Système endo-lysosomal : lysosomes
Vue d'ensemble

Remarques préliminaires

Définition improbable

Les lysosomes forment une population organique hétérogène, considérés comme des organites fonctionnellement apparentés : leur classification est donc difficile.

1. Les lysosomes sont quelquefois qualifiés de lysosomes terminaux pour essayer de les distinguer :

• des endo-lysosomes, organites hybrides entre les lysosomes terminaux et les endosomes tardifs où la dégradation a lieu, i.e. la distinction entre les endosomes tardifs et les lysosomes n'est pas facile non plus ( questions de nomenclature).
• des endo/lysosomes, qui a été utilisé pour qualifier un mélange d'endosomes tardifs, d'endo-lysosomes et de lysosomes, en particulier lors de l'utilisation de marqueurs comme LAMP1, qui, par ailleurs, ne les différencie pas correctement,
• des protolysosomes, lysosomes immatures qui bourgeonnent des autolysosomes et contiennent des protéines membranaires lysosomales, mais pas des enzymes hydrolytiques ou des cargos.

Les protolysosomes mûrissent ensuite en lysosomes fonctionnels, mais les mécanismes ne sont pas connus.

Remarque : les articles scientifiques utilisent souvent les termes endosomes tardifs, endosomes ou corps mutivésiculaires (MVE/MVB) et endo-lysosomes comme synonymes ( questions de nomenclature).

En français, lysosomal et lysosomial peuvent s'employer indifféremment.

2. De plus, un groupe très hétérogène d'organites sont liés aux lysosomes, et partagent les machines de biogenèse lysosomale ou sont formés par interaction avec les lysosomes existants.

• Les LRO (Lysosome-Related Organelles ou organites liés aux lysosomes) sont des lysosomes spécialisés qui partagent des machines de biogenèse des lysosomes (liste des LRO)
• Les phagolysosomes, i.e. issus de la phagocytose, macropinosomes, i.e. issus de la macropinocytose et les autolysosomes, i.e. issus de l'autophagie, deviennent des " lysosomes-like " en fusionnant avec des lysosomes (Autophagosomes, phagosomes, autolysosomes, phagolysosomes, autophagolysosomes… Wait, I’m confused 2014).

Les lysosomes peuvent varier considérablement entre les types de cellules ou même dans la même cellule ( morphologie des lysosomes).

Fonctions

1. Les lysosomes et les organites du système endo-lysosomal et autophagique ont longtemps été considérés uniquement comme des centres de dégradation pour l'élimination de déchets cellulaires (Lysosomal Biology and Function: Modern View of Cellular Debris Bin 2020).

Cette élimination est essentielle pour l'homéostasie cellulaire et de nombreuse pathologies sont liées à une accumulation intracellulaire de substrats non digérés ( LSD et maladies neurodégénératives).

2. Toutefois, le contenu des lysosomes et des organites du système endo-lysosomal et autophagique peut être déversé à l'extérieur de la cellule, contribuant à la clearance et à la communication cellulaire, par deux processus :

• l'exocytose lysosomale,
• la sécrétion des exosomes dans certaines conditions (trafic et libération des exosomes)

Les autophagosomes, outre le fait de fusionner avec des lysosomes pour la dégradation cellulaire, peuvent :

• libérer des protéines, sans peptide N-terminal, pour une sécrétion non conventionnelle,
• se débarrasser des agents infectieux.

Les exosomes, qui au départ, étaient considéré comme un outil pour expulser des matériaux inutiles dans le milieu extracellulaire, contiennent des molécules fonctionnellement pertinentes. Ils participent à une voie supplémentaire pour transmettre un signal extracellulaire.

Les LRO (Lysosome-Related Organelles ou organites liées aux lysosomes) comprennent un groupe diversifié d'organites sub-cellulaires spécifiques à un type de cellule et liées à la membrane qui dérivent au moins en partie du système endo-lysosomal mais qui ont un contenu, des morphologies et des fonctions uniques pour soutenir des rôles physiologiques dans des cellules spécifiques ( LRO versus autres compartiments sécrétoires).

Remarque : N'oublions pas, dans les organites de sécrétion, les granules sécrétoires qui tirent la majeure partie de leur contenu de l'appareil de Golgi.

Morphologie des lysosomes

Les lysosomes, organites hétérogènes, dynamiques et limités par une membrane comme les endosomes, peuvent varier considérablement entre les types de cellules ou même dans la même cellule.

1. Leur nombre peut varier de quelques dizaines à quelques centaines par cellule et ils peuvent atteindre jusqu'à 5% du volume intracellulaire.

2. Leur morphologie est aussi variable (Lysosomal size matters 2019).

a. Les lysosomes sont la plupart du temps sphériques, mesurant de 0,2 à 0,5 μ.

b. Toutefois, ils peuvent être tubulaires et atteindre plus de 15 μ :

• suite à un infection comme dans les cellules immunitaires,
• à une famine prolongée, lorsque les niveaux de nutriments sont restaurés par le processus d'autophagie.

Ce remodelage est particulièrement spectaculaire dans les macrophages, lors de réponses à des stimuli tels que le lipopolysaccharide (LPS) ou la présence de lymphocytes T dans le cadre du processus de transfert de MHC II chargé de peptides vers la membrane plasmique ( tubulation des lysosomes).

Remarque : les lysosomes, lors de la fission, peuvent engendrer des vésicules ou des tubules dits intermédiaires, i.e. moins stables.

3. La distribution des lysosomes, i.e. périphériques versus périnucléaires, est primordiale pour leur fonction ( positionnement des lysosomes).

Les lysosomes périnucléaires, par rapport aux lysosomes périphériques :

• 

• sont plus acides ( acidité lysosomale),
• reçoivent des cargos plus facilement,
• sont moins mobiles.

4. La petite GTPase lysosomale Arl8b (Arf-like GTPase8b ou ADP ribosylation factor like GTPase 8B) est une GTPase qui intervient dans la maturation des endosomes tardifs vers les lysosomes ( transport des endosomes tardifs/lysosomes).

Trafic des lysosomes

Le trafic des lysosomes est conditionné par :

• les molécules motrices, i.e. kinésines et dynéine,
• le réticulum endoplasmique (RE).

1. Les protéines motrices de microtubules transportent les organites rapidement sur de grandes distances et de manière bidirectionnelle.

• La plupart des kinésines déplacent les organites de l'extrémité moins vers l'extrémité plus (transport antérograde ou centrifuge).
• La dynéine provoque le déplacement en sens inverse, de l'extrémité plus vers l'extrémité moins, (transport rétrograde ou centripète).

2. Les moteurs de l'actine, i.e. les myosines, interviennent sur de courtes distances et de manière lente (transport par le cytosquelette d'actine).

3. Le réticulum endoplasmique (RE), omniprésent dans tout le cytoplasme, joue un rôle majeur dans le contrôle du mouvement et du positionnement global des organites endo-lysosomaux ( trafic des endosomes lié au MCS du RE).

Fusion et fission lysosomale

Structure des lysosomes