MEMBRANES CELLULAIRES (DYNAMIQUE DES)

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L'endocytose à récepteurs

Les amibes sont capables de lancer des pseudopodes et d'englober une micro-goutte du milieu extracellulaire qui contient leur alimentation, bactéries et fragments divers. On parle de pinocytose, un phénomène général mais non spécifique. En 1886, lors de son séjour au laboratoire de biologie marine de Messine, Elie Metchnikoff observe que des cellules de l'intestin d'une étoile de mer sont capables de fixer des particules, puis de les internaliser. On parle de phagocytose, un phénomène plus précis que le précédent mais en général non spécifique. Lorsqu'il étend l'observation deux ans plus tard à l'absorption de bactéries par des cellules immunitaires (des macrophages) de vertébrés immunisés contre une bactérie, Metchnikoff décrit une phagocytose spécifique d'une bactérie due aux anticorps anti-bactéries qui établissent un pont entre un récepteur de la membrane cellulaire et la bactérie. Ces situations d'endocytose sont des cas particuliers d'une situation générale dans lesquelles les mouvements de la membrane cellulaire servent à faire pénétrer dans la cellule des molécules issues du milieu extracellulaire. Les lipid rafts peuvent d'ailleurs parfaitement initier un tel mouvement menant à l'internalisation ; les distinctions sont plus formelles que réelles. Ici encore, la difficulté d'analyser l'endocytose l'a fait ignorer des laboratoires, bien que l'on sût que l'endocytose de molécules et de particules par les macrophages était une des clefs de la compréhension de la réponse immunitaire par exemple.

Parmi les différentes modalités de l'endocytose, celle par récepteurs spécifiques est particulièrement intéressante. La complexité des phénomènes sous-jacents a été démêlée d'abord par l'étude de l'hypercholestérolémie essentielle d'origine génétique chez l'homme (ce travail valut leur prix Nobel aux américains M. S. Brown et J. L. Goldstein en 1985), puis étendue à nombre d'autres molécules. Dans l'endocytose à récepteurs, la molécule extracellulaire – telles les LDL (low density lipoproteins, transporteurs de cholestérol qui circulent dans le sang) – se lie à son récepteur spécifique sur la face externe de la cellule. Le complexe ainsi formé diffuse alors dans le plan de la membrane vers des structures spécialisées dans l'endocytose longtemps énigmatiques par la seule observation en microscopie électronique : les puits recouverts (coated pits). Ces zones – il s'en produit spontanément plusieurs milliers par minutes dans une cellule mobile – s'assemblent sous la membrane plasmique, d'abord sous la forme d'un feutrage, puis d'une structure protéique en forme de cage à maille hexagonale constituée en particulier de clathrine. La membrane plasmique et les complexes qu'elle porte s'invaginent dans ce puits. Les récepteurs se fixent à la clathrine par des protéines spécialisées appelées adaptines. Le puits se referme, se transforme en vésicule d'endocytose qui se détache et migre dans le cytoplasme. La clathrine est alors enlevée de la vésicule par un mécanisme qui exige de l'énergie, puis recyclée. Le contenu de la vésicule s'acidifie alors sous l'effet d'une pompe à protons membranaire, ce qui amène à la dissociation du complexe récepteur-ligand. Les récepteurs se concentrent dans une sorte de bourgeon de la vésicule qui va se détacher et fusionner à nouveau avec la membrane plasmique : la plus grande partie de ces récepteurs est ainsi recyclée. Le ligand va subir un destin variable selon sa nature et selon le type de cellule. La vésicule d'endocytose qui les contient fusionne avec d'autres vésicules spécialisées qui ont bourgeonné à partir du trans-Golgi, les endosomes. La dégradation des ligands s'opère dans la vésicule résultante, appelée lysosome. Le cholestérol, par exemple, libéré de son transporteur LDL, sera utilisé pour la production des membranes. Le fer lié à la transferrine sera libéré par dégradation de la protéine porteuse. Les bactéries, de nombreuses protéines étrangères captées par des anticorps, seront dégradées par des jeux d'enzymes. Dans le cas des cellules immunitaires, certains de ces fragments de protéines seront à l'origine du montage d'une réponse immunitaire spécifique après leur passage dans l'appareil de Golgi où ils se combinent avec des protéines spécialisées dans la présentation de l'antigène et qui y sont en maturation avant de migrer dans des vésicules vers la surface cellulaire.

Les mouvements de la membrane révélés par le métabolisme du cholestérol

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Première observation microscopique de la structure de l’écorce d’un arbre (1655)

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Le modèle dit de mosaïque fluide des membranes par Singer et Nicholson

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Les radeaux lipidiques (lipid rafts), une sous-organisation de la membrane

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Écrit par :

  • : chercheur en histoire des sciences, université Paris-VII-Denis-Diderot, ancien chef de service à l'Institut Pasteur

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Gabriel GACHELIN, « MEMBRANES CELLULAIRES (DYNAMIQUE DES) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 27 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/membranes-cellulaires-dynamique-des/