Transport membranaire : trafic vésiculaire
Voie sécrétoire

La voie sécrétoire est une des voies du trafic vésiculaire, l'autre étant l'endocytose.

Les protéines sécrétées qui composent le sécrétome représentent 9 à 15 % du protéome humain total et jouent un rôle majeur dans la physiologie cellulaire, la pathologie et la communication intercellulaire (A Model for the biosynthesis and transport of plasma membrane-associated signaling receptors to the cell surface 2012).

La voie sécrétoire peut être divisée en deux :

• la voie sécrétoire traditionnelle de loin la plus fréquente, qui passe obligatoirement par l'appareil de Golgi,
• la voie sécrétoire non conventionnelle (UPS ou Unconventional Protein Secretion) qui contourne la nécessité de passer par l'AG

Voie sécrétoire conventionnelle

La voie sécrétoire traditionnelle conduit les protéines solubles ou membranaires synthétisées par le réticulum endoplasmique (RE) à l'appareil de Golgi après avoir traversé le compartiment intermédiaire RE-Golgi (ERGIC).

Les protéines destinées à la sécrétion sont emballées dans des vésicules de sécrétion par bourgeonnement de l'appareil de Golgi.

Cependant, certains processus sont bien codifiés.

Début de la voie sécrétoire

1. Cette voie commence au niveau du réticulum endoplasmique (RE) où se produit la synthèse de protéines sécrétées.

a. Un événement précoce majeur de cette voie est l'insertion de protéines destinées à la sécrétion, telles que les protéines de la matrice extracellulaire, les cytokines, les hormones peptidiques et les neuropeptides, dans la lumière du RE.

• Cette translocation est médiée par une courte séquence hydrophobe à l'extrémité N-terminale appelée peptide signal ou séquence leader, i.e. segment de 15 à 30 acides aminés
• Les récepteurs hormonaux et neurotransmetteurs, les molécules d'adhésion et les pompes ioniques de la membrane plasmique sont en outre équipés d'un ou plusieurs domaines transmembranaires en plus de du peptide signal.

b. Dans le RE, les protéines sécrétées subissent plusieurs modifications importantes :

• clivage du peptide signal,
• protéolyse,
• glycosylations.

2. Ces protéines nouvellement synthétisées se déplacent ensuite vers l'appareil de Golgi, après avoir traversé le compartiment intermédiaire ER-Golgi (ERGIC).

a. À partir du RE, les protéines sortent dans les vésicules COPII, mais aussi par protrusion ( modèles de transport RE/Golgi).

b. Dans le Golgi, les protéines subissent d'autres réactions supplémentaires (Golgi structure formation, function, and post-translational modifications in mammalian cells 2017) :

• glycosylation ou déglycosylation (Golgi Glycosylation and Human Inherited Diseases 2011),
• sulfatation,
• phosphorylation.

Ces modifications se produisent de manière séquentielle bien ordonnée du cis-Golgi vers le Golgi médian pour arriver au trans-Golgi (TGN), suivant différents modèles ( modèles de transport intra-Golgien).

Destination des vésicules sécrétoires

Les protéines destinées à la sécrétion sont emballées dans des vésicules de sécrétion qui bourgeonnent de l'appareil de Golgi qui les transportent ensuite vers différents compartiments.

• 

  Les protéines sécrétées sont conditionnées dans des vésicules de sécrétion à la sortie du TGN, dans des mécanismes impliquant différents types d'adaptateurs (Regulation of cargo export and sorting at the trans-Golgi network 2019 et Cargo Sorting at the trans-Golgi Network for Shunting into Specific Transport Routes: Role of Arf Small G Proteins and Adaptor Complexes 2019).
• Les granules sécrétoires résultants peuvent encore mûrir avec une condensation de leur contenu et la récupération de certains de ses composants (Regulation of secretory granule size by the precise generation and fusion of unit granules 2010).

1. Les vésicules se dirigent vers la membrane plasmique où elles peuvent être :

• soit incorporées à la membrane (transporteurs, récepteurs, canaux ioniques…),
• soit sécrétées à l'extérieur de la cellule (enzymes, hormones, protéines sériques, collagène…) : on parle alors d'exocytose.

L'exocytose concerne également les neurotransmetteurs ou l'élimination de déchets.

2. Les vésicules se dirigent vers les lysosomes à contenu acide (3,5 à 5) en passant par les endosomes :

• soit pour être détruites,
• soit pour servir de stockage pour les acides aminés,
• soit incorporées dans la membrane du lysosome comme les pompes à protons, les canaux ioniques ou les transporteurs de petites molécules qui libèrent des enzymes digestives dites lysosomiales.

c. Certaines vésicules peuvent retournées vers le réticulum endoplasmique (RE) pour recycler les protéines endoplasmiques.

Particularités de la
voie sécrétoire

1. La voie sécrétoire conventionnelle peut être constitutive ou régulée, se référant en général à une régulation par la concentration de calcium intracellulaire, parfois à d'autres seconds messagers (Protein Secretion and the Endoplasmic Reticulum 2012 et exocytose 2008).

• La sécrétion constitutive comme celle du collagène, des protéoglycanes et d'interleukines se produit constamment dans toutes les cellules ( constitutive secretion).
• La sécrétion régulée telle que la libération d'hormones peptidiques telles que l'insuline ou les neuropeptides se produit dans certaines cellules animales spécialisées lors d'un signal de signalisation ( regulated secretion).

2. La voie sécrétoire peut être :

• antérograde, c'est-à-dire qu'elle fait passer les vésicules du réticulum endoplasmique vers l'appareil de Golgi (cis, médian, puis trans), pour les amener à leur cible finale (membrane plasmique, lysosomes),
• rétrograde, c'est-à-dire que le trajet s'effectue dans le sens inverse, mais seulement au niveau de l'appareil de Golgi : trans, médian et cis, ou cis pour retourner au réticulum.

Voie sécrétoire non traditionnelle (UPS)

1. Deux catégories de protéines sont sécrétées de manière non conventionnelle.

• la première comprend des protéines cytoplasmique sans peptide signal et sans domaine transmembranaire, la plupart des protéines sécrétées par UPS, qui traversent la membrane plasmique et sont actives dans le milieu extracellulaire, i.e. sécrétions de type I, II et III.

Ces protéines peuvent contenir d'autres signaux qui dirigent leur sécrétion.

• La deuxième catégorie comprend des protéines avec un peptide signal et/ou un domaine transmembranaire qui entrent dans le réticulum endoplasmique (RE), mais contournent l'appareil de Golgi appareil sur leur chemin vers la membrane plasmique, i.e. sécrétions de type IV.

2. Leur mode de sécrétion a été classé en quatre classes (Pathways of Unconventional Protein Secretion 2017 et Unconventional mechanisms of eukaryotic protein secretion 2018).

Les sécrétions de type I et de type II ne dépendent ni des protéines vésiculaires, ni des protéines SNARE.

• La sécrétion de type I correspond à la translocation médiée par les pores lipidiques des protéines cytoplasmiques à travers la membrane plasmique.
• La sécrétion de type II est la sécrétion basée sur le transporteur ABC des protéines acylées.

Les sécrétions de type III et de type IV dépendent de protéines vésiculaires et de protéines SNARE.

• La sécrétion de type III est l'emballage de protéines cytoplasmiques dans des vésicules qui sont origine d'originaires des autophagosomes, des endosomes et des lysosomes qui fusionnent avec la membrane plasmique et libèrent ces protéines dans l'espace extracellulaire ( exocytose lysosomale).
• La sécrétion de type IV ou Golgi-bypass implique des protéines transmembranaires du réticulum endoplasmique (RE) qui atteignent la membrane plasmique pour être sécrétées.

Modèles de la voie sécrétoire