Le réticulum endoplasmique

Introduction

Le réticulum endoplasmique rugueux (RER) ou granuleux — appelé autrefois ergastoplasme — est présent dans toutes les cellules eucaryotes, À L'EXCEPTION DES SPERMATOZOÏDES. Il est particulièrement développé dans les cellules qui produisent de grandes quantités de protéines. Le réticulum endoplasmique lisse (REL), en continuité avec lui, est lui aussi présent dans toutes les cellules eucaryotes, mais surtout développé dans les cellules au métabolisme actif du glycogène (hépatocyte) et des lipides (hépatocyte, cellules stéroïdogènes). L'intérêt de ce chapitre est considérable en pharmacologie et en pathologie. C'est dans le REL, grâce au cytochrome P450, que sont métabolisés la plupart des médicaments, l'éthanol et la bilirubine ; c'est là que se jouent les interactions médicamenteuses. C'est dans le RER que sont synthétisées toutes les protéines destinées à l'exportation, et un défaut de sa glucose-6-phosphatase suffit à provoquer une glycogénose. Nous étudierons successivement le RER — morphologie, composition et fonctions — puis le REL.

I. Le réticulum endoplasmique rugueux : morphologie

A. En microscopie optique

• La basophilie traduit à la fois la présence de ribosomes libres et de ribosomes liés au RE. Elle se présente sous des aspects variés selon le type cellulaire — diffuse dans l'hépatocyte, en amas dans la cellule acineuse du pancréas, périnucléaire dans le plasmocyte.

B. En MET

• C'est un réseau endomembranaire dont la surface est parsemée de ribosomes. Il représente 10 à 15 % du volume cellulaire, et la surface de ses membranes est 10 à 20 fois celle de la MP — soit 40 000 μm² pour un hépatocyte, ou 10 m² par gramme de foie.
• Type de description : le RER de la cellule acineuse du pancréas. Membranes trilamellaires de 50 à 60 nm délimitant des cavités généralement aplaties, les CITERNES, au contenu clair ou légèrement granuleux.
• Les ribosomes, souvent groupés en polysomes, sont attachés sur la FACE CYTOSOLIQUE des membranes PAR LEUR GRANDE SOUS-UNITÉ. La face en rapport avec la cavité est la face luminale.
• Variations : citernes dilatées, vésicules, citernes isolées ou intercommunicantes — en réalité, le RER forme un réseau intercommunicant.
• Rapports avec les autres compartiments : continuité avec l'ENVELOPPE NUCLÉAIRE ; continuité avec le REL ; rapports avec l'appareil de Golgi par l'intermédiaire de VÉSICULES.

II. Composition chimique du RER

La fraction RER est obtenue par ultracentrifugation différentielle sous forme de MICROSOMES.

A. Composition membranaire

• Lipides : 30 %. Les phospholipides sont plus COURTS que ceux de la MP et souvent POLY-INSATURÉS, d'où une moindre épaisseur et une plus grande fluidité. Le cholestérol est peu abondant, ce qui augmente encore la fluidité. Présence de dolichol.
• Protéines : 70 %. Canaux — par exemple le TRANSLOCON —, récepteurs, transporteurs, enzymes de la synthèse des lipides membranaires, enzymes de la N-glycosylation, glucose-6-phosphatase.

B. Contenu des cavités

• Protéines solubles néosynthétisées.
• Protéine chaperonne de type BiP.
• Protéine-disulfure isomérase, qui corrige les erreurs des ponts disulfures non conformes.
• Les protéines destinées à la sécrétion sont souvent des molécules intermédiaires « pré » et « pro », modifiées au cours de leur transit dans l'appareil de Golgi — exemple de l'insuline, synthétisée sous forme de « préproinsuline ».

III. Fonctions du RER

A. Répartition du travail entre ribosomes libres et liés

• Ribosomes LIÉS au RE : protéines destinées au RE, aux endosomes, à l'appareil de Golgi, aux lysosomes, à la membrane plasmique, ainsi qu'à l'exportation.
• Ribosomes LIBRES : protéines destinées au cytosol, au noyau, aux mitochondries et aux peroxysomes.

B. Mise en évidence par autoradiographie

Principe : technique de détection de molécules dans lesquelles certains atomes ont été remplacés par des isotopes radioactifs (¹⁴C, tritium ³H) ; la détection morphologique utilise une surface photographique impressionnée par les émissions. Application — la synthèse de l'insuline. Des tranches de tissu pancréatique sont incubées pendant un pulse de 3 minutes dans un milieu contenant de la leucine tritiée, puis pendant des chasses de durées variables dans un milieu à leucine froide.

• Conclusion : les protéines synthétisées par les ribosomes du RER passent dans l'appareil de Golgi, puis dans les grains de sécrétion.

C. La translocation des protéines

Le début de la traduction se déroule TOUJOURS dans le cytosol, quelle que soit la destinée de la protéine. Dans le cas des protéines destinées au RER, le polypeptide en élongation possède, à son extrémité N-terminale, un PEPTIDE SIGNAL HYDROPHOBE d'environ 25 acides aminés.

• Le peptide signal est reconnu par une particule cytosolique, la SRP (signal recognition particle), composée d'un ARN 7L et de 6 polypeptides.
• La SRP possède trois domaines : l'un se lie au peptide signal, l'autre au ribosome, le troisième à un récepteur de la membrane du RE.
• Une fois la SRP liée au peptide signal et au ribosome, la TRADUCTION S'INTERROMPT. Le complexe s'attache au RE par un récepteur du ribosome associé à un TRANSLOCON — canal protéique, qui serait en fait un double canal.
• Le canal, jusqu'alors obstrué par la protéine chaperon BiP (binding protein), s'ouvre. La traduction reprend et la SRP est recyclée. BiP est également indispensable au repliement de la protéine néosynthétisée.
• Quatre modalités de translocation : protéine soluble (luminale) ; protéine une fois transmembranaire dont NH₂ est luminal ; protéine une fois transmembranaire dont COOH est luminal ; protéine deux fois transmembranaire dont NH₂ et COOH sont cytosoliques.

D. La N-glycosylation

• La majorité des protéines qui transitent par le RER sont N-glycosylées sur un résidu ASPARAGINE (Asn). Pour être reconnue par la N-glycosyltransférase, l'asparagine doit obligatoirement faire partie de la séquence Asn-X-Ser ou Asn-X-Thr.
• La N-glycosylation nécessite un acide gras particulier synthétisé dans le cytosol, le DOLICHOL, qui joue le rôle d'intermédiaire : avant son accrochage à la protéine, l'oligosaccharide est lié au dolichol par une liaison pyrophosphate riche en énergie. Elle nécessite aussi des sucres couplés à des nucléotides (UDP-acétylglucosamine, GDP-mannose, UDP-glucose) et des enzymes intégrées à la membrane du RE.

Déroulement en cinq étapes, chacune faisant intervenir une enzyme particulière :

• 1. Sur la face cytosolique, des résidus de sucres sont apportés successivement au dolichol-phosphate, réalisant une arborisation de 7 résidus.
• 2. BASCULEMENT (flip-flop) du dolichol — probablement par une flippase — de sorte que la chaîne oligosaccharidique se retrouve du côté luminal.
• 3. De nouveaux résidus, apportés par des nucléotides à d'autres molécules de dolichol, sont introduits dans la lumière : l'oligosaccharide passe à 14 résidus.
• 4. L'oligosaccharide de 14 résidus est accroché EN BLOC sur le −NH d'une asparagine du polypeptide en cours d'élongation, grâce à une glycosyltransférase : la glycosylation est CO-TRADUCTIONNELLE.
• 5. L'arborisation est immédiatement élaguée par des glucosidases et ne comporte plus que 10 résidus.
• Rôles de la glycosylation : elle modifie la charge et la solubilité de la protéine ; l'oligosaccharide intervient dans le repliement et donc la stabilité ; certains oligosaccharides constituent des signaux de ciblage (exemple du mannose-6-phosphate) et de reconnaissance de protéines de surface (exemple des sélectines).
• Des C-glycosylations ont également lieu dans le RER : des résidus mannose fournis par le dolichol sont transférés à un carbone du premier tryptophane de la séquence Trp-X-X-Trp.

E. Les glycoprotéines liées au GPI

• Leur fraction protéique est synthétisée par les ribosomes LIBRES.
• La protéine est ensuite adressée au RE, qu'elle traverse par son extrémité NH₂, l'extrémité COOH restant insérée dans la bicouche, où elle sera clivée.
• Le groupement GPI est construit sur la FACE CYTOSOLIQUE du RE à partir de précurseurs cytosoliques, avec intervention du dolichol ; il subit ensuite un flip-flop vers la lumière, où il est transféré sur la protéine.

F. Le repliement des protéines

• L'ATP et le Ca²⁺ sont nécessaires.
• L'établissement des ponts disulfures est assuré par la disulfide protein isomerase (DPI).
• La chaperonne BiP permet à la protéine d'acquérir sa forme définitive.
• Les protéines porteuses d'oligosaccharides mal formés ne peuvent se replier correctement : la CALNEXINE — chaperonne transmembranaire du RE — s'y lie, et la protéine est entièrement déglycosylée puis reglycosylée pour être correctement repliée.

G. La synthèse des lipides membranaires

• Ils sont synthétisés en plusieurs étapes sur la face CYTOSOLIQUE, à partir de précurseurs cytosoliques, sous l'action d'enzymes membranaires dont les sites actifs sont du côté cytosolique.
• Les lipides néosynthétisés destinés à l'hémicouche interne subissent un basculement sous l'action de FLIPPASES spécifiques.

IV. Le réticulum endoplasmique lisse

A. Morphologie et composition

• En MET : membranes trilamellaires de 50 à 60 nm entourant des cavités à contenu clair, couramment sous forme de CANALICULES ; les vésicules observées correspondent souvent à des sections de canalicules.
• Lipides : 30 % — phospholipides surtout, un peu de cholestérol. Protéines : 70 % — enzymes et transporteurs.
• Le cytochrome P450 : protéine intégrée dont le site actif est sur la face CYTOSOLIQUE, intervenant dans la détoxification ; il est associé à la P450 réductase, son cofacteur.
• Les enzymes de la synthèse des stéroïdes (dans les cellules spécialisées), la glucose-6-phosphatase — localisée dans la LUMIÈRE du REL — et la pompe à calcium (Ca²⁺-ATPase).

B. La détoxification

C'est l'élimination des substances toxiques par l'organisme. Elle a lieu dans le foie, les reins, l'intestin, les poumons et la peau. Ces substances, d'origine exogène (de nombreux médicaments) ou endogène (certains métabolites), sont liposolubles et peu hydrosolubles : elles ont donc tendance à s'accumuler.

• Elles subissent une HYDROXYLATION sous l'action du cytochrome P450, suivie d'une glycuroconjugaison dans la lumière du REL pour les unes, ou d'une sulfoconjugaison sur la face cytosolique pour d'autres — ce qui les rend solubles et facilite leur élimination.
• Sont ainsi traités certains médicaments, l'éthanol et la BILIRUBINE (produit toxique du catabolisme de l'hémoglobine). L'hépatocyte est l'une des principales cellules impliquées dans la détoxification.

C. Le métabolisme du glucose

• La glucose-6-phosphatase est la SEULE enzyme du métabolisme du glucose localisée dans la LUMIÈRE du REL ; toutes les autres sont cytosoliques ou à site actif cytosolique.
• Une anomalie génétique de la glucose-6-phosphatase ou de l'un des transporteurs du glucose est responsable d'une glycogénose de type I (surcharge en glycogène).

D. Le stockage du calcium

Toutes les cellules contiennent des compartiments de REL spécialisés dans le stockage et la libération du calcium. Trois types de molécules y interviennent :

• La pompe à calcium (Ca²⁺-ATPase).
• Des protéines de la lumière du RE qui fixent le calcium : BiP, calnexine.
• Un canal de libération du calcium.

E. La synthèse des hormones stéroïdes

• Elle est assurée par des cellules spécialisées, en coopération avec les MITOCHONDRIES : un cytochrome P450 de la membrane interne mitochondriale, à site actif matriciel, et un cytochrome P450 du REL, à site actif cytosolique.

Conclusion

Le RER est l'usine à protéines de la cellule : ses ribosomes liés par leur grande sous-unité synthétisent toutes les protéines destinées au système endomembranaire, à la membrane plasmique et à l'exportation. Trois opérations y sont effectuées, qu'il faut retenir : la translocation — peptide signal, SRP, translocon, BiP —, la N-glycosylation co-traductionnelle sur une asparagine de séquence Asn-X-Ser/Thr via le dolichol, et le repliement contrôlé par les chaperonnes. Le REL, dépourvu de ribosomes, remplit des fonctions toutes différentes : détoxification par le cytochrome P450, métabolisme du glucose par la glucose-6-phosphatase — seule enzyme de cette voie à être luminale —, stockage du calcium et synthèse des hormones stéroïdes. Les protéines élaborées dans le RER poursuivent leur route vers l'appareil de Golgi, objet du chapitre suivant, où elles seront modifiées, triées et adressées.