7 Réticulum endoplasmique
I Morphologie et organisation subcellulaire
Le réticulum endoplasmique (RE) est l’organite le plus volumineux d’une cellule. Il est constitué de travées membranaires aplaties dont le contenu est appelé lumière du RE. Les travées voisines communiquent par des ponts membranaires qui relient aussi le RE à l’enveloppe nucléaire. Cette organisation est caractéristique du RE rugueux (RER) dont la face cytoplasmique est couverte de ribosomes. Le RER communique aussi avec un réseau de tubules membranaires peu structuré et dépourvu de ribosomes (fig. 7.1), le RE lisse (REL). Toutes les cellules possèdent un RER et un REL mais leur importance respective diffère d’un type cellulaire à l’autre.
II Fonction de biosynthèse des protéines
A Recrutement des ribosomes, séquence signal et signal-recognition particle (SRP)
1 Début de la traduction et séquence signal
Un ARNm devant être traduit au niveau du RE s’assemble avec les sous-unités ribosomiques et la traduction débute dans le cytosol avant l’adressage au RE. Celui-ci requiert une séquence signal généralement N-terminale dans la protéine en cours de synthèse. Les séquences signal diffèrent entre protéines mais possèdent toutes une vingtaine d’acides aminés hydrophobes. Elles sont reconnues et prises en charge par un récepteur spécifique, la particule de reconnaissance du signal ou SRP (signal-recognition particle).
2 Signal-recognition particle
La SRP est une ribonucléoprotéine composée d’un ARN et de six protéines. Une de ces protéines interagit avec la séquence signal par une poche riche en Met dont les chaînes latérales hydrophobes sont assez souples pour s’adapter à diverses séquences signal. Lorsque la SRP liée au GTP reconnaît une séquence signal, elle arrête transitoirement la traduction, ce qui est indispensable pour faciliter le passage de la future protéine sous forme linéaire à travers la membrane du RER.
3 Ancrage des ribosomes à la membrane du réticulum endoplasmique et reprise de la traduction
Les complexes ribosomes–SRP sont ensuite reconnus et ancrés au RER par un récepteur membranaire (docking protein) qui lie aussi le GTP. Le ribosome s’associe alors à un canal protéique membranaire, le translocon. Parallèlement, l’interaction entre la SRP et son récepteur stimule l’activité GTPase des deux protéines, libérant la SRP dans le cytosol où elle pourra prendre en charge un nouveau ribosome. La traduction de la protéine reprend alors à travers le translocon, vers la lumière du RE.
Remarque
À ce stade et pendant toute la suite de la traduction, la séquence signal reste en interaction avec l’intérieur du canal de translocation et présente son extrémité N-terminale vers le cytosol. La protéine néosynthétisée adopte donc une conformation en boucle de taille croissante à l’intérieur de la lumière du RE au cours de l’élongation (voir fig. 7.2).
B Translocation et clivage de la séquence signal
La destinée finale d’une protéine synthétisée au niveau du RER dépend de sa séquence.
1 Protéines solubles, protéines sécrétées
Sans signal de rétention spécifique, la protéine subit une translocation complète et son extrémité C-terminale passe dans la lumière du RE. La séquence signal est alors clivée par un signal peptidase luminale qui libère la protéine dans la lumière. La séquence signal est alors libérée dans la membrane par ouverture latérale du translocon (fig. 7.2). Une protéine luminale libre pourra être acheminée à la membrane plasmique par un trafic vésiculaire puis sécrétée dans le milieu extracellulaire.
2 Protéines transmembranaires
Certaines protéines s’insèrent dans la membrane par un ou plusieurs domaines transmembranaires hydrophobes en interaction avec les phospholipides membranaires. On distingue deux situations (voir fig. 7.2) :
• les protéines de type I présentent leur extrémité N-terminale dans la lumière du RE et leur extrémité C-terminale du côté cytosolique ;
• les protéines de type II sont orientées dans l’autre sens.
La translocation des protéines de type I est identique à celle des protéines sécrétées sauf que l’apparition d’une séquence hydrophobe (un domaine transmembranaire) interrompt la translocation sans bloquer l’élongation qui se poursuit alors dans le cytosol. Une fois la traduction achevée, la séquence signal est clivée. L’ouverture latérale du canal de translocation libère à la fois la protéine transmembranaire et la séquence signal clivée.
La translocation des protéines de type II est différente car, le plus souvent, la séquence signal et le domaine transmembranaire ne font qu’un. Ce domaine, qui est généralement flanqué d’acides aminés chargés, n’est ni reconnu ni clivé par le signal peptidase. L’insertion dans le translocon d’une séquence signal interne à la protéine place son extrémité N-terminale dans le cytosol. La poursuite de l’élongation libérera l’extrémité C-terminale dans la lumière du RE.
C Modifications cotraductionnelles et post-traductionnelles des protéines
1 N-glycosylation
Au cours de l’élongation dans la lumière du RE, la cellule peut greffer de façon covalente une structure oligosaccharidique sur la chaîne peptidique pour former une N-glycosyl protéine (ou N-glycoprotéine). Ce greffage s’effectue sur la chaîne latérale de résidus Asn appartenant à une séquence consensus Asn-X-Ser ou Asn-X-Thr. Le transfert de l’oligosaccharide lié au dolichol pyrophosphate, un lipide phosphorylé particulier ancré dans le feuillet interne de la membrane, est catalysé par l’oligosaccharide transférase. L’oligosaccharide est lié à l’Asn par un résidu N-acétyl glucosamine (GlcNAc). La structure de l’oligosaccharide peut s’écrire (GlcNAc)2-(Man)9-(Glc)3, car il contient aussi neuf résidus mannose (Man) et trois résidus glucose (Glc) exposés à sa périphérie. Ces 3 Glc sont particulièrement importants pour permettre à la cellule de contrôler la qualité des glycoprotéines qu’elle fabrique (fig. 7.3).
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