Neurophysiologie : synapse
Vésicules synaptiques : cycle vésiculaire
Molécules impliquées et modèle récent

Molécules impliquées dans le cycle vésiculaire

1. Le rôle du calcium (Ca⁺⁺) est omniprésent dans l'électrosécrétion soutenu par les senseurs calciques ( senseurs calciques et cycle vésiculaire) :

• dans la préparation de la fusion par son action sur certaines molécules (étapes 1-2 et étapes 3-4),
• dans la fusion ( étapes 5),
• dans l'endocytose et dans le type d'endocytose ( étapes 6).

2. De nombreuses protéines, dont la liste n'est pas exhaustive car les découvertes s'enchaînent, interviennent dans le cycle vésiculaire :

• 

  les senseurs calciques, dont Munc13, les synaptotagmines 1, 3 et 7, Doc2, CAPS, ainsi que leurs régulateurs, calcineurine et la calmoduline,
• les RIM, RIM-BP, ELKS/CAST et liprine-α, Bassoon et Piccolo de la CAZ (Cytomatrix Active Zone)…
• les syndapines, les synapsines, l'α-synucléine,
• les protéines SNARE, i.e. qui interviennent dans la fusion et la fission,
• la complexine (Cplx), protéine activatrice/régulatrice,
• les protéines Munc, Munc18 et Munc13, les facteurs d'assemblage du complexe SNARE,
• α-SNAP/Sec17 et NSF/Sec18, les facteurs de désassemblage du complexe SNARE,

• 

  la dynamine, qui est maintenant connue pour intervenir dans la préparation de la courbure, la formation des vésicules et leur fission,
• le réseau d'actomyosine omniprésent,
• les protéines à domaine N-BAR, Eps15, Fcho1/2, endophiline, epsine, amphiphysines 1/2…
• les adaptines (AP), AP180…
• la clathrine,
• les enzymes de phosphorylation et déphosphorylations…
  

3. L'une des classes les plus abondantes de molécules sont les petites GTPases Rab au moins au nombre de 15 jusqu'à 25 selon les études ( tableau).

4. Les phosphoinositolipides dont PI(4,5)P2, et leurs enzymes, interviennent dans les modifications membranaires.

Paramètres du cycle

Vue d'ensemble

1. L'exocytose est dépendante de nombreux paramètres (Exocytosis and Endocytosis: Modes, Functions, and Coupling Mechanisms 2014 et Molecular Mechanisms for Synchronous, Asynchronous, and Spontaneous Neurotransmitter Release 2014) :

• probabilité de libération des vésicules (pr),
• synchronisation de la libération ( trois modes de libération présynaptiques)
• taux et la quantité de la teneur de la vésicule,
• disponibilité des sites de libération.

2. L'efficacité de l'endocytose dépend de la vitesse, du nombre et de la taille de l'endocytose vésiculaire ( endocytose des vésicules synaptiques).

Transformations membranaires exo-endocytose

1. Les transformations membranaires comprennent :

• 

  l'hémifusion et la transition hémifusion à fusion complète,
• l'expansion des pores de fusion,
• la constriction,
• l'hémifission et la transition hémifission à fission complète,
• l'élargissement ou le rétrécissement du profil Ω fusionnant ( profils Ω et modes de fusion),
• la fusion des composés séquentiels et le kiss-and-run,
• la compound fusion, i.e. fusion composée ou combinée,
• la transition Plat ➞ Λ ➞ Ω ➞ Ο.

2. Ces transformations offrent de nombreux mécanismes constants ou sous-estimés pour contrôler l'exo-endocytose.

Les pores de fusion sont dynamiques et peuvent :

• se dilater jusqu'à la largeur de la vésicule,
• puis, se rétrécir et se fermer, tandis que la taille du profil vésiculaire fusionné peut rester inchangée, s'agrandir, se rétrécir partiellement ou se rétrécir complètement.

Modèle possible

1. Ce nouveau modèle diffère du cadre classique sous trois aspects (Membrane transformations of fusion and budding 2024).

• La fusion à effondrement complet (full-collapse fusion) est remplacée par la fusion par rétrécisement (shrink fusion ou shrink-collapse fusion),
• Le kiss-and-run est redéfini pour inclure toute taille de pores qui peut limiter ou favoriser la libération et la formation de différentes tailles de vésicules selon le profil agrandi-fermé (enlarge-close) ou rétréci-fermé (shrink-close).
• Les fusions par rétrécissement et élargie, plutôt que les effondrements complets et kiss-and-run classiques, utilisent les grands et les petits pores pour promouvoir et limiter la libération de contenu, respectivement.

2. Le modèle décrit doit être amélioré, car de nombreuses questions n'ont pas encore de réponses.

• Comment la dynamine concurrence les protéines SNARE pour antagoniser l'hémifusion en fusion complète et l'expansion du pore ?
• Comment les sites de libération sont rapidement assemblés en des profils Ω fusionnés pour supporter la fusion séquentielle ?
• Comment l'actine agit avec la dynamine pour attirer la membrane à l'intérieur ?
• Comment la dynamine contracte la base de grands profils Λ et les pores des profils Ω ?
• Comment les protéines SNARE ouvrent le pore de fusion ?
• Comment la dynamine contribue à l'hémi-fission, puis au passage de l'hémifission à la fission complète ?
• Comment la clathrine et d'autres protéines de revêtement membranaire contribuent à la formation de profil Ω ?
• Comment l'influx de calcium déclenche chaque transformation de la membrane exo-endocytaire ?
• Comment des dizaines de protéines exo-endocytaires et de lipides contribuent à chaque transformation de la membrane exo-endocytaire ?
• Comment les principes résumés ici s'appliquent à différents types cellulaires ou organites ?

Description détaillée du cycle