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Domaines protéiques d'interaction membranaire
Domaines BAR : rôles et régulation

Sommaire
définition

Les membres de la superfamille des protéines à domaine BAR se lient à la membrane plasmique pour l'incurver selon différentes courbures (membrane curvature).

Modules BAR
Différents modules (dimères) BAR
(Figure : vetopsy.fr d'après endocytosis.org)

Ces molécules, donnant une forme aux membranes et en particulier la forme en " banane " (banana-shape) lors de dimérisation, sont hautement conservées par l'évolution : pour une revue complète, voir " The BAR Domain Proteins: Molding Membranes in Fission, Fusion, and Phagy 2006 ".

Liaisons au cytosquelette

1. De nombreuses molécules à domaine BAR lient la membrane au cytosquelette et favorisent la polymérisation de l'actine.

Par exemple, dans les neurones, l'endophiline recrute la synaptojanine (phosphoinositide phosphatase) qui régule PIP3 [phosphatidylinositol (3,4,5)-triphosphate ou PtdIns(3,4,5)P3] et la dynamine. La synaptojanine a un rôle essentiel dans la formation et le déshabillage des vésicules neuronale. La synaptojanine déphosphoryle le 5' phosphate du PIP3 et du PIP2 [phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate ou PtdIns(4,5)P2] (Essential Role of Phosphoinositide Metabolism in Synaptic Vesicle Recycling 1999). Elle intervient également dans les podocytes - cellules épithéliales du glomérule rénal - (Role of dynamin, synaptojanin, and endophilin in podocyte foot processes 2012).

  • D'autres se lient à l'actine directement pour former des réseaux.

Pour une revue de ces protéines chez l'homme, voir The BAR Domain Superfamily Proteins from Subcellular Structures to Human Diseases 2012.

Exemple simplifié de la régulation de N-WASP
Exemple simplifié de la régulation de N-WASP
(Figure : vetopsy.fr)

Par exemple, la protéine Tuba (dynamin-binding protein) présente toutes ces fonctions par sa composition : ses quatre domaines N-terminaux SH3 se lient à la dynamine, son domaine DH est un Cdc42 GEF (Tuba, a Cdc42 GEF, is required for polarized spindle orientation during epithelial cyst formation 2010), son domaine BAR, et se deux domaines SH3 C-terminaux se lient directement à N-WASP et Ena/protéines VASP .

2. Les domaines BAR se dimérisent pour, certes courber la membrane, mais aussi :

  • stabilisent les courbures générées par d'autres forces,
  • détectent également la courbure de la membrane afin de recruter d'autres facteurs cytosoliques (ayant aussi parfois des domaines BAR) pour lui permettre de prendre une forme ou une taille particulière.

Ces différents processus vont souvent de pair et induisent un feed-back positif entre différentes protéines à domaine BAR qui peuvent agir localement ou à grande distance.

Rôles

Les protéines à domaine BAR jouent un rôle dans de nombreux processus membranaires faisant intervenir des structures spécialisées.

Elles interviennent dans :

Phagocytose
Phagocytose du bacille de l'anthrax par un leucocyte
(Photo : Volker Brinkmann)

1. l'endocytose qu'elle fasse intervenir des microtubules ou des vésicules (en particulier l'endocytose clathrine-dépendante) ;

2. la formation :

  • des endosomes, sous-compartiments cellulaires des cellules eucaryotes délimités par une membranes, dans lesquels les vésicules d'endocytose fusionnent pour relarguer leur contenu ;

Ces endosomes peuvent :

  • être transportés vers des lysosomes (organelle de dégradation),
  • revenir à la membrane plasmique pour être recyclés (récepteurs membranaires…),
  • être redirigées vers d'autres compartiments intracellulaires (appareil de Golgi, réticulum endoplasmique…) pour d'autres actions.
  • des tubules T (pour tubule transverse ou T-tubule), invaginations profondes du sarcolemme, permettant de conduire rapidement le potentiel d’action jusqu’au cœur de la cellule ;
  • des podosomes, invaginations de la surface de certaines cellules (macrophages) à l'intérieur de laquelle se trouvent des allongements en forme de doigts (Les podosomes endothéliaux 2009 ) ;
  • des filopodes (appelés aussi microspikes), projections cytoplasmiques minces qui s'étendent au-delà de la pointe de lamellipodes dans les cellules de la migration ;
  • des autophagosomes,
  • des anneaux contractiles (cytokinèse)…

Régulation

Arfaptine (p21) et rac1-GDP
Arfaptine (p21) et rac1-GDP

La régulation des protéines à domaine BAR est dépendante de petites GTPases (Rho, Rac…) qui agit avec les phosphoinositides pour recruter des protéines cytoplasmiques.

Les GTPases coordonnent les interactions entre les protéines BAR, leurs cibles membranaires, de nombreuses protéines effectrices et les microfilaments d'actine (The BAR‐domain family of proteins: a case of bending and binding ? 2004).

Pour une revue de ces GTPases, voir The BAR Domain Superfamily : Membrane-Molding Macromolecules 2009.

La phosphorylation de résidus spécifiques des protéines BAR bloque la liaison aux lipides de la membrane et inhibe sa courbure.

Bibliographie
  • Lodish et coll - Biologie moléculaire de la cellule - De Boeck Supérieur, Saint-Laurent, 1207 p., 2014
  • Maillet M. - Biologie cellulaire - Abrégés de Masson, 512 p, 2002