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Fonction lysosome

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Une cellule contient-elle des lysosomes ? Ou peut-être existe-t-il d'autres organites qui remplissent la même fonction. J'ai beaucoup lu à ce sujet et je ne trouve pas de bonne réponse.


La fonction d'un lysosome est essentiellement de digérer et de décomposer les molécules (souvent par rapport à l'estomac de la cellule).

Par exemple, une cellule avec des proportions élevées de lysosomes serait un macrophage, car sa fonction est de neutraliser les agents pathogènes. Une fois que l'agent pathogène est englouti par le macrophage, la vésicule formée, appelée phagosome, fusionne avec un lysosome, et les enzymes digestives du lysosome agissent pour décomposer l'agent pathogène en morceaux inoffensifs.

Dans la plupart des cellules, cependant, les lysosomes fonctionnent également pour recycler les propres composants de la cellule, appelés autophagie. Les organites endommagés sont décomposés par le lysosome et recyclés.

Donc, oui, il y a beaucoup de cellules qui ont des lysosomes.

L'importance du lysosome est montrée lorsqu'il y a un dysfonctionnement dans le lysosome. Ces maladies, appelées maladies de surcharge lysosomale, surviennent lorsque le lysosome ne fonctionne pas correctement et que la cellule est éventuellement altérée par l'accumulation d'une molécule qui aurait dû être décomposée par le lysosome (par exemple, la maladie de Tay-Sachs).

Les références

Le manuel de biologie AP

  • Campbell Biology 7th Edition, Chapter 6 - "Lysosomes: Digestive Compartments", bien que ce soit à peu près la même chose dans n'importe quelle édition de ce manuel
  • Campbell Biology in Focus, Chapitre 4 - « Lysosomes : compartiments digestifs »

Quelle est la fonction des lysosomes

Les fonction des lysosomes consiste à éliminer les déchets ainsi qu'à détruire une cellule après sa mort, appelée autolyse. Un lysosome est un organite contenant des enzymes digestives qu'il utilise pour la digestion et l'élimination des déchets pour les cellules, les particules alimentaires, les bactéries, etc.

Les cellules des plantes et des animaux ont de nombreux organites différents. Les organites remplissent différentes fonctions qui aident la cellule à survivre et à se répliquer, et l'un des organites, le lysosome, remplit une grande variété de fonctions. Les lysosomes sont responsables d'un certain nombre de fonctions différentes, notamment le recyclage des vieilles cellules, la digestion des matériaux qui se trouvent à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule et la libération d'enzymes. Examinons en profondeur les lysosomes et explorons plus en détail leurs diverses fonctions importantes.


Contenu

Christian de Duve, président du Laboratoire de chimie physiologique de l'Université catholique de Louvain en Belgique, avait étudié le mécanisme d'action d'une hormone pancréatique, l'insuline, dans les cellules hépatiques. En 1949, lui et son équipe se sont concentrés sur l'enzyme appelée glucose 6-phosphatase, qui est la première enzyme cruciale dans le métabolisme du sucre et la cible de l'insuline. Ils soupçonnaient déjà que cette enzyme jouait un rôle clé dans la régulation de la glycémie. Cependant, même après une série d'expériences, ils n'ont pas réussi à purifier et à isoler l'enzyme des extraits cellulaires. Par conséquent, ils ont essayé une procédure plus ardue de fractionnement cellulaire, par laquelle les composants cellulaires sont séparés en fonction de leur taille à l'aide d'une centrifugation.

Ils ont réussi à détecter l'activité enzymatique de la fraction microsomale. Ce fut l'étape cruciale dans la découverte fortuite des lysosomes. Pour estimer cette activité enzymatique, ils ont utilisé celle de l'enzyme standardisée phosphatase acide et ont constaté que l'activité n'était que de 10 % de la valeur attendue. Un jour, l'activité enzymatique de fractions cellulaires purifiées qui avaient été réfrigérées pendant cinq jours a été mesurée. Étonnamment, l'activité enzymatique a été augmentée à la normale de celle de l'échantillon frais. Le résultat était le même quel que soit le nombre de fois où ils ont répété l'estimation, et a conduit à la conclusion qu'une barrière de type membrane limitait l'accessibilité de l'enzyme à son substrat, et que les enzymes étaient capables de diffuser après quelques jours (et réagissent avec leur substrat). Ils ont décrit cette barrière membranaire comme une "structure en forme de sac entourée d'une membrane et contenant de la phosphatase acide". [18]

Il est devenu clair que cette enzyme de la fraction cellulaire provenait de fractions membranaires, qui étaient certainement des organites cellulaires, et en 1955, De Duve les a nommés "lysosomes" pour refléter leurs propriétés digestives. [19] La même année, Alex B. Novikoff de l'Université du Vermont a visité le laboratoire de de Duve et a obtenu avec succès les premières micrographies électroniques du nouvel organite. En utilisant une méthode de coloration pour la phosphatase acide, de Duve et Novikoff ont confirmé l'emplacement des enzymes hydrolytiques des lysosomes à l'aide d'études au microscope optique et électronique. [20] [21] de Duve a remporté le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1974 pour cette découverte.

À l'origine, De Duve avait appelé les organites les « sacs à suicide » ou « sacs à suicide » des cellules, pour leur rôle supposé dans l'apoptose. [22] Cependant, il a depuis été conclu qu'ils ne jouent qu'un rôle mineur dans la mort cellulaire. [23]

Les lysosomes contiennent une variété d'enzymes, permettant à la cellule de décomposer diverses biomolécules qu'elle engloutit, notamment des peptides, des acides nucléiques, des glucides et des lipides (lipase lysosomale). Les enzymes responsables de cette hydrolyse nécessitent un environnement acide pour une activité optimale.

En plus d'être capables de décomposer les polymères, les lysosomes sont capables de fusionner avec d'autres organites et de digérer de grandes structures ou des débris cellulaires grâce à la coopération avec les phagosomes, ils sont capables de conduire l'autophagie, éliminant les structures endommagées. De même, ils sont capables de décomposer des particules virales ou des bactéries lors de la phagocytose des macrophages.

La taille des lysosomes varie de 0,1 µm à 1,2 µm. [24] Avec un pH allant de

4,5 à 5,0, l'intérieur des lysosomes est acide par rapport au cytosol légèrement basique (pH 7,2). La membrane lysosomale protège le cytosol, et donc le reste de la cellule, des enzymes de dégradation au sein du lysosome. La cellule est en outre protégée de toute hydrolase acide lysosomale qui s'écoule dans le cytosol, car ces enzymes sont sensibles au pH et ne fonctionnent pas bien ou pas du tout dans l'environnement alcalin du cytosol. Cela garantit que les molécules cytosoliques et les organites ne sont pas détruits en cas de fuite des enzymes hydrolytiques du lysosome.

Le lysosome maintient son pH différentiel en pompant des protons (ions H +) du cytosol à travers la membrane via des pompes à protons et des canaux ioniques chlorure. Les vacuolaires-ATPases sont responsables du transport des protons, tandis que le contre-transport des ions chlorure est effectué par l'antiporteur ClC-7 Cl - /H +. De cette façon, un environnement acide stable est maintenu. [25] [26]

Il tire sa capacité polyvalente de dégradation par importation d'enzymes avec une spécificité pour différents substrats. Les cathepsines sont la principale classe d'enzymes hydrolytiques, tandis que l'alpha-glucosidase lysosomale est responsable des glucides et que la phosphatase acide lysosomale est nécessaire pour libérer les groupes phosphate des phospholipides.

De nombreux composants des cellules animales sont recyclés en les transférant à l'intérieur ou enfouis dans des sections de membrane. Par exemple, dans l'endocytose (plus précisément, la macropinocytose), une partie de la membrane plasmique de la cellule se pince pour former des vésicules qui finiront par fusionner avec un organite à l'intérieur de la cellule. Sans reconstitution active, la membrane plasmique diminuerait continuellement de taille. On pense que les lysosomes participent à ce système d'échange membranaire dynamique et sont formés par un processus de maturation progressif à partir des endosomes. [27] [28]

La production de protéines lysosomales suggère une méthode de maintien des lysosomes. Les gènes des protéines lysosomales sont transcrits dans le noyau selon un processus contrôlé par le facteur de transcription EB (TFEB). [14] Les transcrits d'ARNm sortent du noyau dans le cytosol, où ils sont traduits par les ribosomes. Les chaînes peptidiques naissantes sont transloquées dans le réticulum endoplasmique rugueux, où elles sont modifiées. Les protéines lysosomales solubles sortent du réticulum endoplasmique via des vésicules recouvertes de COPII après recrutement par le complexe EGRESS (ER-à-golgi rpose de enzymes du lyssomnolent ssystème), qui est composé des protéines CLN6 et CLN8. [9] [10] Les vésicules COPII livrent ensuite des enzymes lysosomales à l'appareil de Golgi, où une étiquette lysosomale spécifique, le mannose 6-phosphate, est ajoutée aux peptides. La présence de ces balises permet la liaison aux récepteurs du mannose 6-phosphate dans l'appareil de Golgi, un phénomène crucial pour un conditionnement approprié dans les vésicules destinées au système lysosomal. [29]

En quittant l'appareil de Golgi, la vésicule remplie d'enzymes lysosomales fusionne avec un endosome tardif, un organite relativement acide avec un pH d'environ 5,5. Cet environnement acide provoque la dissociation des enzymes lysosomales des récepteurs du mannose 6-phosphate. Les enzymes sont emballées dans des vésicules pour un transport ultérieur vers les lysosomes établis. [29] L'endosome tardif lui-même peut éventuellement devenir un lysosome mature, comme en témoigne le transport des composants de la membrane endosomale des lysosomes vers les endosomes. [27]

En tant que point final de l'endocytose, le lysosome agit également comme une garantie en empêchant les agents pathogènes d'atteindre le cytoplasme avant d'être dégradés. Les agents pathogènes détournent souvent les voies endocytoses telles que la pinocytose afin de pénétrer dans la cellule. Le lysosome empêche une entrée facile dans la cellule en hydrolysant les biomolécules des agents pathogènes nécessaires à leurs stratégies de réplication. Une activité lysosomale réduite se traduit par une augmentation de l'infectiosité virale, dont le VIH. [30] De plus, AB5 des toxines telles que le choléra détournent la voie endosomale tout en évitant la dégradation lysosomale. [30]

Les lysosomes sont impliqués dans un groupe de déficiences génétiquement héréditaires, ou mutations appelées maladies de surcharge lysosomale (LSD), des erreurs innées du métabolisme causées par un dysfonctionnement de l'une des enzymes. Le taux d'incidence est estimé à 1 naissance sur 5 000, et le chiffre réel devrait être plus élevé car de nombreux cas sont susceptibles d'être non diagnostiqués ou mal diagnostiqués. La cause principale est la carence en hydrolase acide. D'autres conditions sont dues à des défauts dans les protéines membranaires lysosomales qui ne parviennent pas à transporter l'enzyme, les protéines lysosomales solubles non enzymatiques. L'effet initial de ces troubles est l'accumulation de macromolécules spécifiques ou de composés monomères à l'intérieur du système endosomal-autophagique-lysosomal. [15] Cela se traduit par des voies de signalisation anormales, l'homéostasie du calcium, la biosynthèse et la dégradation des lipides et le trafic intracellulaire, conduisant finalement à des troubles pathogéniques. Les organes les plus touchés sont le cerveau, les viscères, les os et le cartilage. [31] [32]

Il n'y a pas de traitement médical direct pour guérir les LSD. [33] Le LSD le plus commun est la maladie de Gaucher, qui est due à une déficience de l'enzyme glucocérébrosidase. Par conséquent, le substrat de l'enzyme, l'acide gras glucosylcéramide, s'accumule, en particulier dans les globules blancs, ce qui affecte à son tour la rate, le foie, les reins, les poumons, le cerveau et la moelle osseuse. La maladie se caractérise par des ecchymoses, de la fatigue, de l'anémie, une baisse du nombre de plaquettes sanguines, de l'ostéoporose et une hypertrophie du foie et de la rate. [34] [35] À partir de 2017, la thérapie de remplacement enzymatique est disponible pour traiter 8 des 50-60 LD connus. [36]

La maladie de surcharge lysosomale la plus grave et la plus rare est la maladie des cellules d'inclusion. [37]

La leucodystrophie métachromatique est une autre maladie de surcharge lysosomale qui affecte également le métabolisme des sphingolipides.

L'activité dysfonctionnelle des lysosomes est également fortement impliquée dans la biologie du vieillissement et des maladies liées à l'âge telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et les maladies cardiovasculaires. [38] [39]

Sr. Non Enzymes Substrat
1 Phosphates
A- Phosphatase acide La plupart des phosphomonoesters
B- Phosphodiestérase acide Oligonucléotides et phosphodiestérase
2 Nucléases
A- Ribonucléase acide ARN
B- Désoxyribonucléase acide ADN
3 Enzymes hydrolysant les polysaccharides/ mucopolysaccharides
A- bêta-galactosidase Galactosides
B-alpha glucosidase Glycogène
C- alfa Mannosidase Mannosides, glycoprotéines
D-bêta glucoronidase Polysaccharides et mucopolyssacharides
E- Lysozymes Parois cellulaires bactériennes et mucopolyssacharides
F- Hyaluronidase Acides hyaluroniques, sulfates de chondroïtine
H-Arylsulfatase Sulfates organiques
4 Protéases
A- Cathepsine(s) Protéines
B- Collagénase Collagène
C-Peptidase Peptides
5 Enzymes de dégradation des lipides
A-Estérase Esters d'acyle gras
B- Phospolipase Phospholipides

Lysosomotropisme Modifier

Les bases faibles aux propriétés lipophiles s'accumulent dans les compartiments intracellulaires acides comme les lysosomes. Alors que le plasma et les membranes lysosomales sont perméables aux espèces neutres et non chargées de bases faibles, les espèces protonées chargées de bases faibles ne pénètrent pas dans les biomembranes et s'accumulent dans les lysosomes. La concentration dans les lysosomes peut atteindre des niveaux 100 à 1000 fois supérieurs aux concentrations extracellulaires. Ce phénomène est appelé lysosomotropisme, [41] effet « piégeage acide » ou « pompe à protons ». [42] La quantité d'accumulation de composés lysosomotropes peut être estimée en utilisant un modèle mathématique cellulaire. [43]

Une partie importante des médicaments approuvés en clinique sont des bases faibles lipophiles avec des propriétés lysosomotropes. Cela explique un certain nombre de propriétés pharmacologiques de ces médicaments, telles que des gradients de concentration tissu-sang élevés ou de longues demi-vies d'élimination tissulaire. Ces propriétés ont été trouvées pour des médicaments tels que l'halopéridol, [44] la lévomépromazine, [45] et l'amantadine. [46] Cependant, les concentrations tissulaires élevées et les longues demi-vies d'élimination s'expliquent également par la lipophilie et l'absorption des médicaments par les structures des tissus adipeux. Des enzymes lysosomales importantes, telles que la sphingomyélinase acide, peuvent être inhibées par des médicaments accumulés dans les lysosomes. [47] [48] De tels composés sont appelés FIASMA (inhibiteur fonctionnel de la sphingomyélinase acide) [49] et comprennent par exemple la fluoxétine, la sertraline ou l'amitriptyline.

Ambroxol est un médicament lysosomotrope d'usage clinique pour traiter les états de toux productive pour son action mucolytique. L'ambroxol déclenche l'exocytose des lysosomes via la neutralisation du pH lysosomal et la libération de calcium des réserves de calcium acides. [50] Vraisemblablement pour cette raison, Ambroxol s'est également avéré améliorer la fonction cellulaire dans certaines maladies d'origine lysosomale telles que la maladie de Parkinson ou la maladie de surcharge lysosomale. [51] [52]

Lupus érythémateux disséminé Modifier

La fonction altérée des lysosomes est prédominante dans le lupus érythémateux disséminé, empêchant les macrophages et les monocytes de dégrader les pièges extracellulaires des neutrophiles [53] et les complexes immuns. [54] [55] [56] L'échec de dégrader les complexes immuns internalisés provient de l'activité mTORC2 chronique, qui altère l'acidification des lysosomes. [57] En conséquence, les complexes immuns du lysosome se recyclent à la surface des macrophages, provoquant une accumulation d'antigènes nucléaires en amont de multiples pathologies associées au lupus. [54] [58] [59]

Par convention scientifique, le terme lysosome est appliqué à ces organites vésiculaires uniquement chez les animaux, et le terme vacuole est appliqué à ceux des plantes, des champignons et des algues (certaines cellules animales ont également des vacuoles). Les découvertes dans les cellules végétales depuis les années 1970 ont commencé à remettre en cause cette définition. Les vacuoles végétales sont beaucoup plus diversifiées dans leur structure et leur fonction qu'on ne le pensait auparavant. [60] [61] Certaines vacuoles contiennent leurs propres enzymes hydrolytiques et effectuent l'activité lysosomale classique, qui est l'autophagie. [62] [63] [64] Ces vacuoles sont donc considérées comme remplissant le rôle du lysosome animal. Sur la base de la description de de Duve selon laquelle « ce n'est que lorsqu'il est considéré comme faisant partie d'un système impliqué directement ou indirectement dans la digestion intracellulaire que le terme lysosome décrit une unité physiologique », certains botanistes ont fortement soutenu que ces vacuoles sont des lysosomes. [65] Cependant, cela n'est pas universellement accepté car les vacuoles ne sont strictement pas similaires aux lysosomes, comme dans leurs enzymes spécifiques et le manque de fonctions phagocytaires. [66] Les vacuoles n'ont pas d'activité catabolique et ne subissent pas d'exocytose comme le font les lysosomes. [67]

Le mot lysosome ( / ˈ l aɪ s oʊ s oʊ m / , / ˈ l aɪ z ə z oʊ m / ) est le nouveau latin qui utilise les formes de combinaison lyso- (faisant référence à la lyse et dérivé du latin lyse, signifiant "desserrer", via le grec ancien λύσις [lúsis]), et -certains, de soma, "corps", donnant "corps qui lyse" ou "corps lytique". La forme adjectivale est lysosomal. Les formulaires *lyosomes et *lyosomal sont beaucoup plus rares, ils utilisent le lyo- forme du préfixe, mais sont souvent traités par les lecteurs et les éditeurs comme de simples réplications irréfléchies de fautes de frappe, ce qui a sans aucun doute été vrai aussi souvent que non.


Transport antérograde

Les kinésines sont des moteurs de microtubules impliqués dans le mouvement de plusieurs organites cytoplasmiques, dont les lysosomes (Hirokawa et Noda, 2008). Les génomes de mammifères codent pour environ 45 protéines de la superfamille des kinésines (KIF), et de nombreuses autres variantes sont générées par l'épissage alternatif des ARNm correspondants. Tous les KIF comprennent un domaine moteur globulaire qui se fixe aux microtubules et un domaine de queue qui interagit avec des adaptateurs ou des cargaisons spécifiques. L'hydrolyse de l'ATP par le domaine moteur fournit la force motrice pour la translocation des kinésines et des cargaisons associées de l'extrémité moins à l'extrémité plus des microtubules (c'est-à-dire le transport antérograde), à ​​l'exception des membres de la kinésine-14, qui se déplacent dans le sens plus-à- sens négatif (Hirokawa et Noda, 2008). Dans les cellules non polarisées, les extrémités positives des microtubules se trouvent généralement dans le cytoplasme périphérique et dans les neurones, elles pointent vers les terminaisons axonales. Ainsi, dans ces cellules, les kinésines assurent le transport du centre cellulaire vers la périphérie (appelé transport centrifuge). Dans certaines cellules polarisées, cependant, les microtubules peuvent pointer dans d'autres directions, comme c'est le cas pour les dendrites neuronales, qui ont des microtubules avec des orientations mixtes (Baas et al., 1988 Yau et al., 2016). Dans ces cas, les kinésines peuvent potentiellement médier le transport centrifuge et centripète.

Remarquablement, il a été démontré que le mouvement des lysosomes dépend non pas d'une mais de plusieurs kinésines, y compris la kinésine-1 (KIF5A, KIF5B et KIF5C) (Nakata et Hirokawa, 1995 Tanaka et al., 1998 Rosa-Ferreira et Munro, 2011), la kinésine- 2 (KIF3) (Brown et al., 2005 Loubéry et al., 2008) et la kinésine-3 (KIF1A et KIF1B) (Matsushita et al., 2004 Korolchuk et al., 2011 Bentley et al., 2015), ainsi comme les membres de la famille de la kinésine-13 (KIF2) (Santama et al., 1998 Korolchuk et al., 2011) (Fig. 3). À l'heure actuelle, on ne sait pas pourquoi tant de kinésines ont évolué pour déplacer le même organite. Les explications possibles sont (1) la redondance fonctionnelle, (2) l'expression spécifique au type cellulaire (par exemple, les cellules non neuronales par rapport aux cellules neuronales), (3) l'implication dans différentes fonctions lysosomales (par exemple, l'autophagie par rapport à l'exocytose), (4) la régulation différentielle, et (5) transport le long de différentes pistes de microtubules. En ce qui concerne cette dernière possibilité, plusieurs kinésines présentent une association préférentielle avec des pistes de microtubules caractérisées par des modifications post-traductionnelles (PTM) spécifiques de la tubuline, des protéines associées aux microtubules (MAP) ou des protéines liant la kinésine (KBP) (Marx et al. , 2005). Par exemple, les moteurs de la kinésine-1 se déplacent plus rapidement sur les pistes de microtubules enrichies en tubuline acétylée et liée au GTP, mais des moteurs plus lents qui effectuent des parcours processifs plus longs ont été observés sur des microtubules détyrosinés (Reed et al., 2006 Dunn et al., 2008 Hammond et al., 2008 Konishi et Setou, 2009 Nakata et al., 2011). Les membres de la famille Kinésine-2 (KIF17) et -3 (KIF1A) ne présentent pas de préférences pour les microtubules acétylés ou détyrosinés (Cai et al., 2009), mais le transport dépendant de KIF1A est influencé par la polyglutamylation de la tubuline (Ikegami et al., 2007) . Les MAP inhibent souvent le transport dépendant de la kinésine en agissant comme des obstacles au mouvement. Un excellent exemple de ce comportement est médié par la protéine tau, qui bloque la motilité dépendante de la kinésine-1 (Dehmelt et Halpain, 2005 Al-Bassam et al., 2007). D'autres MAP (p. ex. ensconsine et DCLK1) favorisent cependant le recrutement et l'activation de kinésines sur des populations spécifiques de microtubules (Sung et al., 2008 Lipka et al., 2016). Enfin, les KBP peuvent moduler l'activité de la kinésine, comme le montre l'inactivation des domaines moteurs de la kinésine-3 KIF1A et de la kinésine-8 KIF18A par la protéine KBP (également appelée KIF1BP et KIAA1279) (Kevenaar et al., 2016). Il reste à déterminer comment tous ces facteurs influencent la capacité des différentes kinésines à médier différents modèles de mouvement des lysosomes.

Kinésines impliquées dans le mouvement des lysosomes. Les noms de famille, les domaines et les numéros d'acides aminés sont indiqués. CC, coiled coil Gl, FHA globulaire, UDR associé à la tête de fourche, région indéfinie PH, homologie pleckstrin.

Kinésines impliquées dans le mouvement des lysosomes. Les noms de famille, les domaines et les numéros d'acides aminés sont indiqués. CC, coiled coil Gl, FHA globulaire, UDR associé à la tête de fourche, région indéfinie PH, homologie pleckstrin.

La kinésine de loin la mieux caractérisée impliquée dans le transport des lysosomes est la kinésine-1 (Figs 3 et 4). Cette kinésine est un hétérotétramère composé de deux chaînes lourdes (KIF5A, KIF5B ou KIF5C) et de deux chaînes légères (KLC1, KLC2, KLC3 ou KLC4) (DeBoer et al., 2008). La kinésine-1 est recrutée dans les lysosomes par une chaîne de protéines en interaction, y compris le complexe multi-sous-unités lié au BLOC-1 (BORC), la petite GTPase Arl8 de type Arf (qui a deux isoformes chez les mammifères, Arl8a et Arl8b, ci-après appelées génériquement comme Arl8), et l'effecteur Arl8 SifA et la protéine interagissant avec la kinésine (SKIP, également connue sous le nom de PLEKHM2) (Boucrot et al., 2005 Bagshaw et al., 2006 Hofmann et Munro, 2006 Rosa-Ferreira et Munro, 2011 Pu et al. ., 2015) (Fig. 4). BORC est un complexe octamère comprenant BLOS1, BLOS2 (également appelés BLOC1S1 et BORCS1, et BLOC1S2 et BORCS2, respectivement) et des sous-unités snapin (également appelées BORCS3) (les trois étant partagées avec le complexe BLOC-1 impliqué dans la biogenèse des organites liés aux lysosomes) (Falcon-Perez et al., 2002 Moriyama et Bonifacino, 2002 Starcevic et Dell'Angelica, 2004), ainsi que les sous-unités uniques KXD1 (également appelées BORCS4), MEF2BNB (également appelées BORCS8), la myrlysine (également appelée LOH12CR1 et BORCS5), la lyspersine (également appelée C17orf59 et BORCS6) et la diaskedine (également appelée C10orf32 et BORCS7) (Pu et al., 2015). Le BORC s'associe à la face cytosolique des lysosomes en partie via l'extrémité N-terminale myristoylée de la myrlysine, et est ensuite requis pour le recrutement d'Arl8 à partir du cytosol (Pu et al., 2015). Cette fonction de BORC serait cohérente avec le fait qu'il s'agit d'un facteur d'échange de guanine-nucléotide (GEF) (Rosa-Ferreira et Munro, 2011) pour Arl8, mais il n'existe actuellement aucune preuve biochimique de cette activité. SKIP se lie à son tour à Arl8 via un domaine RUN N-terminal (Rosa-Ferreira et Munro, 2011). Un motif WD dans une région non structurée de SKIP interagit alors avec le domaine de répétition tétratricopeptide (TPR) du KLC (Rosa-Ferreira et Munro, 2011), complétant ainsi la liaison des lysosomes aux protéines KIF5. Diverses manières d'interférer négativement avec cette chaîne d'interacteurs inhibent le mouvement des lysosomes vers la périphérie cellulaire, entraînant l'effondrement de l'ensemble de la population lysosomale vers le centre cellulaire (Fig. 2). A l'inverse, la surexpression de certains composants de cette cascade, comme SKIP, provoque une accumulation de lysosomes à la périphérie cellulaire (Fig. 2). Un mécanisme alternatif de couplage des endosomes tardifs à la kinésine-1 implique la protrudine ER-ancrée, qui se lie simultanément à la petite GTPase Rab7 (qui a deux isoformes chez les mammifères, Rab7a et Rab7b, ci-après génériquement appelée Rab7) et le phosphatidylinositol 3 -phosphate [PtdIns(3)P] pour ponter le RE et les membranes lysosomales. La protrudine transfère ensuite les endosomes tardifs à l'effecteur Rab7 FYVE et à la protéine contenant le domaine coiled-coil (FYCO1) et à la kinésine-1 pour le mouvement tardif de l'endosome vers la périphérie cellulaire (Matsuzaki et al., 2011 Raiborg et al., 2016) ( illustration 4).

Mécanismes de transport tardif de l'endosome et du lysosome le long des microtubules. Le transport antérograde de l'endosome tardif (LE) et du transport des lysosomes est médié par un ensemble de BORC, Arl8, SKIP et de la kinésine-1 (un hétérotétramère composé de deux chaînes KLC et de deux chaînes KIF5). Un mécanisme alternatif de transport antérograde utilise Rab7 et FYCO1 comme adaptateurs à la kinésine-1. FYCO1 est chargé sur les endosomes tardifs par l'action de la protrudine ancrée au RE. Il a également été démontré que d'autres kinésines représentées sur la figure 3 entraînent le transport antérograde des lysosomes, mais leurs mécanismes de couplage sont moins bien compris. Le transport rétrograde est médié par Rab7, RILP, ORP1L et la dynéine-dynactine. Les noms de certaines des sous-unités de dynactine sont indiqués (p150-collé, Arp1). Sous des concentrations faibles en cholestérol, ORP1L interagit avec la protéine à ancrage ER VAPA, conduisant à la dissociation de la dynéine et à la redistribution des lysosomes vers la périphérie cellulaire.

Mécanismes de transport tardif de l'endosome et du lysosome le long des microtubules. Le transport antérograde de l'endosome tardif (LE) et du transport des lysosomes est médié par un ensemble de BORC, Arl8, SKIP et de la kinésine-1 (un hétérotétramère composé de deux chaînes KLC et de deux chaînes KIF5). Un mécanisme alternatif de transport antérograde utilise Rab7 et FYCO1 comme adaptateurs à la kinésine-1. FYCO1 est chargé sur les endosomes tardifs par l'action de la protrudine ancrée au RE. Il a également été démontré que d'autres kinésines représentées sur la figure 3 entraînent le transport antérograde des lysosomes, mais leurs mécanismes de couplage sont moins bien compris. Le transport rétrograde est médié par Rab7, RILP, ORP1L et la dynéine-dynactine. Les noms de certaines des sous-unités de dynactine sont indiqués (p150-collé, Arp1). Sous des concentrations faibles en cholestérol, ORP1L interagit avec la protéine VAPA ancrée dans le RE, conduisant à la dissociation de la dynéine et à la redistribution des lysosomes vers la périphérie cellulaire.

Une étude récente a montré que le recrutement des protéines kinésine-3 KIF1A et KIF1Bβ dépend également de BORC et Arl8 (Guardia et al., 2016), ainsi que de plusieurs parties du domaine de queue C-terminal (Bentley et al. , 2015 Guardia et al., 2016). On en sait beaucoup moins sur les mécanismes qui couplent d'autres kinésines aux lysosomes. Pour la kinésine-2 KIF3A, la protéine accessoire KAP3 a été impliquée dans le mouvement des lysosomes (Brown et al., 2005), mais d'autres régulateurs et adaptateurs potentiels restent à identifier. Il serait particulièrement intéressant d'étudier si les voies régulées par Arl8 et Rab7 fonctionnent également pour d'autres kinésines impliquées dans le mouvement des lysosomes.


Pourquoi étudier la biologie des lysosomes ?

Les lysosomes sont des organites de dégradation présents dans tous les types de cellules eucaryotes et remplissent de multiples fonctions critiques en plus de leur rôle de &lsquoincinerator&rsquo dans la cellule. Les lysosomes sont l'épicentre de toutes les voies de trafic et intègrent le métabolisme cellulaire pour permettre des décisions critiques sur la vie et la mort, et la croissance ou la quiescence. Ce sont des organites d'une importance critique, comme en témoignent les erreurs génétiques innées appelées collectivement « maladies de stockage des lysosomes » qui résultent d'une carence en protéines structurelles ou enzymatiques dans les lysosomes et déclenchent un dysfonctionnement global des lysosomes. Ces maladies affectent le système nerveux central et/ou le cœur dans chaque cas, ce qui indique à quel point la fonction des lysosomes est critique pour ces types de cellules primaires différenciées. Mon principal intérêt de laboratoire est de définir le rôle des lysosomes dans l'homéostasie cellulaire et la réponse au stress. Les travaux de notre laboratoire et d'autres ont découvert des preuves d'un dysfonctionnement acquis des lysosomes dans les maladies cardiovasculaires, métaboliques et neurodégénératives. Nous avons montré que le dysfonctionnement acquis des lysosomes est un contributeur majeur à la perte de myocytes cardiaques dans les lésions d'ischémie-reperfusion myocardique et dans la cardiomyopathie et l'insuffisance cardiaque. Nos travaux ont également étendu ces résultats pour découvrir des preuves d'un dysfonctionnement des lysosomes dans divers types de cellules du SNC dans la maladie d'Alzheimer et dans les cellules bêta du pancréas dans le diabète induit par l'obésité. Remarquablement, toutes ces maladies sont prédisposées par un ensemble commun de facteurs de risque. Par exemple, le vieillissement est un facteur de risque commun pour toutes ces maladies et a été impliqué dans le dysfonctionnement progressif des lysosomes. En tant que chercheur principal ou co-investigateur sur des études financées par des mécanismes de financement nationaux, nous avons développé l'expertise et les outils pour perturber et évaluer expérimentalement la biologie des lysosomes, parallèlement à la modélisation de la maladie dans les systèmes in vitro et in vivo. Notre objectif est de comprendre les mécanismes du dysfonctionnement acquis des lysosomes dans les maladies humaines, d'évaluer l'efficacité et l'innocuité du ciblage thérapeutique de la biogenèse et de la fonction des lysosomes dans des modèles animaux et de développer des thérapies pouvant être transposées aux humains pour traiter les maladies caractérisées par un dysfonctionnement acquis des lysosomes.


Lysosomes

Les lysosomes sont des organites cytoplasmiques vésiculaires liés à la membrane contenant des enzymes hydrolytiques. Ainsi, les lysosomes sont des vésicules spécialisées dans les cellules qui digèrent de grosses molécules grâce à l'utilisation d'enzymes hydrolytiques. Ils se trouvent dans presque toutes les cellules animales et restent dispersés dans le cytoplasme. Les lysosomes ne sont pas observés dans les cellules végétales, à l'exception de ceux du tissu méristématique. Le nombre de lysosomes dans les cellules animales est variable. Ceux-ci sont présents en grand nombre dans les cellules sécrétoires et les globules blancs.

Origine des lysosomes

Par l'action conjointe du réticulum endoplasmique et du corps de Golgi, les lysosomes sont formés. Les enzymes hydrolytiques des lysosomes sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique rugueux, puis transmises au corps de Golgi, d'où, en conclusion, par un processus de bourgeonnement, des vésicules liées à la membrane et remplies d'enzymes sont libérées dans le cytoplasme appelé lysosomes.

Structure des lysosomes

Tout comme les vésicules fermées par la membrane, les lysosomes ressemblent généralement. La membrane environnante est une membrane unique comme la membrane cellulaire. Le diamètre moyen varie de 0,2 à 0,8 um. La forme, la taille et la structure interne des lysosomes sont de nature variable. Dans certains cas, la partie interne est plus dense que sa partie externe, tandis que dans d'autres, la partie externe est plus dense que la partie interne. Il y a des granules et de minuscules vacuoles sont observées dans les lysosomes. Les lysosomes contiennent des enzymes hydrolytiques, tandis que les micro-organismes contiennent des enzymes oxydatives. Ainsi, bien que les lysosomes et les micro-corps aient des structures similaires car les deux sont liés à une seule membrane, de petits organites vésiculaires contenant des enzymes spécifiques, mais ils ne doivent pas être confondus.

Fonctions des lysosomes

En bref, les lysosomes ont les types de fonctions suivants :
i) Digestion extracellulaire
ii) Digestion intracellulaire
iii) Action bactéricide
iv) Fécondation
v) Sécrétion hormonale
vi) Protection contre les maladies.

Digestion extracellulaire

Les lysosomes nouvellement formés sont appelés lysosomes primaires qui contiennent un type spécifique d'enzyme. Certaines cellules exsudent des enzymes lysosomes dans leur environnement pour l'hydrolyse ou la digestion des matériaux extracellulaires. C'est appelé digestion extracellulaire. Les champignons saprophytes tirent leur nutrition de ce type de digestion extracellulaire.

Digestion intracellulaire

La digestion d'un matériau dans une cellule est appelée digestion intracellulaire. Selon que le matériel à digérer est exogène ou endogène, il peut être respectivement de l'un ou l'autre des deux types : -
a) l'hétérophagie
b) l'autophagie

Hétérophagie

Il s'agit d'un processus dans lequel un matériau englouti par une cellule est digéré en son sein. The material engulfed by phagocytosis or pinocytosis forms a digestive vacuole or phagosome which then fuses with a primary Lysosomes to form a secondary Lysosomes or heterophagosome. Inside it, the food particles are hydrolysed and the, digestion products are absorbed into the cytoplasm across its membrane. If some undigested residue is left in the heterophagosome, such Lysosomes are called residual body which expels the excretory materials from the cell.

Autophagy

Autophagy is a process by which the old, non-functional and spoiled organelles of a cell are digested by its own lysosomal enzymes. In this process, a primary Lysosomes engulfs a non-functional organelle to form an autophagosome within which the organelle is digested and its constituents are absorbed into the cytoplasm. The hydrolytic enzymes of Lysosomes remain enclosed within its membrane so that the living and active mechanism of a cell are protected from autolysis. It to be noted that the hydrolytic enzymes are released in the cytoplasm and the entire cell is self digested which is called autolysis of a cell.

Bactericidal action

Lysosomes of phagocytic cells contain bactericidal agents that help to kill and destroy the bacteria engulfed by the cell.

Fertilisation

Throughout fertilization, the lysosomal enzyme secreted from the sperms disperses the cells covering the ovum so as to make possible union of gametes. This is a extracellular digestion by lysosomal enzymes.

Hormone secretion

Discharge of thyroid hormone-from its site of storage in the gland is mediated by the action of lysosomal enzymes of thyroid cells.

Protection from diseases

Not working of Lysosomes is associated with a number of diseases like inflammation, arthritis, storage disease, cancer etc.


A lysosome has three main functions: the breakdown/digestion of macromolecules (carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids), cell membrane repairs, and responses against foreign substances such as bacteria, viruses and other antigens. When food is eaten or absorbed by the cell, the lysosome releases its enzymes to break down complex molecules including sugars and proteins into usable energy needed by the cell to survive. If no food is provided, the lysosome&rsquos enzymes digest other organelles within the cell in order to obtain the necessary nutrients.

In addition to their role as the digestive component and organelle-recycling facility of animal cells, lysosomes are considered to be parts of the endomembrane system. Lysosomes also use their hydrolytic enzymes to destroy pathogens (disease-causing organisms) that might enter the cell. A good example of this occurs in a group of white blood cells called macrophages, which are part of your body&rsquos immune system. In a process known as phagocytosis or endocytosis, a section of the plasma membrane of the macrophage invaginates (folds in) and engulfs a pathogen. La section invaginée, avec l'agent pathogène à l'intérieur, se pince ensuite de la membrane plasmique et devient une vésicule. La vésicule fusionne avec un lysosome. The lysosome&rsquos hydrolytic enzymes then destroy the pathogen.

Figure: Lysosomes digest foreign substances that might harm the cell: A macrophage has engulfed (phagocytized) a potentially pathogenic bacterium and then fuses with a lysosomes within the cell to destroy the pathogen. Other organelles are present in the cell but for simplicity are not shown.

A lysosome is composed of lipids, which make up the membrane, and proteins, which make up the enzymes within the membrane. Usually, lysosomes are between 0.1 to 1.2&mum, but the size varies based on the cell type. The general structure of a lysosome consists of a collection of enzymes surrounded by a single-layer membrane. The membrane is a crucial aspect of its structure because without it the enzymes within the lysosome that are used to breakdown foreign substances would leak out and digest the entire cell, causing it to die.

Lysosomes are found in nearly every animal-like eukaryotic cell. They are so common in animal cells because, when animal cells take in or absorb food, they need the enzymes found in lysosomes in order to digest and use the food for energy. On the other hand, lysosomes are not commonly-found in plant cells. Lysosomes are not needed in plant cells because they have cell walls that are tough enough to keep the large/foreign substances that lysosomes would usually digest out of the cell.


Lysosome

Nos rédacteurs examineront ce que vous avez soumis et détermineront s'il faut réviser l'article.

Lysosome, subcellular organelle that is found in nearly all types of eukaryotic cells (cells with a clearly defined nucleus) and that is responsible for the digestion of macromolecules, old cell parts, and microorganisms. Each lysosome is surrounded by a membrane that maintains an acidic environment within the interior via a proton pump. Lysosomes contain a wide variety of hydrolytic enzymes ( acid hydrolases) that break down macromolecules such as nucleic acids, proteins, and polysaccharides. These enzymes are active only in the lysosome’s acidic interior their acid-dependent activity protects the cell from self-degradation in case of lysosomal leakage or rupture, since the pH of the cell is neutral to slightly alkaline. Lysosomes were discovered by the Belgian cytologist Christian René de Duve in the 1950s. (De Duve was awarded a share of the 1974 Nobel Prize for Physiology or Medicine for his discovery of lysosomes and other organelles known as peroxisomes.)

Lysosomes originate by budding off from the membrane of the trans-Golgi network, a region of the Golgi complex responsible for sorting newly synthesized proteins, which may be designated for use in lysosomes, endosomes, or the plasma membrane. The lysosomes then fuse with membrane vesicles that derive from one of three pathways: endocytosis, autophagocytosis, and phagocytosis. In endocytosis, extracellular macromolecules are taken up into the cell to form membrane-bound vesicles called endosomes that fuse with lysosomes. Autophagocytosis is the process by which old organelles and malfunctioning cellular parts are removed from a cell they are enveloped by internal membranes that then fuse with lysosomes. Phagocytosis is carried out by specialized cells (e.g., macrophages) that engulf large extracellular particles, such as dead cells or foreign invaders (e.g., bacteria), and target them for lysosomal degradation. Many of the products of lysosomal digestion, such as amino acids and nucleotides, are recycled back to the cell for use in the synthesis of new cellular components.

Lysosomal storage diseases are genetic disorders in which a genetic mutation affects the activity of one or more of the acid hydrolases. In such diseases, the normal metabolism of specific macromolecules is blocked and the macromolecules accumulate inside the lysosomes, causing severe physiological damage or deformity. Hurler syndrome, which involves a defect in the metabolism of mucopolysaccharides, is a lysosomal storage disease.

Les rédacteurs de l'Encyclopaedia Britannica Cet article a été récemment révisé et mis à jour par Kara Rogers, rédactrice en chef.


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Can somebody help me regarding the best concentration of lysosomes to lysis the protein. Thank you in advance. anon336301 May 27, 2013

@TreeMan and titans62: The cell uses diffusion and osmosis to get rid of waste. -- Sophomore at UW-Madison jcraig October 15, 2011

@jmc88 - I tried to look up some information about Tay-Sachs disease, but I couldn't really find anything about the exact mechanisms that cause it. All I could find out was that it is a disease of the nervous system.

As far as the function of the lysosomes, is there any interaction with vacuoles in terms of either transferring materials or pH balance in the cell?

Also, the article mentioned quite a few different molecules you could expect to find in a lysosome that help break down proteins and other molecules. Where are the enzymes created in the first place? Are there other organelles that are responsible for building the enzymes and then passing them on to the lysosome, or does the lysosome create enzymes itself? jmc88 October 14, 2011

@TreeMan - I may be completely wrong about this, but I seem to remember something in my high school biology class about there being special cells that are designed to seek out old or unnecessary cells and "eat" them. I'm sure during that process, the lysosome materials from one cell and transferred to another.

Since a ruptured lysosome would be dangerous for a cell, I'm curious if there are any diseases or viruses that specifically target the wall of the lysosome and cause it to burst and destroy cells. Maybe that is what Tay-Sachs does. Est-ce que quelqu'un sait? TreeMan October 14, 2011

@titans62 - I am not certain, but my best guess would be that the lysosome connects with the cell membrane and releases the waste materials into the lymph system where the molecules are picked up by white blood cells and carried to other parts of the lymph system to eventually be excreted by the body.

Along those same lines, do white blood cells tend to have more lysosomes compared to something like a nerve cell, for instance?

What happens to the material inside the lysosomes when a cell is destroyed or accidentally ruptures? How does an organism make sure that cells around it aren't damaged?

I had heard of Tay-Sachs disease, but didn't have any idea it was caused by a problem with an organelle in the cell. What exactly happens in Tay-Sachs disease, and how are the lysosomes involved? Is there any way to prevent the disease? If I remember correctly, it is usually something that affects you when you are young.

Something else I was wondering about the lysosome function is how the lysosome actually gets rid of waste materials after it is done breaking them down. Does it just release them into the blood stream somehow, or what happens, since the article mentions the waste materials being very acidic?


Lysosome

The main function of these microscopic organelles is to serve as digestion compartments for cellular materials that have exceeded their lifetime or are otherwise no longer useful. In this regard, the lysosomes recycle the cell's organic material in a process known asautophagy. Lysosomes break down cellular waste products, fats, carbohydrates, proteins, and other macromolecules into simple compounds, which are then transferred back into the cytoplasm as new cell-building materials. To accomplish the tasks associated with digestion, the lysosomes utilize about 40 different types of hydrolytic enzymes, all of which are manufactured in the endoplasmic reticulum and modified in the Golgi apparatus. Lysosomes are often budded from the membrane of the Golgi apparatus, but in some cases they develop gradually from late endosomes, which are vesicles that carry materials brought into the cell by a process known as endocytosis.

Like other microbodies, lysosomes are spherical organelles contained by a single layer membrane, though their size and shape varies to some extent. This membrane protects the rest of the cell from the harsh digestive enzymes contained in the lysosomes, which would otherwise cause significant damage. The cell is further safeguarded from exposure to the biochemical catalysts present in lysosomes by their dependency on an acidic environment. With an average pH of about 4.8, the lysosomal matrix is favorable for enzymatic activity, but the neutral environment of the cytosol renders most of the digestive enzymes inoperative, so even if a lysosome is ruptured, the cell as a whole may remain uninjured. The acidity of the lysosome is maintained with the help of hydrogen ion pumps, and the organelle avoids self-digestion by glucosylation of inner membrane proteins to prevent their degradation.

The discovery of lysosomes involved the use of a centrifuge to separate the various components of cells. In the mid-twentieth century, the Belgian scientist Christian René de Duve was investigating carbohydrate metabolism of liver cells and observed that that the cells released an enzyme called acid phosphatase in larger amounts when they received proportionally greater damage in the centrifuge. To explain this phenomenon, de Duve suggested that the digestive enzyme was encased in some sort of membrane-bound organelle within the cell, which he dubbed the lysosome. After estimating the probable size of the lysosome, he was able to identify the organelle in images produced with an electron microscope.

Lysosomes are found in all animal cells, but are most numerous in disease-fighting cells, such as white blood cells. This is because white blood cells must digest more material than most other types of cells in their quest to battle bacteria, viruses, and other foreign intruders. Several human diseases are caused by lysosome enzyme disorders that interfere with cellular digestion. Tay-Sachs disease, for example, is caused by a genetic defect that prevents the formation of an essential enzyme that breaks down complex lipids calledgangliosides. An accumulation of these lipids damages the nervous system, causes mental retardation, and death in early childhood. Also, arthritis inflammation and pain are related to the escape of lysosome enzymes.


Voir la vidéo: MOOC côté cours: Les lysosomes (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Kylan

    Il y a quelque chose dans ce domaine. Merci beaucoup pour votre aide avec ce problème. Je ne le savais pas.

  2. Keely

    C'est improbable!

  3. Stanwic

    Il est compris de deux manières comme ça



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