Le devenir d'un GS après la libération de son contenu à l'extérieur de la cellule est une question controversée ayant fait l'objet de nombreux travaux.
Figure 11 : Le devenir des GS après la fusion. (A) Fusion complète avec la membrane plasmique. (B-D)
Différents scénarios de refermeture des GS après la fusion. (B) Refermeture des GS sans diffusion des protéines et des lipides de la membrane de ces organites vers la membrane plasmique. (C) Refermeture des GS avec diffusion des lipides de la membrane de ces organites vers la membrane plasmique mais sans perte des protéines membranaires. (D) Refermeture des GS avec diffusion des protéines et des lipides de la membrane de ces organites vers la membrane plasmique. D'après (An and Zenisek, 2004).
Selon la vision classique, les GS fusionnent complètement avec la membrane plasmique (Figure 11A) ce qui implique une augmentation de la surface cellulaire et un passage des constituants membranaires des GS dans la membrane plasmique (Albillos, Dernick et al., 1997 ; Takahashi, Kishimoto et al., 2002 ; Allersma, Wang et al., 2004). Le processus d'endocytose dépendant de la clathrine permet alors à la fois de contrebalancer cette augmentation de surface et de recycler les protéines et les lipides vésiculaires (pour des revues, voir (Slepnev and De Camilli, 2000 ; Mousavi, Malerod et al., 2004)). Ce processus se caractérise par une invagination de la membrane plasmique due à la formation, au niveau de cette membrane, d'un "manteau" composé de protéines adaptatrices AP2 et de triskélions de clathrine (Figure 12). Un tel bourgeonnement semble se produire préférentiellement au niveau de domaines membranaires particuliers dans lesquels sont concentrés certains des éléments
composants initialement la membrane des GS (cholestérol, phosphoinositides…), permettant ainsi un recyclage efficace de ces constituants vésiculaires (Takei and Haucke, 2001). La dynamine, protéine à activité GTPasique, jouerait ensuite un rôle essentiel dans la fission entre la région invaginée et la membrane plasmique grâce à un effet de constriction au niveau du "cou" de cette région invaginée. Cette étape de fission implique également une polymérisation locale d'actine dont le rôle exact reste à définir (Merrifield, Perrais et al., 2005). Après le désassemblage de leur manteau AP2/clathrine via des protéines telles que l'auxiline ou la synaptojanine, les vésicules d'endocytose nouvellement formées sont dirigées vers les endosomes.
Figure 12 : L'endocytose dépendant de la clathrine. (1) Mise en place du manteau de clathrine. (2)
Bourgeonnement de la membrane plasmique. (3) Fission entre la vésicule d'endocytose et la membrane plasmique. (4) Désassemblage du manteau de clathrine. D'après (Takei and Haucke, 2001).
Par opposition à cette vision classique dans laquelle les GS sont des organites à "usage unique", différentes observations suggèrent l'existence d'un mécanisme alternatif dans lequel les GS pourraient se refermer après avoir libéré tout ou partie de leur contenu à travers un pore de fusion (voir Figure 11), permettant ainsi leur éventuelle réutilisation (Henkel and Almers, 1996). Un tel phénomène de refermeture a été mis en évidence dans le cas des VS (pour des revues, voir (Palfrey and Artalejo, 1998 ; An and Zenisek, 2004)). Après leur réacidification et leur remplissage en neurotransmetteurs, ces VS sont alors réutilisées en cas de nouvelle stimulation de la synapse (Sudhof, 2004). Ce processus constituerait une voie de recyclage des VS plus rapide que celle impliquant l'endocytose dépendant de la clathrine. Dans le cas des GS, si plusieurs travaux démontrent que ces organites peuvent se refermer
après leur fusion avec la membrane plasmique (Ales, Tabares et al., 1999 ; Holroyd, Lang et al., 2002 ; Taraska, Perrais et al., 2003), leur éventuelle réutilisation pour une nouvelle libération d'hormones est controversée. Une telle réutilisation suppose notamment que les protéines formant la matrice intragranulaire ou présentes à la membrane des GS ne sont pas perdues (par diffusion dans le milieu extracellulaire ou la membrane plasmique, voir Figure 11) au moment de la fusion "incomplète" de ces organites avec la membrane plasmique. Certaines de ces protéines permettent en effet l'accumulation au sein des GS de nouvelles molécules messagères ou sont nécessaires à une nouvelle fusion. Plusieurs études ont mis en évidence une conservation partielle de l'intégrité des GS en cas de fusion incomplète (Tsuboi and Rutter, 2003 ; Perrais, Kleppe et al., 2004 ; Obermuller, Lindqvist et al., 2005). Toutefois, l'éventuelle réutilisation de ces organites n'a toujours pas été clairement mise en évidence. Le mécanisme moléculaire conduisant à la refermeture des GS reste à l'heure actuelle très mal défini. Il semble que la dynamine, déjà impliquée dans la fission des vésicules à manteau de clathrine, y joue un rôle important (Graham, O'Callaghan et al., 2002 ; Tsuboi, McMahon et al., 2004).
Les deux voies de recyclage présentées ci-dessus semblent coexister à la fois au sein des neurones et des cellules endocrines. L'importance relative de chacune d'entre elles pourrait alors dépendre du mode de stimulation utilisé pour activer la libération d'hormones ou de neurotransmetteurs (Fulop, Radabaugh et al., 2005 ; Harata, Choi et al., 2006).
1.1.8. Conclusion
Il apparaît donc que le processus de sécrétion régulée est un phénomène biologique particulièrement complexe. Les vésicules de sécrétion effectuent en effet un cycle décomposable en plusieurs étapes dont la plupart restent à ce jour seulement partiellement comprises. Le travail présenté dans ce mémoire de thèse se restreint à l'étude du comportement des GS au voisinage de la membrane plasmique. En termes d'étapes du cycle de sécrétion, ceci englobe la fin de la phase de migration de ces organites vers la périphérie cellulaire, leur accrochage à la membrane plasmique ainsi que leur éventuelle fusion avec cette membrane en cas de stimulation de la cellule.