Endocytose et exocytose

Transport vésiculaire : déplacer la matière en vrac

Le transport vésiculaire déplace les substances dans de petits sacs membranaires appelés vésicules. Contrairement à un canal ou à une pompe, qui traitent des molécules isolées, une vésicule transporte un volume de matière et une partie de la membrane. Le processus coûte de l’ATP, car la membrane doit être remodelée et les vésicules déplacées le long du cytosquelette. Deux directions existent. L’endocytose fait entrer la matière en repliant la membrane vers l’intérieur et en détachant une vésicule. L’exocytose fait sortir la matière en fusionnant une vésicule avec la membrane et en l’ouvrant vers l’extérieur. La membrane étant retirée de la surface lors de l’endocytose et ajoutée lors de l’exocytose, les deux processus sont liés et la cellule les équilibre pour garder une surface stable.

Par exemple : Une protéine canal laisse passer un ion à la fois, tandis qu’une vésicule peut transporter des milliers de molécules en un seul mouvement. Les deux mécanismes répondent à des besoins différents.

L’endocytose et ses trois formes

L’endocytose est l’entrée de matière dans la cellule par une vésicule formée à partir de la membrane. Elle a trois formes principales. La phagocytose, littéralement « la cellule qui mange », absorbe de grosses particules comme des bactéries, des cellules mortes et des débris ; la membrane s’étend autour de la particule et l’enferme dans une grande vésicule, qui fusionne ensuite avec un lysosome pour digérer le contenu. Les cellules qui la pratiquent sont les phagocytes ; les globules blancs comme les macrophages et les polynucléaires neutrophiles en sont les principaux exemples. La pinocytose, « la cellule qui boit », absorbe des gouttelettes de liquide extracellulaire et ce qui y est dissous ; elle est non sélective et existe dans la plupart des cellules. L’endocytose médiée par récepteur est sélective : des molécules du liquide se fixent à des récepteurs membranaires spécifiques, qui se rassemblent en une fossette qui se détache. C’est ainsi que les cellules capturent le cholestérol transporté par les LDL et que certains virus et toxines pénètrent dans les cellules.

Par exemple : Un macrophage étend sa membrane autour d’une bactérie, l’enferme dans une vésicule et fusionne celle-ci avec un lysosome dont les enzymes détruisent la bactérie.

Erreur fréquente : La pinocytose n’est pas sélective. Elle absorbe ce qui est dissous dans la gouttelette, tandis que l’endocytose médiée par récepteur sélectionne des molécules précises.

L’exocytose et la sécrétion

L’exocytose est la libération de matière hors de la cellule lorsqu’une vésicule fusionne avec la membrane et s’ouvre vers l’extérieur. La membrane de la vésicule devient une partie de la membrane cellulaire et son contenu est déversé dans le liquide extracellulaire. L’exocytose est l’étape finale de la voie sécrétoire : c’est ainsi que les cellules libèrent les protéines construites sur le RE rugueux et emballées par le Golgi — hormones comme l’insuline, enzymes digestives, anticorps et mucus. Elle libère aussi des molécules signal comme les neurotransmetteurs, stockés dans des vésicules des terminaisons nerveuses et libérés à l’arrivée d’un signal. Certaines vésicules attendent un déclencheur précis : une hausse de la glycémie déclenche la fusion des vésicules d’insuline avec la membrane d’une cellule pancréatique. L’exocytose est donc à la fois un système de livraison et un moyen d’ajouter de la membrane à la surface cellulaire.

Par exemple : Une cellule nerveuse stocke des neurotransmetteurs dans des vésicules ; à l’arrivée d’un signal, les vésicules fusionnent avec la membrane et libèrent leur contenu dans la synapse.

Recycler la membrane

L’endocytose retire de la membrane de la surface cellulaire et l’exocytose en ajoute : les deux doivent s’équilibrer pour maintenir taille et surface stables. Dans les cellules très sécrétrices, comme la cellule pancréatique libérant de l’insuline, la quantité de membrane ajoutée par exocytose est importante, et une quantité équivalente est récupérée par endocytose pour éviter que la cellule ne grossisse. Dans les cellules qui absorbent beaucoup, l’endocytose domine un temps, et la membrane est restituée par exocytose ou acheminée aux lysosomes pour recyclage. La membrane n’est donc pas une structure figée, mais une surface dynamique continuellement renouvelée. Ce recyclage explique aussi comment une cellule modifie les récepteurs présents à sa surface et ajuste sa sensibilité aux hormones et autres signaux.

Par exemple : Après avoir capté du cholestérol par ses récepteurs aux LDL, une cellule renvoie souvent ces récepteurs à sa surface pour les réutiliser.

Pourquoi le transport vésiculaire compte en clinique

Le transport vésiculaire intervient dans de nombreuses situations cliniques. La phagocytose est essentielle à la défense contre l’infection : lorsqu’elle est altérée, les infections deviennent plus fréquentes et plus graves. L’endocytose médiée par récepteur explique l’hypercholestérolémie héréditaire : si les récepteurs captant les LDL sont défectueux ou trop peu nombreux, les LDL restent dans le sang et se déposent dans les artères. L’exocytose explique comment hormones et enzymes atteignent le sang : un défaut de la voie sécrétoire peut donc causer une maladie de carence. Certaines toxines bactériennes et certains virus exploitent l’endocytose pour pénétrer dans les cellules, et des médicaments sont conçus pour bloquer les récepteurs qu’ils utilisent. Les vésicules se déplaçant le long du cytosquelette et nécessitant de l’ATP, tout ce qui perturbe le cytosquelette ou l’apport énergétique perturbe aussi sécrétion et absorption. Comprendre ces voies relie directement la biologie cellulaire à l’infection, à l’immunité et au traitement.

Par exemple : Dans l’hypercholestérolémie familiale, les récepteurs aux LDL sont défectueux : l’endocytose médiée par récepteur des LDL est réduite et le cholestérol s’accumule dans le sang.