Fonctions, types et maladies des lysosomes

Le lysosomes Ce sont des particules membraneuses situées entre les mitochondries et les microsomes qui contiennent une large gamme d'enzymes digestives (environ 50) utilisées principalement pour la digestion et l'élimination des organites excessifs ou usés, des particules alimentaires et des virus ou bactéries.

En utilisant un terme plus familier, on pourrait dire que les lysosomes sont comme l'estomac de la cellule.

Les lysosomes sont entourés d'une membrane composée de phospholipides qui séparent l'intérieur des lysosomes de l'environnement extérieur de la membrane. Les phospholipides sont les mêmes molécules cellulaires qui forment la membrane cellulaire qui entoure la cellule entière. La taille des lysosomes varie de 0,1 à 1,2 micron.

Ses fonctions spécifiques incluent:

• la digestion des macromolécules issues de la phagocytose, de l'endocytose et de l'autophagie.
• la digestion des bactéries et autres déchets.
• la réparation des dommages à la membrane plasmique agissant comme un patch membranaire.
• et apoptose.

On les appelle souvent "sacs suicidaires" en raison de leur rôle dans l'autolyse.

Découverte des lysosomes

Les lysosomes ont été découverts dans les années 1950 par Christian René de Duve, cytologiste et biochimiste belge. De Duve a obtenu une partie du prix Nobel de médecine en 1974 pour sa découverte des lysosomes et autres organites connus sous le nom de peroxisomes.

De Duve a découvert des lysosomes par des méthodes biochimiques et par microscopie électronique. Cette découverte fondamentale a permis de comprendre plusieurs maladies héréditaires causées par des protéines lysosomales défectueuses, notamment la maladie de Tay-Sach et la maladie de Gaucher.

Types

Des recherches récentes suggèrent qu'il existe deux types de lysosomes: les lysosomes sécrétoires et les lysosomes conventionnels.

Lysosomes sécréteurs

Les lysosomes sécrétoires se trouvent, mais pas exclusivement, dans différentes cellules du système immunitaire, telles que les lymphocytes T, dérivés de la lignée cellulaire hématopoïétique.

Les lysosomes sécrétoires sont une combinaison de lysosomes conventionnels et de granules sécrétoires. Ils diffèrent des lysosomes conventionnels en ce qu'ils contiennent le produit sécrétoire particulier de la cellule dans laquelle ils résident.

Les lymphocytes T, par exemple, contiennent des produits de sécrétion (perforine et granzymes) qui peuvent attaquer les cellules infectées et les cellules tumorales.

Les "cellules combinées" du lysosome sécrétoire contiennent également les hydrolases, les protéines membranaires et la facilité de régulation du pH des lysosomes conventionnels. Cette fonction de régulation maintient un environnement acide dans lequel les produits de sécrétion sont maintenus sous une forme inactive.

Les lysosomes sécrétoires matures se déplacent dans le cytoplasme vers la membrane plasmique. Ici, ils sont maintenus en veille avec de puissantes sécrétions d'ogives inactives mais prêtes.

Lorsque la cellule lymphocytaire T est parfaitement concentrée sur la cellule cible, la sécrétion est "déclenchée" et les modifications environnementales et chimiques, y compris le pH, activent les sécrétions avant de bloquer la cible.

Tout cela se fait avec un contrôle précis de la localisation et du timing, non seulement pour maximiser l’effet sur la cible, mais aussi pour minimiser les dommages collatéraux causés aux cellules voisines.

Les troubles génétiquement contrôlés des lysosomes sécrétoires peuvent entraîner une altération de la synthèse des plaquettes, un type d'immunodéficience et une hypopigmentation.

Lysosomes conventionnels

Les lysosomes résident dans la cellule sous forme d'organelles réutilisables et, lors de la division cellulaire, chaque cellule fille reçoit une série de lysosomes. On pense que le dépôt de produits chimiques dans le lysosome peut être «rempli» par les appareils de Golgi.

Les produits chimiques sont fabriqués dans le réticulum endoplasmique, modifiés dans l'appareil de Golgi et transportés vers les lysosomes dans les vésicules. La modification de l'appareil de Golgi comprend un "marquage cible" à un niveau moléculaire qui garantit que la vésicule est délivrée à un lysosome et non à la membrane plasmique ou ailleurs.

Le "label" est retourné à l'appareil Golgi pour être réutilisé. Les matériaux provenant de 3 sources différentes doivent être démontés et recyclés. Les substrats de deux de ces sources entrent dans la cellule de l'extérieur et le troisième provient de l'intérieur.

De l'extérieur de la cellule, le processus d'endocytose, y compris la pinocytose, admet des fluides et de petites particules par la formation, dans la membrane plasmique, de petites cavités recouvertes de protéines. Celles-ci scellent pour former des vésicules recouvertes de protéines.

Chaque vésicule devient un "endosome précoce" puis un "endosome tardif". De plus, en dehors de la cellule, la phagocytose (alimentation cellulaire) apporte des particules relativement grosses (généralement de 250 nm), y compris des bactéries et des débris cellulaires.

La phagocytose peut être réalisée par des "cellules ordinaires", mais est principalement réalisée par des macrophages pouvant contenir jusqu'à 1 000 lysosomes par cellule. La structure de phagocytose qui en résulte est appelée phagosome.À partir de la cellule, les autophagosomes sont responsables de l'élimination des organites, tels que les mitochondries et les ribosomes.

Fonctions des lysosomes

Les fonctions principales des lysosomes sont:

Digestion intracellulaire

Le mot lysosome dérive de "lisse" (lytique ou digestif) et "soma" (corps). Les vacuoles pinocytaires, résultant de l'absorption de la substance fluide dans les vacuoles ou phagocytes cellulaires (formés par l'absorption de particules solides dans la cellule), transportent la matière protéique dans la région lysosomale.

Ces protéines pourraient subir une digestion au sein de la cellule suite à une endocytose. L'endocytose comprend les processus de phagocytose, de pinocytose et de micropinocytose.

La phagocytose et la pinocytose sont des mécanismes actifs dans lesquels la cellule a besoin d'énergie pour fonctionner. Au cours de la phagocytose par les leucocytes, l'absorption d'oxygène, l'absorption de glucose et la dégradation du glycogène augmentent de manière significative.

Dans l'endocytose, la contraction des microfilaments d'actine et de myosine présents dans le cytoplasme périphérique se produit. Cela provoque l'invagination de la membrane plasmatique et la formation de la vacuole endocytaire. Les particules ingérées contenues dans des membranes dérivées de la membrane plasmique et formant des vacuoles sont parfois des phagosomes cellulaires.

Après l’introduction d’une grosse particule ou d’un corps dans la cellule par endocytose et la formation d’un phagosome, les membranes du phagosome et du lysosome peuvent fusionner pour former une seule grande vacuole.

Au sein de cette vacuole, les enzymes lysosomales entament le processus de digestion de la matière étrangère. Initialement, le lysosome, appelé lysosome primaire, contient le complexe enzymatique dans un état inactif, mais après fusion avec le phagosome, il produit un lysosome secondaire avec une morphologie et des enzymes actives différentes.

Après digestion enzymatique, le matériau digéré se diffuse dans l'hialoplasme de la cellule. Certains matériaux peuvent rester dans la vacuole du lysosome agrandi. Cette vacuole restante est le corps résiduel, car elle contient les résidus du processus digestif.

Pendant la famine également, les lysosomes digèrent les matières alimentaires stockées, à savoir les protéines, les lipides et le glycogène du cytoplasme et fournissent l'énergie nécessaire à la cellule. La digestion des protéines se termine généralement au niveau du dipeptide, qui peut traverser la membrane et être ensuite digéré dans les acides aminés.

Digestion de substances intracellulaires ou autophagie

De nombreux composants cellulaires, tels que les mitochondries, sont constamment retirés de la cellule par le système lysosomal. Les organites cytoplasmiques sont entourés de membranes de réticulum endoplasmique lisse, formant des vacuoles, puis les enzymes lysosomales sont déchargées dans des vacuoles autophages et les organites sont digérés.

L'autophagie est une propriété générale des cellules eucaryotes. Celles-ci sont liées au renouvellement des composants cellulaires.

La digestion des mitochondries ou d'autres structures cellulaires fournit une source d'énergie pour ces cellules. Après digestion de la structure cellulaire, les vacuoles autophages peuvent devenir des corps résiduels.

Ils ont un rôle dans la métamorphose

Récemment, le rôle du lysosome a été découvert dans la métamorphose de la grenouille. La disparition de la queue de la larve du têtard de la grenouille est due à l'activité lysosomale (action des cathepsines présentes dans les lysosomes).

Ils aident à la synthèse des protéines

Les scientifiques Novikoff et Essner (1960) ont suggéré le rôle possible des lysosomes dans la synthèse des protéines. Dans le foie et le pancréas de certains oiseaux, les lysosomes semblent être plus actifs et développés, ce qui montre une relation possible avec le métabolisme cellulaire.

Ils aident à la fécondation

Pendant la fécondation, la tête des spermatozoïdes sécrète des enzymes lysosomales qui contribuent à la pénétration des spermatozoïdes dans la couche vitelline de l'ovule.

L'acrosome contient de la protéase et de la hyaluronidase et une phosphatase acide abondante. La hyaluronidase dispersée dans les cellules autour de l'ovocyte et la protéase digère la zone pellucide en créant un canal à travers lequel pénètre le noyau du sperme.

Il a un rôle dans l'ostéogenèse

Il a été avancé que la formation des cellules osseuses et leur destruction dépendent de l'activité lysosomale. De même, le vieillissement cellulaire et le développement parthénogénétique sont liés à l'activité des lysosomes.

Les ostéoclastes (cellules multinucléées) qui éliminent les os, le font en libérant des enzymes lysosomales qui dégradent la matrice organique. Ce processus est activé par l'hormone parathyroïdienne.

Malformation des lysosomes

Un dysfonctionnement des lysosomes peut entraîner des maladies. Par exemple, lorsque le glycogène absorbé par les lysosomes n'est pas digéré, la maladie de Pompe se produit.

Les ruptures de lysosomes dans les cellules cutanées exposées à la lumière directe du soleil entraînent des changements pathologiques après un coup de soleil.Les enzymes libérées par ces lysosomes détruisent les cellules de l'épiderme, provoquant des cloques et un décollement d'une couche d'épiderme.

Autolyse du cartilage et du tissu osseux

Un excès de vitamine A provoque une intoxication cellulaire. Il interrompt la membrane lysosomale, provoquant la libération d'enzymes dans la cellule et provoquant une autolyse dans le cartilage et le tissu osseux.

Maladies lysosomales

Maladies de Gaucher Types I, II et III

La maladie de Gaucher est le type le plus courant de trouble de stockage lysosomal. Les chercheurs ont identifié trois types distincts de maladie de Gaucher basés sur l'absence (type I) ou la présence et l'étendue des complications neurologiques (types II et III).

Les personnes les plus touchées sont de type I, peuvent présenter des contusions, une fatigue chronique et une hypertrophie du foie et / ou de la rate (hépatosplénomégalie).

La maladie de Gaucher de type II survient chez les nouveau-nés et les nourrissons et se caractérise par des complications neurologiques pouvant inclure des spasmes musculaires involontaires, des difficultés à avaler et la perte de la motricité déjà acquise.

La maladie de Gaucher de type III apparaît au cours de la première décennie de la vie. Les complications neurologiques peuvent inclure une détérioration mentale, une incapacité à coordonner les mouvements volontaires et des spasmes musculaires des bras, des jambes ou du corps entier.

Types de maladies de Niemann-Pick A / B, C1 et C2

La maladie de Niemann-Pick consiste en un groupe de troubles héréditaires liés au métabolisme des graisses. Parmi les caractéristiques communes à tous les types, citons l'élargissement du foie et de la rate. Les enfants atteints de la maladie de Niemann-Pick, de type A ou C, présentent également une perte progressive de la motricité, des difficultés d’alimentation, des difficultés d’apprentissage progressif et des convulsions.

Maladie de Fabry

Les symptômes de la maladie de Fabry commencent généralement pendant la petite enfance ou l'adolescence, mais peuvent ne pas apparaître avant la deuxième ou la troisième décennie de la vie.

Les premiers symptômes comprennent des épisodes de brûlure sévère dans les mains et les pieds. D'autres signes précoces peuvent inclure une diminution de la production de sueur, une gêne lors de températures chaudes et l'apparition d'une éruption cutanée rougeâtre à bleu foncé, en particulier dans la zone située entre les hanches et les genoux.

Maladie de stockage du glycogène II (maladie de Pompe)

La maladie de Pompe a une forme d'apparition tardive. Les patients présentant la forme infantile sont les plus gravement atteints. Bien que ces bébés semblent habituellement normaux à la naissance, la maladie survient dans les deux ou trois premiers mois avec une faiblesse musculaire rapide et progressive, une diminution du tonus musculaire (hypotonie) et un type de maladie cardiaque appelée cardiomyopathie hypertrophique.

Les problèmes d'alimentation et les difficultés respiratoires sont fréquents. La forme juvénile / adulte apparaît entre la première et la septième décade en tant que faiblesse musculaire progressivement lente ou avec des symptômes d'insuffisance respiratoire.

Gangliosidose de type I (maladie de Tay Sachs)

Il existe deux formes principales de la maladie de Tay Sachs: la forme classique ou infantile et la forme tardive.

Chez les personnes atteintes d'une maladie infantile de Tay Sachs, les symptômes apparaissent généralement pour la première fois entre trois et cinq mois. Celles-ci peuvent inclure des problèmes d'alimentation, une faiblesse générale (léthargie) et un réflexe de sursaut exagéré en réponse à des bruits forts et soudains. Les retards moteurs et la détérioration mentale sont progressifs.

Chez les personnes présentant une forme d'apparition tardive, les symptômes peuvent apparaître à tout moment entre l'adolescence et 30 ans. La forme infantile progresse souvent rapidement, entraînant une détérioration mentale et physique importante.

Un symptôme caractéristique de la maladie de Tay Sachs, qui survient dans 90% des cas, est le développement de taches rouges sur le dos des yeux. Les symptômes de la maladie de Tay Sachs d'apparition tardive varient considérablement d'un cas à l'autre. Ce trouble progresse beaucoup plus lentement que la forme infantile.

Gangliosidose de type II (maladie de Sandhoff)

Les premiers symptômes de la maladie de Sandhoff commencent généralement entre trois et six mois. La maladie est cliniquement impossible à distinguer de la gangliosidose de type I.

Leucodystrophie métachromatique

Les premiers signes et symptômes peuvent être vagues et graduels, ce qui rend le diagnostic difficile à diagnostiquer. L'instabilité lors de la marche est souvent le premier symptôme observé.

Parfois, le symptôme le plus précoce est le retard de développement ou la détérioration des performances scolaires. Au fil du temps, les symptômes peuvent inclure une spasticité, des convulsions et un retard mental profond.

Maladies de stockage des mucopolysaccharides (maladie de Hurler et variantes, types A, B, C, D, maladies de type Morquio A et B, maladies de Maroteaux-Lamy et Sly)

Ces maladies sont causées par des altérations de la dégradation normale des glucides complexes appelés mucopolysaccharides.Ces maladies ont en commun certaines caractéristiques, notamment les déformations des os et des articulations qui interfèrent avec la mobilité et causent souvent de l'arthrose, en particulier des grosses articulations qui supportent le poids.

Toutes ces maladies, à l'exception de la maladie de Sanfilippo, interfèrent avec la croissance, entraînant une petite taille.

Schindler's Disease Types I et II

La maladie de Schindler de type I est la forme classique, qui apparaît pour la première fois pendant l'enfance. Les personnes affectées semblent se développer normalement jusqu'à l'âge d'un an, lorsqu'elles commencent à perdre des compétences préalablement acquises qui nécessitent la coordination d'activités physiques et mentales.

Le type II Schindler est la forme d'apparition chez les adultes. Les symptômes peuvent inclure le développement de grappes de décoloration similaires aux verrues sur la peau, l'élargissement permanent de groupes de vaisseaux sanguins qui provoquent une rougeur de la peau dans les zones affectées, un épaississement relatif des traits du visage et une légère détérioration intellectuelle.

Maladie de Batten

La maladie de Batten est la forme juvénile d'un groupe de troubles neurologiques progressifs connus sous le nom de lipofuscinose neuronale neuronale. Elle se caractérise par l'accumulation d'une substance grasse dans le cerveau, ainsi que dans les tissus qui ne contiennent pas de cellules nerveuses.

La maladie de Batten est marquée par une insuffisance visuelle rapide (atrophie optique) et des troubles neurologiques, qui peuvent débuter avant l'âge de huit ans. Il survient principalement dans les familles de descendance scandinave du nord de l'Europe et le trouble affecte le cerveau et peut entraîner une détérioration des fonctions intellectuelles et neurologiques.

Population affectée

En tant que groupe, on estime que les maladies de stockage lysosomales ont une fréquence estimée à environ une naissance vivante sur 5000. Bien que les maladies individuelles soient rares, le groupe dans son ensemble affecte de nombreuses personnes dans le monde.

Certaines maladies ont une incidence plus élevée dans certaines populations. Par exemple, les maladies de Gaucher et de Tay-Sachs sont plus fréquentes parmi la population juive ashkénaze. On sait qu'une mutation associée au syndrome de Hurler survient plus fréquemment entre les peuples scandinave et russe.

Diagnostic

Le diagnostic prénatal est possible pour tous les troubles du stockage lysosomal. La détection précoce des maladies liées au stockage des lysosomes, que ce soit avant la naissance ou dès que possible, est importante car, lorsque des thérapies sont disponibles, soit pour la maladie elle-même, soit pour les symptômes associés, et l'impact de la maladie.

Références

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