Sécrétion | Odyssee Insuline

L’insuline est une protéine. En conséquence, sa composition en acides aminés est définie par l’ADN. Les informations contenues dans l’ADN, sous la forme de nucléotides, sont ensuite converties en acides aminés, suite à la transcription et la traduction, au niveau du réticulum endoplasmique granuleux (REG), un organite intracellulaire.

La sécrétion de l'insuline : synthèse

Pour aller plus loin :

Du gène à la chaîne peptidique :

La structure du gène responsable de la synthèse de l'insuline a peu évolué au cours du temps. Cette stabilité implique une certaine l'importance de la fonction de l'insuline : une modification de ce gène serait donc létale. Une autre caractéristique notable est que toutes les espèces de mammifères, dont l’espèce humaine, ne possèdent qu’un seul gène codant pour l'insuline. Ce gène est situé sur le chromosome 11.

De la chaîne d'acides aminés à la protéine active :

La pré-pro-insuline contient une séquence peptidique hydrophobe appelé peptide signal. Ce peptide constitue une "étiquette", indiquant que la protéine doit être synthétisée au sein du REG. Une protéine (SRP), reconnait cette séquence peptidique particulière. La SRP est notamment composée de GTP (guanosine triphosphate). Elle se fixe alors sur le peptide signal et le ribosome, ce qui a pour effet de stopper la traduction.

le mécanisme de la sécrétion :

Lors de la sécrétion, les vésicules sont amenées vers la membrane plasmique par des protéines motrices. Ces protéines se déplacent via les microtubules du cytosquelette qui servent de rails. Cependant, afin que le contenu des vésicules soient déversés dans le milieu extracellulaire, il faut que les vésicules fusionnent avec la membrane plasmique, un phénomène appelé exocytose.

Cependant, la traduction ne fait que synthétiser l’insuline sous forme de précurseur : on parle de pré-pro-insuline. Ce précurseur va donc subir une maturation, c’est-à-dire, un ensemble de réactions chimiques qui vont permettre à la future hormone d’être opérationnelle. Pour se faire elle va être véhiculée par une vésicule dans un autre organite intracellulaire : l’appareil de Golgi.

La pro-insuline est composée de 110 acides aminés alors que l'insuline active n'en contient que 50. La maturation va donc consister à éliminer les parties inutiles du peptide par l’action d’enzymes. Ces enzymes clivent par hydrolyse les chaînes d’acides aminés en des endroits très précis reconnus spécifiquement par l’enzyme.

L’insuline ainsi formée est ensuite transportée dans le milieu extracellulaire par un mécanisme d’exocytose, puis stockée en attendant d’être libérée sous l’action d’un signal de l’organisme.

Le gène qui code l'insuline ne permet cependant que la synthèse d’un précurseur : la pré-pro-insuline. L'expression de ce gène est quasiment exclusive à la cellule bêta du pancréas endocrine.

Le gène, long de 1 355 paires de bases, est constitué de 3 régions codantes, permettant la synthèse du précurseur, les exons, ainsi que de 2 régions non codantes, les introns, ces dernières servant notamment à la régulation de l'expression du gène. La transcription du gène est donc suivie d'un processus qui permet l’élimination des séquences codées par les introns : l'épissage. L'épissage aboutit à la formation d'un ARNm de 600 nucléotides, qui sera ensuite traduit par un ribosome, en une protéine de 11,5 kDa : la pré-pro-insuline .

Glossaire:

Une fois la traduction stoppée, la protéine SRP s'accole à un récepteur situé sur la membrane du REG, lui-même étroitement lié à une protéine de translocation. Cet accolement entraîne l'hydrolyse du GTP de la protéine SRP, en GDP + Pi (guanosine diphosphate + phosphate inorganique) , ce qui détache la protéine SRP du peptide signal et de son récepteur.

La pré-pro-insuline, en cours d’élongation, est déversée dans la lumière du RE grâce au canal de translocation : un ensemble de protéines transmembranaires situé dans la membrane du réticulum endoplasmique. Dans le RE, des enzymes protéolytiques clivent la séquence signal, formant ainsi la pro-insuline, une protéine composé de 110 acides aminés. Cette pro-insuline est ensuite prise en charge par des protéines chaperonnes. Ces protéines ont pour effet d'instaurer les repliements nécessaires aux protéines. La disposition spatiale d'une protéine est en effet importante, car elle permet à la protéine d'assurer sa fonction.

Quel est donc l'intêret du peptide C s'il est retiré par la suite ?

La pro-insuline est un peptide de 9 kDa contenant les chaînes A et B de l’insuline connectées entre elles par le peptide C. Le peptide C permet de maintenir les ponts disulfures qui réunissent les chaînes A et B, de sorte à ce que la pro-insuline occupe une position favorable pour le clivage correct de la molécule, lors des étapes ultérieures de la maturation.

Suite à son passage dans le réticulum endoplasmique, la pro-insuline est transportée dans des micro-vésicules intermédiaires vers l'appareil de Golgi.

La vésicule intermédiaire arrive tout d'abord au niveau du cis-Golgi : c’est dans cet organite que s’amorce la conversion de la pro-insuline en insuline. Ensuite, la conversion se poursuit dans des vésicules, revêtues de clathrine, issues du trans-Golgi, : c'est la maturation.

La maturation est catalysée par deux endopeptidases (les prohormones convertases 2 et 3) et la carboxypeptidase H. L’action conjuguée de ces enzymes permet d'enlever le peptide C, en libérant deux dipeptides (les sites de coupures).

Ce clivage permet d'aboutir à la forme définitive de l'insuline, composé des chaînes A et B. Lors de ce clivage, les vésicules perdent leur revêtement de clathrine et deviennent des vésicules matures lisses.

Le mécanisme d'exocytose : les protéines SNARE

L'exocytose est encore mal comprise de nos jours. Cependant, une percée récente a permis d'identifier les protéines qui interviennent lors de la fusion. Les protéines SNARE sont à la base de la fusion des membranes mais d'autres protéines, qualifiées d'accessoires de fusion, telles que les golgines (les protéines d'arrimage p115, giantine, GM130 etc.), l'ATPase NSF, les SM proteins, rSly et Munc18, ou encore –SNAP, doivent les assister dans leur fonction. Ces protéines furent notamment identifiés par James Rothman, qui reçue le prix nobel de médecine en 2013.

Il existe deux familles de SNARE : Les R–SNARE et les Q-SNARE.

Elles présentent respectivement dans leur site actif une arginine et une glutamine (des acides aminés). Les 2 types de SNARE sont présents sur la vésicule et sur la membrane réceptrice.

Afin d'assurer la fusion, les Q–SNARE sont « activées » pour former un complexe trimérique (formé de 3 Q-SNARE). Ceci fait, le complexe pourra réagir avec une seule R–SNARE de la membrane opposée. L'ensemble forme un complexe appelé SNAREpin (structure coiled-coil sur la figure suivante) centré par les trois glutamines et l'arginine.

Les 4 protéines SNARE s'enroulent sur elles-mêmes et ainsi se rapprochent. Ces changements de conformation rapprochent les deux membranes et permettent la fusion de la vésicule avec la membrane.

Une sécrétion régulée

Dans le cas de l'insuline, la sécrétion est dite contrôlée, c'est à dire que la sécrétion est régulée par des mécanismes intracellulaire. En l'occurrence, la fusion membranaire des vésicules de sécrétion requiert une concentration intracellulaire élevée de Ca2+. Le rôle de cet ion est détaillé dans la partie Régulation. De plus, ce n'est pas la totalité de l'insuline générée qui sera sécrétée hors de la cellule : une partie sert de réserve pour l'organisme.

haut de page

Haut de page

protéine : molécule biologique pouvant exercer de nombreuses fonctions dans l’organisme. Elle est formée par un assemblage d’acides aminés.
nucléotide : élément constituant l’ADN. L’ADN est en effet défini comme étant une structure formée par une succession de nucléotides.
organite intracellulaire : structure spécialisée située à l’intérieur de la cellule délimitée par une membrane.
réticulum endoplasmique : organite intracellulaire permettant la synthèse des protéines (granuleux) et des lipides (lisse). Il permet notamment le repliement des protéines synthétisées suite à la traduction.
appareil de Golgi : organite intracellulaire qui effectue des modifications post traductionnelles sur les protéines.
enzyme : protéine qui accélère (catalyse) une réaction chimique.
exocytose : mécanisme durant lequel des vésicules de sécrétion fusionnent avec la membrane de la cellule. Ce processus aboutit à la libération dans le milieu extracellulaire de substances chimiques contenues par ces vésicules.
gène : portion d’ADN localisé sur un endroit précis d’un chromosome, appelé locus.
glande endocrine : désigne un organe qui sécrète des substances dans la circulation sanguine.
chromosome : ADN fortement condensé localisé dans le noyau d'une cellule eucaryote.
kDa (ou "kilo-Dalton") : unité de masse des atomes, permettant de définir le poids d'une molécule
translocation : phénomène impliquant le transfert d'une protéine du cytosol vers un organite, d'un organite vers le cytosol, ou d'un organite vers un autre organite.
Lumière : terme désignant en biologie l’intérieur d’un organite ou d’un organe, autrement dit sa cavité interne.
Protéolytique : qui induit l’hydrolyse des protéines.
Endopeptidases : enzymes qui provoquent la rupture de liaisons au sein de la protéine. L’action de ce type d’enzyme s’oppose aux peptidases : ces derniers coupent la protéine à partir d’acides aminés situés aux extrémités de la protéine, libérant ainsi un ou deux acides aminés.
Carboxypeptidase : enzyme qui coupe l’extrémité –COOH se situant à l’extrémité d’une protéine.