Pathologie moléculaire/sécrétion

La plupart des protéines membranaires et sécrétoires, ainsi que beaucoup de lipides, sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique. Son environnement endoluminal est spécialement adapté pour faciliter le repliement adéquat des protéines synthétisées et les étapes initiales de la glycosylation des protéines. Ces protéines sont transportées du réticulum endoplasmique vers l’appareil de Golgi, où elles subissent des modifications post-traductionnelles.

Le transport vésiculaire des protéines est assuré par la formation de vésicules recouvertes à partir d’un compartiment donneur, suivie par leur découverture, leur amarrage (docking) et leur fusion avec un compartiment membranaire cible.

Les protéines sont triées selon leur destination : la membrane plasmique (par exemple les canaux ioniques, les molécules d’adhésion, les récepteurs membranaires), les organelles de la voie endocytique (comme les hydrolases lysosomales) ou les vésicules et granules sécrétoires (par exemple, les hormones, les enzymes et les neurotransmetteurs). L’amarrage des vésicules est régulé en partie par les interactions spécifiques de la protéine membranaire associée aux vésicules (VAMP vesicle-associated membrane protein), ou synaptobrévine (MIM.185880), avec les protéines présynaptiques syntaxines et SNAP25 (MIM.600322).

La secrétion régulée des hormones survient lorsque la cellules reçoit un stimulus externe. Ce stimulus et la transduction du signal qui en découle déclenche une fusion des granules sécrétoires avec la membrane plasmique et le relargage de leur contenu dans le milieu extra-cellulaire.

La formation de la granule sécrétoire mature repose sur une série d’évènements comme le tri protéique, la formation de granules sécrétoires immatures, la maturation des prohormones et la fusion des vésicules.

Les protéines sécrétoires régulées (PSRs) sont les protéines stockées et secrétées à partir des granules de sécrétion matures. Elles contiennent des signaux et des domaines pour les diriger dans la voie sécrétoire régulée. Ces domaines spécifiques des PSRs sont impliqués dans leur tri. L’agrégation suggère que la composition cellule-spécifique des PSRs dans le réseau trans-golgien (TGN) a un rôle important pour déterminer comment des PSRs deviennent des granules sécrétoires immatures. Des ponts de lipides (lipid rafts) participent également au tri des PSRs dans le réseau trans-golgi.

SNAREs

Les SNAREs jouent un rôle dans la formation des granules sécrétoires matures (GSMs).

Neurones et synapses

Dans les neurones, les vésicules synaptiques stockent des neurotransmetteurs qui sont relargués pendant l’exocytose dépendante du calcium. La spécificité du relargage des neurotransmetteurs nécessite la colocalisation des vésicules synaptiques et des canaux calcium dans la zone active pré-synaptique.

Les SNAREs sont des protéines membranaires spécifiques impliquées dans la fusion des membranes et le transport des protéines intracellulaires. La reconnaissance des vésicules et des cibles membranaires est médiée par les SNAREs vésicules (v-SNAREs) et les SNAREs cibles (c-SNAREs).

Un point critique du trafic membranaire intracellulaire concerne la façon dont les vésicules de transport localisent et fusionnent avec l’organelle cible. Les protéines SNAREs jouent un rôle clé dans cette fusion. La reconnaissance mutuelle des v-SNAREs et des c-SNAREs permet la spécificité de cette reconnaissance.

La régulation des SNAREs est assurée par plusieurs protéines comme la synaptotagmine, la synaptophysine, les synaptobrevines1 et 2 (pour les SNAREs vésicule), et la syntaxine 1A et la protéine SNAP25 (SNAP-25 A/B) pour les SNAREs cible. Pour fusionner les vésicules de transport avec les membranes cibles, les protéines du complexe SNAREs doivent se trouver sur la vésicule pour les v-SNAREs et sur la membrane cible pour le c-SNAREs.

Les synaptobrévines (ou VAMPs), les syntaxines (MIM.186590), et la protéine synaptosomale de 25-kD SNAP25 (MIM.600322) sont les principaux composants du complexe protéique impliqué dans l’amarrage et la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane présynaptique. Ce complexe est appelé complexe SNARE ou récepteur SNAP. La spécificité du transport vésiculaire est déterminée par l’appariement correct des v-SNAREs et des c-SNAREs.

Le complexe SNARE recrute ensuite les protéines SNAPs et le facteur sensitif N-ethylmaleimide-sensitive factor (NSF) (MIM.601633) pour former un complexe de fusion 20S fusion.

Les anomalies des SNAREs

Certaines toxines peuvent bloquer le complexe SNARE. Ainsi la toxine botulique du Clostridium botulinum peut bloquer la neurotransmission en se fixant à la protéine SNAP-25 et inhiber le complexe SNARE.

Le syndrome ARC est l’association d’une arthrogrypose, d’une acidose tubulaire rénale et d’une cholestase. Il est causé par des mutations du gène VPS33B (MIM.608552), qui intervient chez la levure dans la régulation du trafic protéique entre l’appareil de Golgi et les lysosomes.

Le syndrome CEDNIK est un syndrome neurocutané caractérisé par une dysgénèse cérébrale, une neuropathie, une ichtyose et une kératodermie. Il est causé par des mutations de la protéine SNAP29.

Les vésicules de sécrétion et exocytose

L’amarrage des vésicules de sécrétion à la membrane plasmique est régulée en partie par des interactions entre la protéine membranaire associée aux vésicules, VAMP (pour vesicle-associated membrane protein) ou synaptobrévine (MIM.185880), avec les protéines de la membrane plasmique présynaptique les syntaxines et la protéine SNAP25 (MIM.600322).

Les protéines associées aux vésicules sont les protéines transporteuses vésiculaires (VGLUTs, VGAT, VAChT), les protéines des complexes protéiques SNAREs et les protéines associées aux SNAREs (les VAMPs, les syntaxins, les SNAPs, la NSF, la complexin, Munc-18, VPS-45) et les autres protéines associées aux vésicules (synaptophysines, synaptogyrine, synapsine, synaptotagmines, les petites GTPases Rabs, la dynamin et la clathrine).