble, toutes ces protéines forment un système de contrôle de qualité qui assurent le pliage approprié et l'assemblage de protéines dans le RE. Tant qu'une protéine est associé aux chaperons, elle ne peut pas sortir du RE et se déplacer vers le golgi. Les chaperons aident le pliage de protéines nouvellement transférées Des interactions hydrophobes contrôlent le pliage des protéines. Les domaines hydrophobes d'une protéine ont tendance à s'associer entre eux plutôt que d'être exposés à leur environnement aqueux. BiP est le chaperon le mieux caractérisé (membre de famille des HSP70 (Heat Shock Protein)) et la protéine la plus abondante du RE. La présence d'un domaine d'hydrophobe exposé sur une protéine est le témoin que la protéine n'a pas encore fini de se plier. BiP se lie aux protéines natives grâce à ces domaines. Par cycles successifs de liaison et de détachement (contrôlée par l'hydrolyse d'ATP) BiP protège la protéine native de l'agrégation et lui donne des occasions multiples de réaliser sa conformation approprié. Lorsque la protéine s'est plié dans une structure compacte avec ses domaines hydrophobes enterré. BiP se dissocie de la protéine.

La protéine disulfure isomérase (PDI) assure la formation correcte des ponts disulfures La PDI : - catalyse la formation des ponts disulfures entre les acides aminés cystéine de protéines natives - Assure le réarrangement de ponts disulfure qui ont été formés de façon incorrecte.

Les lectines calnexines / calvéticulines Ces lectines sont la calnexine attaché a la membrane et sont homologues soluble : la calvéticuline dans la lumière du RE. Les glycoprotéines s'associent à ces lectines dans la lumière du RE. Leur action dépend de la présence d'ions calcium dans le RE. 1- Modification spécifique des sucres ajoutés à la glycoprotéine lorsqu'elle est transférée dans le RE, 2 glucoses distaux sont enlevés par la glucosidase 1 laissant seulement le glucose proximal. 2- La calnexine se lie à la protéine la mettant en contact avec ERP57 (enzyme) qui catalyse la formation de ponts disulfures et permet à la protéine de se plier ou de se replier. 3- Le dernier glucose est enlevé de la protéine par la glucosidase II 4- La protéine peut être transférée au Golgi. 5- Cependant si la protéine ne s'est pas pliée correctement après un seul cycle de calnexine, un glucose peut être ré-ajouté par une enzyme UGGT. Ceci permet à la protéine mal pliée de lier à nouveau à la calnexine et de répéter le processus. 6- Ce cycle peut se répéter plusieurs fois. L'UGGT joue un rôle critique dans ce cycle parce que c'est elle qui distingue les protéines correctement pliées de celles qui ne le sont pas. 7- Une protéine définitivement mal pliée quittera le RE par translocation rétrograde Þ le protéasome = Dégradation Associé au RE (DARE). Aucun protéasome n'a jamais été trouvé dans le RE.

L'assemblage des protéines en complexes multimétriques est contrôlée dans le RE Les types d'interaction qui contrôlent le pliage des protéines : ceux des processus d'oligomérisation. La machinerie du RE qui aide le pliage des protéines contrôle aussi l'assemblage en complexes multimériques. En absence d'assemblage, beaucoup de protéines sont conservées dans le RE et liées à des chaperons spécifiques. Il existe des formes plus spécifiques de contrôle de qualité. Les protéines peuvent passer d'un système de contrôle à un autre.

B) Le Réticulum Endoplasmique Lisse (REL)

1) Généralités

Rôle majeur du REL : synthèse des phospholipides à partir de précurseurs hydrosolubles. Sert à l'expansion des membranes de la cellule : inclut les réactions qui incorporent les lipides dans la membrane.

2) Rôle

1. Synthèse des phospholipides membranaires

La majeur partie des phospholipides est synthétisée sur la face cytoplasmique de la membrane du RE. Ces molécules sont alors distribuées entre les diverses membranes de la cellule, mp des mitochondries et des organites du système endomembranaire La voie de Kennedy La synthèse de novo de phospholipides à partir de précurseurs solubles à lieu primitivement sur le feuillet cytoplasmique du RE selon un processus appelé « voie Kennedy ». Transfert des lipides aux autres membranes Après leur synthèse dans le REL, les lipides doivent être transportés aux autres membranes de la cellule. La juxtaposition proche des membranes de deux organelles peut permettre aux phospholipides de se transférer facilement. Ce transfert peut être aidé par des protéines d'échanges spécifiques. Sinon, les lipides inclus dans la membrane suivent les protéines avec le flux membranaire. Les lipides sont distribués de façon asymétrique entre les deux feuillets d'une membrane. (cf cours sur membrane)

2. La synthèse du cholesterol

Les 1ère étapes ont lieu dans le cytoplasme et le reste dans la membrane du RE. Le RE contient X éléments pour contrôler la stimulation et l'inhibition de la synthèse du cholestérol. - Protéines SREBP intégrée la membrane du RE avec une boucle dans la lumière du RE connectant 2 domaines transmembranaires. - Protéines SCAP sensible au niveau du cholestérol intracellulaire. En cas de besoin de synthèse du cholestérol, SCAP et SREBP du RE au Golgi Là, des protéases clivent SREBP, libèrent son domaine N-Terminal dans le cytoplasme, migre au noyau, la transcription des gènes codant pour les protéines qui permettent d'augmenter la concentration du cholestérol dans la cellule.

3. Synthèse des lipides destinées à l'exportation

Dans certaines cellules spécialisé, la membrane du REL porte une famille d'enzyme transmembranaire : les cytochromes P450 dont le site actif est situé sur la face cytosolique. Ces enzymes utilisent l'O2 et les électrons fournis par le NADPH pour hydrolyser les molécules. Les cytochromes P450 du REL hydrolysent un précurseur des stéroïdes, la prégnénolone produite par d'autres enzymes dans la mitochondrie à partir du cholestérol Pour donner deux types de molécules : Certaines hormones stéroïdes (oestrogène, progestérone, androgène) qui seront ensuite reprises par des transporteurs protéiques cytosoliques et exportées. Des métabolites intermédiaires qui seront repris par la mitochondrie pour synthétiser d'autres hormones stéroïdes comme le cortisol qui seront-elles aussi reprises par des transporteurs protéiques et exportées

4. Détoxification par hydroxylation et solubilisation de molécules

Dans l'hépatocyte. Concerne des médicaments connus le phénobarbital ou ses métabolites produits dans le cytosol Les médicaments liposolubles sont insérés dans la membrane du RE Les cytochromes P450 hydroxylent ces molécules ce qui les rend hydrophiles. Ils sont alors transférés dans la lumière du REL et sont solubilisés et neutralisés puis exportés à l'extérieur de la cellule. Pour d'autres médicaments, c'est l'hydroxylation par le cytochrome P450 qui les rend actif.