Les rôles et mécanismes des lysosomes : hétérophagie et autophagie

L'hétérophagie : dégradation des composés exogènes

La dégradation par hétérophagie concerne la décomposition des produits issus de l'extérieur de la cellule, que ce soit par phagocytose ou par endocytose.

Mécanismes de la phagocytose et de l'endocytose

Les phagosomes sont de grandes vacuoles chargées d'introduire dans la cellule (notamment les macrophages et les leucocytes) des micro-organismes, des débris cellulaires, des corps étrangers, etc. La membrane plasmique entraîne diverses protéines liées à la phagocytose (MARCKS, PKC, myosine I). Dans une première phase, avec la collaboration des microfilaments et de la myosine, puis ultérieurement des microtubules, le phagosome est acheminé vers l'intérieur de la cellule.

À l'étape suivante, il fusionne avec des prélysosomes, des lysosomes primaires ou des lysosomes secondaires préexistants (un lysosome secondaire étant un lysosome ayant déjà participé à un processus digestif), aboutissant à la formation d'un phagolysosome ou hétérophagolysosome (lysosomes secondaires).

Les vacuoles d'endocytose fraîchement formées perdent leur revêtement de clathrine et s'incorporent dénudées aux endosomes précoces, périphériques ou externes, assurant ainsi le recyclage des récepteurs membranaires. Par le biais de vésicules de transport ou de corps multivésiculaires — comme l'indiquent certains auteurs — et par rapprochement vers le centre de la cellule, se constitue le compartiment endosomique tardif, interne ou périnucléaire. C'est lors de l'acidification de ce premier compartiment, grâce à la pompe à protons, que s'opère la fusion avec les lysosomes, formant ainsi des endolysosomes (lysosomes secondaires).

Fonctions assurées par l'hétérophagie

Grâce au mécanisme de l'hétérophagie et selon les fonctions spécifiques que réalisent les cellules, plusieurs rôles majeurs sont assurés :

1. Défense : les leucocytes engloutissent et détruisent les micro-organismes au cours de la réponse inflammatoire. Les macrophages engloutissent également des micro-organismes, des débris cellulaires, des corps étrangers, etc., et les digèrent.
2. Renouvellement cellulaire : élimination des cellules vieilles ou défectueuses, comme les hématies âgées de 120 jours, reconnues et phagocytées par les macrophages présents dans la rate et dans d'autres organes (foie ou moelle osseuse).
3. Réabsorption protéique : les protéines qui franchissent la filtration glomérulaire (notamment l'albumine) sont récupérées par les cellules du tubule contourné proximal (TCP) par endocytose.
4. Catabolisme des glycoprotéines : les glycoprotéines altérées sont éliminées de la circulation sanguine par les hépatocytes.
5. Métabolisme du cholestérol : les lipoprotéines LDL sont captées par endocytose et, au niveau lysosomal, le cholestérol est libéré.
6. Sécrétion des hormones thyroïdiennes : la thyroglobuline, qui sert à la synthèse des hormones thyroïdiennes, est produite par les cellules folliculaires de la thyroïde. Ces cellules se chargent ensuite de phagocyter des fragments de thyroglobuline et, au cours du processus de digestion lysosomale, libèrent les hormones T3 et T4 (thyroxine, la véritable hormone).
7. Traitement et régulation hormonale : certaines hormones peptidiques sont captées et dégradées par les lysosomes.
8. Renouvellement des disques optiques : les disques des photorécepteurs sont phagocytés par les cellules de l'épithélium pigmentaire de la rétine et traités dans la région lysosomale.

L'autophagie : renouvellement et recyclage interne

L'autophagie est le mécanisme par lequel la cellule se débarrasse de ses organites endommagés ou devenus inutiles. Le réticulum endoplasmique entoure les éléments cytoplasmiques à détruire et les délimite par une double membrane : on observe alors à l'intérieur les organites à recycler. Les lysosomes fusionnent avec ces vacuoles et y déversent leur contenu enzymatique. La membrane interne s'épaissit puis disparaît, formant ainsi un autophagosome (lysosome secondaire).

Fonctions assurées par l'autophagie

Selon le type de cellule et son état physiologique, l'autophagie remplit diverses fonctions :

1. Renouvellement des organites : certaines cellules présentent un taux élevé de renouvellement de leurs organites (dans les hépatocytes, les mitochondries se renouvellent environ 15 fois durant la durée de vie moyenne de la cellule) et ce processus s'effectue par autophagie.
2. Différenciation cellulaire : durant le développement et le processus de différenciation, un remodelage cellulaire se produit par autophagie (une cellule est différenciée lorsqu'elle commence à synthétiser des protéines cellulaires spécifiques que d'autres ne peuvent pas produire, par exemple la kératine dans les cellules épithéliales).
3. Réparation des dommages cellulaires réversibles : les agents entraînant des lésions provoquent des altérations des organites ; si ces dommages sont réversibles, les organites endommagés sont éliminés par autophagie.
4. Renouvellement protéique : les protéines intracellulaires altérées ou ayant déjà exercé leur fonction sont captées par les lysosomes et réutilisées tout au long du cycle cellulaire.
5. Jeûne cellulaire : en conditions de privation nutritive, la cellule peut se maintenir en vie un certain temps en se nourrissant de ses propres substances et organites.

La crinophagie et l'exocytose lysosomale

La crinophagie

La crinophagie est un mécanisme spécialisé d'autophagie et d'autolyse cellulaire (rupture des lysosomes et digestion par leurs enzymes) qui se produit dans les cellules sécrétrices endocrines en présence d'un excès de granules de sécrétion. Pour certains auteurs, ce phénomène s'apparente au mécanisme d'autophagie classique décrit précédemment ; pour d'autres, les granules sécrétoires fusionnent directement avec les lysosomes.

Sécrétion du contenu lysosomal vers l'extérieur

Certains types cellulaires sont capables de sécréter leur contenu lysosomal dans le milieu extracellulaire, où les enzymes hydrolytiques exercent leur action :

1. Ostéoclastes : cellules multinucléées qui détruisent la matrice osseuse. Elles sécrètent le contenu lysosomal dans le milieu extracellulaire, favorisant la dégradation des fibres de collagène et la dissolution des cristaux d'hydroxyapatite de calcium, qui sont ensuite réabsorbés par les ostéoclastes eux-mêmes. Ce mécanisme favorise le remodelage osseux et participe au contrôle de la calcémie sous régulation hormonale.
2. Défense immunitaire : en plus de phagocyter les micro-organismes, les globules blancs libèrent des enzymes lysosomales qui fluidifient le milieu extracellulaire, facilitant ainsi la migration des autres polynucléaires vers le foyer inflammatoire.
3. Fécondation : d'une part, l'acrosome des spermatozoïdes n'est autre qu'un lysosome modifié dont le contenu est libéré au contact de l'ovocyte, facilitant la traversée des enveloppes ovulaires. D'autre part, l'ovocyte, une fois fécondé, libère ses propres enzymes afin de détruire les récepteurs membranaires aux spermatozoïdes et prévenir ainsi toute polyspermie.

Lysosomes de réserve ou de stockage

Les lysosomes peuvent également servir d'organites de réserve de matériel nutritif, comme c'est le cas chez certaines plantes au sein des grains d'aleurone.