ARCHITECTURE MOLÉCULAIRE DE LA MEMBRANE DU RETICULUM ENDOPLASMIQUE

GÉNÉRALITÉS

Le réticulum endoplasmique représente 50 % des membranes cellulaires totales et sa surface totale est de 10 à 30 fois celle de la membrane plasmique.
Les membranes du réticulum endoplasmique sont plus minces (50 à 60 Å) que celles de la membrane plasmique (80 Å).

La membrane du réticulum est en continuité avec la membrane nucléaire externe.  La lumière du réticulum endoplasmique et l'intérieur du noyau sont donc séparés par une seule membrane: la membrane nucléaire interne. En revanche, les lumières  du réticulum endoplasmique et de l'appareil de Golgi sont séparées par deux membranes.

COMPOSITION CHIMIQUE

Si on la compare à celle de la membrane plasmique:

 - les lipides sont en moins grande quantité (30% au lieu de 40%) mais ce sont les mêmes catégories de lipides amphiphiles.
      La répartition des différents phospholipides est différente et les chaines des acides gras de ces phospholipides sont moins longues et moins saturées.
      La  membrane du réticulum est  plus riche en phosphatidylcholine.
      
  - les protéines sont en quantités similaires (70%) des constituants membranaires.
       Les protéines sont soit périphériques, soit integrales.
       De nombreuses enzymes sont associées à cette membrane et elles ont un rôle dans de nombreux processus de synthèse des phospholipides, des stéroïdes, des glycolipides et des glycoprotéines. Elles jouent un rôle dans le métabolisme des acides gras.

ORGANISATION MORPHOLOGIQUE

Lors de l'éclatement d'une cellule, le réticulum endoplasmique est fragmenté en de nombreuses petites vésicules fermées appelées microsomes. On distingue  deux types de microsomes:

   - les microsomes rugueux, couverts de ribosomes sur la face cytoplasmique de la membrane.
   - les microsomes lisses, dépourvus de ces particules.

Au vu de ces observations on distingue deux régions ou compartiments: le réticulum endoplasmique rugueux et le réticulum endoplasmique lisse.

CARACTÉRISTIQUES FONCTIONNELLES

Le réticulum endoplasmique lisse

Le réticulum endoplasmique rugueux (RER)

La présence de ribosomes liés à la surface du RER indique son rôle majeur dans la synthèse des protéines (membranaires et exportées) par opposition aux ribosomes libres dans le cytosol qui assurent la synthèse des protéines cytosoliques.
D'autres fonctions très importantes du RER permettent d'assurer:
    - le maintien de la structure des cellules.
    - la qualité des protéines membranaires et des protéines sécrétées. 

- Synthèse des lipides membranaires

La membrane du RER est le lieu de synthèse de presque tous les lipides des membranes intracellulaires.
Les phospholipides sont synthétisés en plusieurs étapes et chacune d'entre elles est catalysée par des enzymes situées sur la face cytoplasmique du RER.
Le cholestérol est synthétisé à partir d'éther de cholestérol.
Le céramide est produit par condensation de la sérine avec deux molécules d'acides gras. Il donnera ensuite naissance aux sphingolipides et aux glycolipides qui seront destinés à la membrane plasmique.

    -Synthèse et devenir des protéines à partir des ribosomes liés au RER

La traduction des ARN messsagers débute sur des ribosomes libres dans le cytosol. Cependant, les protéines dont la synthèse débute par une séquence d'acides aminés hydrophobes, à l'extrémité NH2, seront dirigées vers la membrane du RER. Elles auront alors deux devenir possibles:

                         - elles peuvent être transloquées dans la lumière du RER, c'est le cas des protéines solubles destinées à la voie d'exportation.
                         - elles peuvent être intégrées dans la membrane, c'est le cas des protéines intégrales dont certaines vont accompagner les produits de sécrétion pendant leur transport intracellulaire.

-Translocation dans la lumière du RER des protéines solubles.

Chez la plupart des Mammifères la translocation des protéines néosynthétisées est un phénomène co-traductionnel. Il a donc lieu pendant la traduction des ARN messagers et on distingue deux phases dans ce processus:
       
- une phase de ciblage
- une phase de transport

- Ciblage
Il commence dans le cytosol par la liaison de la séquence hydrophobe (séquence signal = SS) à une particule ribonucléoprotéique (signal recognition particle= SRP). Cette liaison stoppe la traduction et l'ensemble ribosome-chaîne naissante-SRP est reconnu par une protéine réceptrice (SR) du RER. Ce complexe interagit avec le GTP,  qui en s'hydrolysant en GDP va modifier l'interaction entre les trois partenaires:
Le SRP est libéré dans le cytosol
Le complexe ribosome-chaîne polypeptidique naissante reste lié à la membrane du RER par une interaction de la grosse sous-unité des ribosomes avec deux glycoprotéines spécifiques de la membrane: les ribophorines. Cette liaison va permettre le transport de la protéine en croissance dans la lumière du RER.

- Transport
Il se fait par un canal  ou translocon. C'est  un complexe protéique constitué, entre autres, des protéines Sec 61, TRAM (= translocated chain associated membrane) et d'une peptidase.
Au cours du transport, la traduction de l'ARNm en protéine se poursuit. Lorsque la protéine atteint la lumière du RER, la séquence signal est en général clivée par la peptidase membranaire et le repliement de la protéine commence,  assistée par une protéine chaperon (BIP=binding protein) appartenant à la famille des Hsp (heat schock protein). 
Lorsque la synthèse de la protéine est achevée le ribosome est libéré dans le cytosol pour un autre cycle.

C’est la séquence KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) qui semble être caractéristique des protéines résidentes solubles.

- Intégration des protéines transmembranaires.

Le mécanisme d'intégration est très mal connu. Deux modèles ont été proposés pour les protéines à un domaine transmembranaire:

1er modèle:
La séquence signal non clivée sert de signal d'ancrage dans la bicouche lipidique. Le mécanisme permettant l'orientation des extrémités C et N terminales (face cytosolique ou luminale) n'est pas connu.
2ème modèle:
La séquence signal est clivée comme pour les protéines transloquées dans la lumière du RER. La chaîne naissante contient une séquence hydrophobe qui est reconnue lors de son passage par une protéine de la paroi du pore. Cette séquence ainsi reconnue se déplace latéralement et devient alors une séquence transmembranaire. La croissance de la chaîne polypeptidique se poursuit en amont de cette séquence.
Lorsque la synthèse de la protéine est achevée le ribosome est libéré dans le cytosol pour un autre cycle.

Dans le cas des protéines à plusieurs domaines transmembranaires les mécanismes d'insertion sont mal connus.

- Modifications co- et post-traductionnelles

La chaîne peptidique néosynthétisée subit plusieurs modifications qui interviennent pendant ou après son passage dans la lumière du RER.

- Clivage de la séquence signal
C'est un évènement catalysé par un complexe de 5 protéines différentes (= peptidase signal) faisant partie du translocon.

- La N- glycosylation

Elle commence dans la lumière du RER.

Les chaînes polypeptidiques en croissance contenant un résidu asparagine dans la configuration Asn-X-Ser ou Asn-X-Thr (X étant un acide aminé quelconque) subissent une première étape de glycosylation.

Un groupe composé de 14 résidus glucidiques préassemblés à partir d'un précurseur lipidique membranaire, le dolichol phosphate, est transféré à l'asparagine.

La réaction est catalysée par la glycosyl transférase. La chaîne oligosaccharidique subira d'autres remaniements lors du transport de la protéine dans les compartiments golgiens.

- L'addition de chaînes d'acides gras

- Myristoylation: addition de myristate (acide gras saturé en C14) sur une glycine de l'extrémité N terminale par une liaison amide. Phénomène  co-traductionnel.
- Glypiation: addition d'un groupement glycosyl-phosphatidylinositol (GPI) préassemblé dans la membrane,  sur un acide aminé en C terminal. Permet l'ancrage de la protéine à la face externe de la membrane plasmique. Phénomène co-traductionnel.
- Palmitoylation: addition d'acide palmitique (acide gras saturé en C16) sur une cystéine de l'extrémité C terminale par une liaison thioester. Phénomène post-traductionnel.
- Isoprénylation: addition de chaînes farnésyl (C15) ou géranylgéranyl (C20) sur une cystéine au voisinage de l'extrémité C terminale. Phénomène post-traductionnel.

Figure des palmitoylation et isoprenylation.
                                                                             
        
- Le repliement des protéines

Il intervient dès l'entrée des  chaînes polypeptidiques dans la lumière du RER . Etape importante qui  permet l'acquisition de la structure tertiaire des protéines.
Le repliement est en grande partie dû à la formation de ponts disulfures (Cys-S-S-Cys) pour les protéines qui contiennent des résidus cystéines.
Le repliement des protéines est contrôlé par des protéines chaperons telles que BiP ainsi que par la calnexine et la calréticuline qui sont insérées dans la membrane du RER.Ces deux dernières se lient aux chaînes oligosaccharidiques des protéines glycosylées.
Si les protéines sont incorrectement  ou non repliées elles sont exportées vers le cytosol où elles seront dégradées par les protéasomes.
Le RER assure un contrôle de la qualité des protéines avant qu'elles ne quittent ce compartiment.            

Pathologies du Reticulum