Les mécanismes de tri moléculaire assurent la livraison des protéines à des compartiments membranaires discrets
Bien que les voies par lesquelles les protéines associées à la membrane sélectionnées sont livrées à la bonne destination aient été établies en termes généraux, de nombreuses questions intrigantes concernant le processus de sélection lui-même restent . Comment se fait-il que certaines protéines membranaires restent dans le corps cellulaire, par exemple les glycosyltransférases du Golgi, alors que d’autres sont conditionnées pour être livrées à l’axone ? Parmi les protéines transportées, comment certaines, comme les canaux ioniques sodiques et potassiques, atteignent-elles l’axolemme tandis que d’autres, comme les récepteurs présynaptiques, les vésicules synaptiques ou les neuropeptides sécrétés, parcourent la longueur de l’axone jusqu’au terminal nerveux ou entrent dans la fente synaptique ? Enfin, comment les organelles telles que la vésicule synaptique sont-elles dirigées vers les axones et les terminaux présynaptiques, mais pas vers les arbustes dendritiques ? Cette question devient particulièrement convaincante pour les neurones sensoriels du ganglion de la racine dorsale, où la branche centrale de l’axone unique possède des terminaux présynaptiques alors que la branche périphérique de ce même axone n’en possède aucun.
Les réponses à ces questions restent incomplètes, mais certains mécanismes ont commencé à émerger . Certaines informations proviennent d’études sur les cellules épithéliales polarisées, où l’identité des signaux moléculaires de destination pour la livraison des protéines nouvellement synthétisées aux membranes basolatérales ou apicales peut être testée. Ces mécanismes sont pertinents pour le neurone, car les protéines virales qui vont normalement vers les membranes basolatérales épithéliales se retrouvent dans les compartiments dendritiques neuronaux, tandis que celles qui sont destinées aux compartiments apicaux peuvent être déplacées dans l’axone. Cependant, les mécanismes sous-jacents semblent être complexes. Les signaux peuvent être « ajoutés », sous forme de modifications post-traductionnelles telles que la glycosylation, l’acylation ou la phosphorylation, ou « intégrés », sous forme de séquences d’acides aminés distinctes. Les deux mécanismes semblent fonctionner dans les cellules. Par exemple, l’ajout de mannose-6-phosphate aux protéines les dirige vers les lysosomes, tandis que des séquences d’acides aminés ont été identifiées pour diriger les protéines vers le noyau ou les mitochondries. En général, les signaux de ciblage sont susceptibles de diriger les protéines vers des organites spécifiques, tandis que d’autres mécanismes dirigent les organites vers des destinations finales appropriées.
Les composants membranaires spécifiques doivent être livrés à leurs sites d’utilisation et ne pas être laissés sur des sites inappropriés . Une vésicule synaptique devrait aller vers les terminaux présynaptiques car ils ne servent aucune fonction dans un axone ou un corps cellulaire. Le problème est aggravé par le fait que de nombreux terminaux présynaptiques ne se trouvent pas à l’extrémité d’un axone. Souvent, de nombreux terminaux se succèdent le long d’un seul axone, établissant des contacts en passant avec de multiples cibles. Ainsi, les vésicules synaptiques ne peuvent pas simplement se déplacer vers l’extrémité des MT axonales et le ciblage des vésicules synaptiques devient un problème plus complexe. Des complexités similaires apparaissent avec les protéines membranaires destinées à l’axolemma ou à une membrane nodale.
Un mécanisme proposé pour le ciblage des organites vers les terminaux peut avoir des implications générales. La famille des phosphoprotéines synapsine , qui est concentrée dans le terminal présynaptique, peut être impliquée dans le ciblage des vésicules synaptiques. La synapsine déphosphorylée se lie étroitement à la fois aux vésicules synaptiques et aux microfilaments d’actine (MF), tandis que la phosphorylation les libère tous les deux. La synapsine déphosphorylée inhibe le transport axonal des MBO dans l’axoplasme isolé, tandis que la synapsine phosphorylée à des concentrations similaires n’a aucun effet . Lorsqu’une vésicule synaptique traverse une région riche en synapsine déphosphorylée, elle peut être réticulée à la matrice MF disponible par la synapsine. Ces vésicules réticulées seraient soustraites au transport axonal rapide et sont effectivement ciblées vers un domaine riche en synapsine et en MF, le terminal présynaptique. Les kinases activées par le calcium mobilisent ensuite les vésicules ciblées pour les transférer vers les zones actives pour la libération des neurotransmetteurs (voir chap. 9). Cela suggère un mécanisme général qui, avec des variations, pourrait cibler les MBO vers d’autres domaines spécifiques .
Enfin, ce chapitre s’est concentré presque entièrement sur le transport axonal, mais le transport dendritique existe également. Comme les dendrites comprennent généralement des régions postsynaptiques alors que la plupart des axones se terminent par des éléments présynaptiques, les transports dendritique et axonal reçoivent chacun un certain nombre de protéines uniques. Les preuves de l’existence de mécanismes de tri proviennent d’études réalisées sur des neurones hippocampiques en culture à l’aide de deux protéines virales différentes. Les glycoprotéines virales à cible basale ont été transportées exclusivement vers les processus dendritiques des neurones en culture, tandis que les glycoprotéines du virus à bourgeonnement apical ont été trouvées dans les axones . Un niveau supplémentaire de complexité pour les phénomènes de transport intraneuronal est l’observation intrigante que l’ARNm est acheminé dans les dendrites, où il est impliqué dans la synthèse locale des protéines aux sites postsynaptiques, mais que les composants ribosomaux et l’ARNm sont largement exclus des domaines axonaux. Des processus similaires de transport de l’ARNm ont été décrits dans les cellules gliales .