Les différentes étapes de l’exocytose 

Avant d’être libérées dans la fente synaptique, les vésicules doivent être chargées en  neurotransmetteurs.  Ce  chargement  est  réalisé  grâce  à  un  transporteur  membranaire  qui  utilise le gradient de concentration de protons entre la vésicule et le cytoplasme. Ce gradient  est généré par un transporteur de protéines qui fonctionne grâce à l’hydrolyse de l’ATP. Avant  de  pouvoir  fusionner  avec  la  membrane,  les  vésicules  subissent  plusieurs  étapes  de  maturation  au  cours  desquelles  elles  acquièrent  les  propriétés  nécessaires  à  la  fusion  membranaire. La libération de neurotransmetteurs, via l’exocytose des vésicules synaptiques  et déclenchée par le calcium, est cruciale pour la communication entre les neurones (Pang 

and Südhof, 2010). L’exocytose peut également être régulée par une augmentation d’AMPc 

(Szaszák et al., 2008) ou grâce à l’activation des protéines kinases (Jewell et al., 2011; Zeniou‐

Meyer et al., 2008). 

Il existe deux types d’exocytose : l’exocytose constitutive et l’exocytose régulée. La  première à lieu dans toutes les cellules et permet une libération de composants de la matrice  extracellulaire  et  de  protéines  nouvellement  synthétisées  qui  seront  incorporées  à  la  membrane lors de l’exocytose. Dans l’exocytose régulée, la fusion n’a pas obligatoirement lieu  après  l’appariement  des  SNARE  mais  elle  est  déclenchée  par  un  signal  extracellulaire  spécifique  (souvent  calcique).  L’augmentation  de  calcium  dans  la  cellule  conduit  au  désassemblage du cytosquelette, formé par le réseau d’actine, ce qui permet le recrutement  des vésicules à la membrane plasmique. Les vésicules arrimées vont s’amorcer pour ensuite  fusionner  et  ainsi  libérer  leur  contenu.  Le  détail  des  différentes  étapes  qui  constituent  l’exocytose sont les suivantes (Figure 38 ; Südhof, 2013) :  

 

 

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Introduction : Trafic vésiculaire neuronal 

‐ Arrimage :  à  la  suite  d’une  stimulation,  le  calcium  intracellulaire  se  lie  à  la  synaptotagmine (présente à la surface des vésicules) ce qui permet à la vésicule de se  positionner près des canaux calciques et ainsi d’engendrer une interaction entre ces  canaux  et  la  vésicule  synaptique  (via  les  protéines  d’accrochage :  RIM,  Munc13  et  Rab3/Rab27)  (Figure  37).  Cette  interaction  permet  de  rapprocher  la  vésicule  de  la  membrane plasmique et ainsi permettre aux protéines v‐SNARE (VAMP2) de former  des  complexes  avec  les  protéines  t‐SNARE  (syntaxine  1  et  SNAP‐25).  Les  domaines  hélicoïdaux des SNARE vont s’enrouler entre eux pour former un faisceau stable de  quatre hélices (une hélice VAMP, une hélice syntaxine et deux hélices SNAP‐25), le  complexe ainsi formé avec les SNARE est appelé complexe trans‐SNARE ;  

‐ Amorçage : la syntaxine va changer de conformation provoquant ainsi la fixation de  Munc18.  Le  complexe  trans­SNARE  étant  pleinement  assemblé,  l’enroulement  des  hélices permet un rapprochement des deux compartiments et déclenche la fusion des  membranes ; 

‐ Fusion :  Le  pore  de  fusion  continue  de  s’agrandir,  libérant  ainsi  le  contenu  de  la  vésicule.  Le  complexe  trans‐SNARE  devient  alors  un  complexe  cis­SNARE.  Les  complexes cis‐SNARE sont ensuite désassemblés par les protéines NSF et son cofacteur  protéique  (SNAP)  qui  se  fixe  au  complexe  SNARE.  Ce  désassemblage  conduit  au  recyclage des vésicules et des complexes SNARE pour une nouvelle fusion. 

Figure  38  :  Mécanisme  d'action  des  SNARE  dans  l’exocytose.  Schéma  représentant  les  protéines 

impliquées  dans  l’exocytose.  Les  protéines  v‐SNARE  (VAMP,  en  rouge)  présentes  au  niveau  des 

vésicules vont interagir avec les protéines t‐SNARE (Syntaxine en orange) présentes à la surface de la 

membrane  plasmique. A) assemblage  partiel : les v‐SNARE et les t‐SNARE vont  se  complexer pour 

former un complexe trans­SNARE, celui‐ci va interagir avec une protéine SM (Munc18, en bleu) et les 

protéines SNAP‐25. B) Les hélices du complexe SNARE vont s’enrouler permettant un rapprochement 

de la vésicule avec la membrane mais cela va également permettre une ouverture du pore de fusion. 

C) Durant la phase de fusion, le complexe trans‐SNARE se relâche et passe dans une configuration cis‐

SNARE, ce dernier va ensuite se désassembler grâce à la protéine NSF (une ATPase et aux protéines  SNAP)  conduisant  ainsi  au  recyclage  de  la  vésicule.  Le  pore  de  fusion  va  continuer  de  s’agrandir,  libérant alors le contenu de la vésicule dans le milieu extracellulaire (adapté de : Südhof, 2013). 

  88  Introduction : Trafic vésiculaire neuronal 

3.2.

 L’endocytose 

L’endocytose est un mécanisme cellulaire utilisé par l’ensemble des cellules eucaryotes  et consiste à internaliser des éléments présents à la surface de la membrane plasmique par  invagination de celle‐ci. Les éléments internalisés peuvent être des molécules extracellulaires,  des  protéines  membranaires  mais  également  des  lipides  contenus  dans  la  membrane  plasmique. L’ensemble de ces éléments endocytés va alors être trié puis pris en charge par un  réseau complexe de vésicules pour être, ensuite, dirigé vers des voies de dégradation via les  lysosomes  ou  vers  des  voies  de  recyclage  pour  libérer,  de  nouveau,  leur  contenu  à  la  membrane. Les voies de recyclage et de dégradation seront explicitées dans la partie « 3.3  Recyclage et dégradation ». L’endocytose est impliquée dans un grand nombre de processus  cellulaires  comme  l’entrée  de  nutriments  dans  la  cellule,  la  régulation  des  récepteurs  membranaires, l’établissement de la polarité de la cellule, le remodelage de la membrane  cellulaire, l’adhésion et la migration cellulaires, la clairance des cellules apoptotiques, l’entrée  de  pathogènes  et  la  présentation  d’antigènes (Marsh  and  McMahon,  1999).  Au  niveau  cérébral,  l’endocytose  est  également  très  importante  de  par  son  rôle  dans  la  neurotransmission à travers le recyclage des vésicules synaptiques (Sudhof, 2004).  

Il existe différents processus d’endocytose qui se distinguent par la taille des vésicules  formées,  la  nature  des  molécules  internalisées  et  la  machinerie  cellulaire  impliquée.  On  distingue  donc,  la  voie  d’internalisation  dépendante  de  la  clathrine  qui  est  la  mieux  caractérisée,  puis  l’endocytose  impliquant  une  évagination  de  la  membrane  plasmique  comme  la  phagocytose  ou  la  macropinocytose  et  enfin,  les  processus  nécessitant  une  invagination de la membrane indépendante de la clathrine comme l’endocytose dépendante  des cavéoles (Figure 39). 

 

 

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Introduction : Trafic vésiculaire neuronal 

 

Figure  39:  Les  différentes  voies  d'endocytose.  Les  grosses  particules  sont  internalisées  par 

phagocytose  alors  que  les  fluides  extracellulaires  sont  capturés  par  macropinocytose.  Ces  deux 

processus semblent être déclenchés par le remodelage de la membrane plasmique via les filaments 

d’actine  et  forment  des  vésicules  beaucoup  plus  grandes  en  comparaison  aux  autres  voies 

d’endocytose. Grâce aux différents modes d’endocytose, dépendants ou non de la clathrine, un large 

panel de molécules peuvent rentrer dans la cellule. La plupart de ces voies conduisent les molécules 

internalisées  vers  des  endosomes  précoces  (en  anglais :  early  endosome),  mais  certaines  peuvent 

passer par un compartiment intermédiaire (comme les cavéosomes), où elles seront triées puis prises 

en charge par d’autres endosomes pour être dégradées ou recyclées (Mayor and Pagano, 2007). 

 

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