8. Acheminement des protéines à travers le réticulum endoplasmique et le Golgi [biologie cellulaire]

Dans la ressource « cytosquelette », nous avons vu comment l'hydrolyse de l'ATP, dans le cas de l'actine, et celle de GTP, dans celui de la tubuline, confère une nature dynamique au processus de polymérisation. Lorsqu'elles sont chargées en ATP ou GTP, ces protéines ont une tendance à se polymériser [pdf] et après un certain temps, quand les nucléotides triphosphatés sont hydrolysés en nucléotide diphosphatés, à se dépolymériser. Nous avons aussi montré que l'association transitoire de facteurs d'initiation (eIF) et élongation (eEF) [pdf] au ribosome a lieu sous la dépendance de GTP et de son hydrolyse en GDP et Pi.

Les petites protéines liant le GTP et orchestrant le trafic vésiculaire (Arf, Rab et Sar) existent aussi sous deux états : un état actif, dans lequel elles sont chargées en GTP et liées à la membrane, capables de recruter d'autres protéines, et un état inactif, dans lequel elles sont chargées en GDP et pas nécessairement liées à la membrane. C'est l'hydrolyse de GTP qui détermine le passage de l'état actif à l'état inactif et c'est le remplacement de GDP par GTP qui effectue le passage inverse. En tube à essai, le remplacement de GDP par GTP est lent, de l'ordre d'une minute à une heure alors que l'hydrolyse de GTP se réalise en une minute environ (processus aléatoire non-déterministe qualifié de « stochastique »). Cependant, dans la cellule vivante, le turnover est, semble-t-il, beaucoup plus rapide, de l'ordre de quelques dizaines de secondes. En effet, dans une cellule mammalienne, l'assemblage et la dislocation des structures COPII se fait en moins de 60 secondes. Ceci est dû à l'intervention facilitatrice des GEFs (Guanine nucleotide Exchange Factors), qui stimulent l'échange GDP contre GTP, et des GAPs (GTPase Activating Proteins) qui stimulent l'hydrolyse de GTP en GDP et Pi. Dans le cas Sar1p, sur lequel nous reviendrons plus loin, le GEF est la protéine Sec12p et le GAP est la protéine Sec23, elle-même composante du manteau.

Plus loin, nous montrons que les différentes protéines liant le GTP peuvent jouer divers rôles dans le trafic vésiculaire. Dans un souci didactique, nous en donnerons une vision « simplifiée », mais on doit garder à l'esprit le fait que chaque famille de protéines liant le GTP (Arf, Rab et Sar) est composée de plusieurs membres, chacun ayant un rôle spécifique dans la formation du manteau, la sélection de la charge, le recrutement des enzymes de modification de la membrane, le recrutement des protéines motrices et d'arrimage ou la sélection du compartiment accepteur. A ce jour, chez les mammifères, on compte 6 membres pour la famille Arf, 60 pour la famille Rab et seulement 2 pour la famille Sar. Si, à cela, on ajoute l'existence de différents variants de GEF et de GAP et la présence d'inhibiteurs de GTPases, tels que RabGDI, on conçoit que la compréhension globale du processus de transport vésiculaire ne soit pas encore une réalité. D'un point de vue très généraliste, on peut également rappeler que les protéines liant le GTP exercent, à différents moments, différents rôles dans différents compartiments cellulaires, illustrant ainsi de façon spectaculaire la dimension spatio-temporelle de la fonction protéique.

En ce qui concerne sa localisation subcellulaire, Sar1p est toujours lié à la membrane non par l'intermédiaire d'un lipide associé mais grâce à une séquence N–terminale hydrophobe MSFIFEWIYNGF. En revanche, Arf, qui possède un , et Rab, qui possède deux groupements géranylgéranyl, peuvent effectuer un mouvement de va et vient entre la membrane et le cytoplasme. En position cytosolique, Arf cache son myristyl à l'intérieur d'une poche hydrophobe, et Rab cache ses groupements géranylgéranyl à l'intérieur d'une protéine associée, RabGDI (Guanine nucléotide Dissociation Inhibitor).