Mécanismes du transport vésiculaire

Le transport vésiculaire est un mécanisme consommateur d’énergie qui mobilise des protéines cytosoliques (notamment des petites GTPases) et le cytosquelette (microtubules et microfilaments). Les vésicules servent de porteurs pour des « cargos » spécifiques ; leur destin est déterminé par le contenu protéique. Les principales étapes sont :

1. Tri et capture de la charge : sélection des molécules destinées au transport.

2. Assemblage et bourgeonnement : formation d’un manteau protéique (clathrine, COP I ou COP II) qui induit la courbure de la membrane.

3. Déshabillage (uncoating) : après détachement, le manteau est éliminé.

4. Transport : la vésicule migre le long des microtubules ou microfilaments.

5. Reconnaissance et fusion : interaction avec le compartiment cible via des protéines d’amarrage (tethering) et des protéines SNARE entraînant la fusion des membranes.

Coated vesicles et petites GTPases

Les vésicules sont entourées d’un manteau protéique. On distingue :

• Vésicules à clathrine : impliquées dans l’endocytose et la sécrétion régulée. La clathrine est une triskélion composée de trois chaînes lourdes et trois chaînes légères ; les triskélions s’assemblent en un réseau polygonal, formant un « puit » bordé puis une vésicule.

• Vésicules COP II : participent au transport antérograde du réticulum endoplasmique (RE) vers l’appareil de Golgi. Elles bourgeonnent à partir de sites de sortie du RE dépourvus de ribosomes.

• Vésicules COP I : assurent le transport rétrograde du Golgi vers le RE et des échanges à l’intérieur du Golgi.

Le recrutement du manteau est contrôlé par des petites GTPases monomériques (Sar1/ARF pour COP II et COP I, dynamine pour la fission, Rab pour le ciblage). Ces GTPases s’activent en liant du GTP, recrutent les protéines du manteau et induisent la courbure membranaire ; l’hydrolyse du GTP entraîne la libération du manteau. Des facteurs d’échange (GEF), des activateurs de GTPase (GAP) et des inhibiteurs de dissociation (GDI) régulent le cycle GTP/GDP. Les familles Ras, Ran, Rab, Sar1/ARF, dynamine et Rho/Rac remplissent des fonctions spécifiques : transferts vésiculaires, endocytose/exocytose, prolifération cellulaire, trafic nucléaire et organisation du cytosquelette.

Formation et fusion des vésicules

Au niveau du compartiment donneur, une petite GTPase active se fixe à la membrane et recrute les protéines du manteau ; les cargos sont triés par des adaptateurs. Après bourgeonnement, l’hydrolyse du GTP libère le manteau. La vésicule dépourvue de manteau est reconnue par des complexes d’amarrage (« tether ») sur le compartiment accepteur et s’attache via l’interaction de la v-SNARE de la vésicule avec la t-SNARE de la membrane cible. L’enchevêtrement des hélices α de SNARE provoque la fusion des membranes et le relargage du contenu dans la lumière du compartiment accepteur.

Transport ER ↔ Golgi

Le transport antérograde entre le RE et l’appareil de Golgi se fait par des vésicules COP II. Ces vésicules reconnaissent des signaux d’export sur les protéines et se forment à partir de sites de sortie spécifiques. Certaines protéines sans signal peuvent néanmoins être incorporées à faible fréquence. Les vésicules COP I, associées à la GTPase ARF1, assurent le transport rétrograde du Golgi vers le RE en rapatriant les protéines résidentes. Les signaux de retour incluent :

• KKXX : motif c‑terminal de deux lysines et de deux acides aminés quelconques pour les protéines membranaires du RE.

• KDEL : séquence lysine–aspartate–glutamate–leucine pour les protéines solubles du RE.

Sécrétion régulée et sécrétion constitutive

Le renouvellement de la membrane plasmique et la libération de substances extracellulaires reposent sur deux modes de sécrétion :

• Sécrétion régulée : toujours réalisée au même pôle cellulaire ; elle utilise des vésicules à clathrine et nécessite un signal déclencheur (ex. hormones). Avant l’exocytose, les grains de sécrétion se maturent (action de convertases, départ des pompes à protons) et peuvent fusionner entre eux.

• Sécrétion constitutive : se produit dans toute la membrane plasmique ; elle utilise des vésicules COP (souvent COP I) et ne dépend pas d’un signal particulier. La fusion membranaire est immédiate et contribue au renouvellement des composants de la membrane plasmique.