Pathologie moléculaire/compartiment endosomal

Anomalies du compartiment vésiculaire de la cellule

Le transport des molécules à travers la membrane plasmique et les échanges moléculaires entre les organelles cellulaires jouent un rôle critique dans la régulation de la vie cellulaire. La compartimentalisation des fonctions cellulaires dans des organelles distinctes est une caractéristique centrale des cellules.

Les cellules échangent du matériel avec le milieu extracellualire par les processus inverses d’endocytose et d’exocytose.

Il existe plusieurs types de vésicules endocellulaires : les vésicules endocytiques, les vésicules revêtues de clathrine, les vésicules de transport (vésicules cargo), les lysosomes secrétoires (mélanosomes, granules cytotoxiques), les vésicules exocytiques (vésicules de sécrétion) et les vésicules synaptiques.

Endocytose et pathologie du compartiment endosomal

Une des routes principales du transport membranaire est la voie endocytique qui permet l’endocytose. Ce phénomène permet à la cellule d’absorber des composés dans le milieu extracellulaire et les utiliser dans le métabolisme cellulaire et dans des voies de biosynthèse permettant le transport des protéines synthétisées dans le réticulum endoplasmique vers les espaces extracellulaires (sécrétion) ou vers d’autres compartiments membranaires endocellulaires.

Le matériel extracellulaire est absorbé par les cellules par un processus appelé ‘endocytose’. Les particules solides et les agents infectieux sont absorbés par un processus appelé ‘phagocytose’. Les macromolécules solubles sont ingérées par un processus appelé ‘pinocytose’.

L’endocytose de matériel extracellulaire forme des vacuoles appelées endosomes ou phagosomes pour la phagocytose, qui peuvent fusionner avec des lysosomes pour former des phagolysosomes, dans lesquels le matériel ingéré est digéré.

Il existe plusieurs formes d’endocytose : - la phagocytose - la pinocytose A-1. Phagocytose

La phagocytose est une forme particulière d’endocytose. La phagocytose et le relargage d’enzymes par les neutrophiles et les macrophages sont responsables de l’élimination des agents infectieux. Ils constituent les deux bénéfices majeurs de l’accumulation de leucocytes dans le foyer inflammatoire.

La phagocytose met en jeu trois étapes distinctes mais liées :

1. la reconnaissance et l’attachement de la particule à ingérer par le leucocyte;
2. l’englobement et la formation d’une vacuole phagocytique
3. la lyse et la dégradation du matériel ingéré.

Bien que les neutrophiles et les macrophages puissant absorber des bactéries et du matériel étranger (par exemple, des billes de latex) sans fixation préalable à des récepteurs spécifiques, la phagocytose des bactéries et des cellules mortes est initiée par la reconnaissance moléculaire de ces cibles à la surface des leucocytes.

Les récepteurs mannose et scavenger sont deux récepteurs leucocytaires importants qui lient les agents infectieux et permettent leur phagocytose. Le récepteur mannose est une lectine macrophagique qui lie les résidus terminaux mannose et fucose des glycoprotéines et des glycolipides.

Ces sucres font partie des molécules présentes à la surface des parois bactériennes, alors que les glycoprotéines et les glycolipides des mammifères contiennent de l’acide sialique terminal ou du N-acétylgalactosamine.

Ainsi, le récepteur du mannose du macrophage reconnait les bactéries et non les cellules de l’hôte. Les récepteurs scavenger étaient définis originellement comme des molécules liant les particules LDL de lipoprotéines de basse densité oxydées ou acétylées qui ne peuvent plus lier les récepteurs de LDL classiques.

En réalité, les récepteurs scavenger des macrophages lient différentes bactéries en plus des particules de LDL modifiés. Les intégrines macrophagiques, comme ITGB2 (Mac-1 ou CD11b/CD18), peuvent également fixer des bactéries pour la phagocytose.

L’efficacité de la phagocytose est fortement augmentée quand les agents infectieux sont osponisés par des protéines spécifiques (les opsonines), pour lesquels les phagocytes expriment des récepteurs de haute affinité. Les opsonines principales sont les anticorps IgG, le facteur du complément C3b, et certaines lectines plasmatiques comme MBL. Toutes ces molécules sont reconnues par des récepteurs spécifiques à la surface des leucocytes.

Englobement

La liaison d’une particule aux récepteurs des leucocytes phagocytiques initie le processus de phagocytose active de la particule. Lors de l’englobement (engulfment), des extensions du cytoplasme appelées pseudopodes s’étendent de part et d’autre de la particule. Lorsque l’englobement est complet, la particule à ingérer se retrouve dans une vacuole phagocytique, le phagosome, limitée par la membrane plasmique cellulaire.

La membrane limitant le phagosome fusionne ensuite avec la membrane d’une vésicule cytoplasmique appelée lysosome, qui vide son contenu enzymatique dans la vacuole phagocytique, maintenant dénommé phagolysosome. Pendant ce processus, le polynucléaire neutrophile et le macrophage perdent progressivement leurs granules (dégranulation).

La phagocytose est un phénomène complexe qui demande l’intégration de nombreux signaux issus des récepteurs de surface qui coordonnent les mouvements membranaires et les modifications du cytosquelette qui les accompagnent.

La phagocytose dépend ainsi de la polymérisation des microfilaments d’actine. Les signaux qui déclenchent la phagocytose sont également impliqués dans le chimiotactisme.

Par contre, les autres modes d’endocytose, la pinocytose et l’endocytose dépendante des récepteurs ne sont pas dépandentes du cytosquelette d’actine et reposent sur l’internalisation de puits revêtus de clathrine.

Lyse et dégradation

La phase ultime de la phagocytose bactérienne est l’élimination des agents infectieux et des cellules nécrotiques est leur lyse et leur dégradation dans les polynucléaires neutrophiles et les macrophages.

La lyse microbienne est accomplie par des mécanismes dépendant de l’oxygène. La phagocytose provoque un bouffée de consommation d’oxygène, une glycogènolyse, une augmentation de l’oxydation d’oxygène par le shunt hexose-monophosphate et la production d’intermédiaires réactifs de l’oxygène (ROS, reactive oxygene species).

Les bactéries phagocytées par les leucocytes sont tuées et dégradées par des dérivés toxiques de l’oxygène produits dans le phagosome par une NADPH oxidase, régulée par de petites protéines liant le GTP (ptites GTPases) en réponse aux stimuli phagocytiques.

Les anomalies des phagolysosomes

Les lysosomes secondaires fusionnent avec les vacuoles phagocytiques contenant le matériel devant être digéré, formant des lysosomes secondaires ou phagolysosomes.

Les enzymes lysosomales sont capables de dégrader la plupart des protéines et des carbohydrates, mais certains lipides restent non digérés. Les lysosomes contenant des débris non digérés peuvent persister dans les cellules comme des corps résiduels ou être expulsés de la cellule. Les granules de lipofuscines sont du matériel non digéré dérivé de la peroxydation des lipides intracellulaires. Certains corps indigestibles, comme les particules de carbone inhalées ou les pigments des tatouages, peuvent persister dans les phagolysosomes des macrophages pendant des décennies.

Les maladies de la phagocytose

1. Maladie granulomateuse chronique
2. Syndrome de Chediak-Higashi
3. Syndrome d’hyperIgE-infections récurrentes (syndrome de Job)
4. Déficit en myéloperoxidase
5. Déficit en récepteur du C3bi

Anomalies de la pinocytose

Les vésicules revêtues de clathrine sont un type de vésicule endocytique. Elles jouent un rôle-clé dans l’absorption de nutriments, la régulation négative des récepteurs de signalisation, l’invasion cellulaire par des agents infectieux et la biogenèse des endosomes et des lysosomes.

Anomalies de l’endocytose et de l’absorption cellulaire

Une cellule absorbe une substance étrangère par un phénomène de transport actif appelé endocytose. Au cours de l’endocytose, la membrane cellulaire émet de petits prolongements, forme une petite poche autour de la substance en dehors de la cellule, et l’intègre pour former une vésicule intracellulaire. Si le contenu doit être détruit, la vésicule se combine avec un lysosome qui relargue ses enzymes.

Les cellules eucaryotes utilisent l’endocytose pour internaliser de la membrane plasmique, des récepteurs de surface et leur ligand, des virus et divers molécules solubles extra-cellulaires.

L’endocytose est ainsi un moyen d’atténuation du signal en éliminant des récepteurs de la surface cellulaire. L’endocytose joue ainsi un rôle central dans le maintien de l’homéostasie cellulaire et du contrôle de la prolifération.

On distingue deux types d’endocytose : l’endocytose dépandente des clathrines et l’endocytose indépandente de celles-ci.

L’endocytose dépandente des clathrines est un mode de transport vésiculaire impliqué dans l’internalisation et le recyclage des récepteurs participant à la transduction du signal, à l’importation de nutriments et à la reformation des vésicules synaptiques.

La plupart des solutés, des lipides de la surface cellulaire et des protéines sont internalisés dans les cellules par le biais de l’endocytose et transportés vers les endosomes précoces, qui assurent le tri des molécules ingérées.

Certains lipides et protéines, en particulier les récepteurs ‘de ménage’ (housekeeping receptors), sont recyclés dans la membrane plasmique, soit directement, soit indirectement par le biais des endosomes de recyclage, soit par le réseau trans-golgien (TGN).

D’autres molécules, comme les récepteurs et leurs ligands doivent être dégradées par les lysosomes. Ils sont rapidement collectés pour former les endosomes tardifs ou endosomes multivésiculaires.

Anomalies du trafic vésiculaire des protéines

Les anomalies du trafic intracellulaire sont à la base d’un grand nombre de maladies humaines. Dans certaines maladies génétiques, les gènes qui contrôlent ou codent la machinerie protéique impliquée dans le transport vésiculaire peuvent être altérés par des mutations. Certaines maladies acquises, comme les infections, auto-immunité, le cancer, peuvent être le cadre d’anomalies du trafic membranaire.

Les anomalies du transport intracellulaire des protéines

• Les anomalies touchant le processus de tri des protéines
  • Mucolipidose de type 2 (Maladie des inclusions cellulaires)
• Anomalies du complexe protéine-revètement
  • Maladie d’Hermansky-Pudlak
  • Maladie de Chédiak-Higashi
• Anomalies des protéines impliquées dans la signalisation du transport membranaire
  • Maladie de Griscelli (RAB27A mutations)
• Anomalies des protéines impliquées dans le mouvement membranaire
  • Maladie de Griscelli (MYO5 mutations)
  • Maladie d’Elejalde (MYO5 mutations)
• Anomalies du processus d’arrimage et de fusion des vésicules de transport
  • mutations des protéines contrôlant l’association membranaire aux Rab GTPases dans la choroidérémie et le retard mental lié à l’X.
• Maladies lipidiques perturbant le transport vésiculaire
  • Syndrome oculocérébrorénal de Lowe (MIM.309000)

Anomalies de la biosynthèse et de la sécrétion des protéines sécrétées

Anomalies du tri protéique

Mucolipidose de type 2

La mucolipidose de type 2 est le prototype de la maladie génétique métabolique touchant le processus de tri protéique. Ce syndrome est caractérisé par une fuite des hydrolases lysosomales, qui conduit à un taux anormalement bas de ces enzymes dans les lysosomes et l’accumulation lysosomale de macromolécules non dégradées. Les dépôts lysosomiaux interfèrent avec la physiologie cellulaire de nombreux organes par des effets toxiques directs ou des effets mécaniques. Les conséquences cliniques principales en sont un tableau clinique proche de la maladie de Hurler avec des anomalies squelettiques multiples (par exemple une luxation congénitale de hanche et un nanisme), une hépatosplénomégalie et un retard du développement psychomoteur. L’anomalie métabolique de la mucolipidose de type 2 est l’absence de modifications du mannose-6-phosphate des glycanes présents sur les hydrolases lysosomales. Cette modification fonctionne comme une marque de reconnaissance par les récepteurs du mannose-6-phosphate qui capture les enzymes lysosomales à partir de l’appareil de Golgi et la surface cellulaire et les dirigent vers les vésicules les transportant vers les endosomes et les lysosomes. Chez les patients atteints de mucolipidose type 2, l’enzyme golgienne N-acétylglucosamine-1-phosphotransférase, une des deux enzymes responsables du marquage mannose-6-phosphate des protéines est manquante. Une autre maladie moins grave, la polydystrophie pseudo-Hurler, est causée par une anomalie moins importante de cette enzyme modificatrice des glycanes.

Pathologie des vésicules synaptiques neuronales

Les vésicules synaptiques stockent des neurotransmetteurs qui sont relargués lors de l’exocytose régulée par le calcium. La spécificité du relargage de neurotransmetteur nécessite la colocalisation de la vésicule synaptique et des canaux calciques dans la zone active présynaptique.