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Trafic vésiculaire : endocytose clathrine dépendante (CME)
Reconnaissance du cargo et adaptateurs à la clathrine : adaptines

Sommaire

L'endocytose la plus étudiée est sans nul doute l'endocytose clathrine-dépendante (CME : clathrin-dependant endocytosis) qui s'effectue en plusieurs étapes pour former la vésicule (Structural Organization of the Actin Cytoskeleton at Sites of Clathrin-Mediated Endocytosis 2011).

Dans ces deux derniers stades, les myosines ont aussi un rôle.

L'assemblage est relativement stable alors que le démontage est très rapide : le cycle complet ne dure que 30 à 60 secondes.

étonnement

Il est certain qu'il est difficile de savoir quel est le premier mécanisme qui induit l'endocyose.

En outre, si le processus de base est utilisé par toutes les cellules, certaines régulations peuvent être spécifiques : la présence des protéines à domaine N-BAR,, domaine F-BAR ou l'epsine qui courbent la membrane peut, par exemple, compenser l'absence de dynamine pour détacher la vésicule de la membrane.

1. Reconnaissance de la cargaison

La reconnaissance de la cargaison protéique (" cargo ") est effectuée par le récepteur adéquat.

Cette reconnaissance est classique lors de l'absorption de la transferrine (Tf : transporteur du fer sérique) et des LDL (Low Density Lipoprotein, transporteur du cholestérol) par l'intermédiaire de leurs récepteurs respectifs (TfR et LDLR) POUR VOIR OÙ ON LE MET ET FAIRE LES LIENS APPROPRIÉS

Il existe plus de 25 récepteurs différents.

  • Toutefois, la liaison d’un ligand n’est pas nécessairement requise pour l’internalisation comme dans le cas de celui du récepteur au LDL.

Ce dernier particulièrement étudié (840 acides aminés, dont seulement 50 du côté cytoplasmique) est internalisé, fait le voyage complet pour se retrouver dans la membrane plasmique en 10 minutes, soit plusieurs centaines de voyages dans sa vie qui ne dure que 20 heures.

  • LDL et son récepteur
    LDL et son récepteur
    (Figure : vetopsy.fr)
    De plus, différents récepteurs peuvent être internalisés dans la même vésicule recouverte de clathrine (jusqu'à 1000).

2. Adaptateurs à la clathrine

Le récepteur recrute un complexe adaptateur ou adaptine pour la clathrine (AP - Adaptor Protein - ou PA en français) dont on connaît une vingtaine de types (pour une revue de ces adaptateurs). On trouve :

Le terme " cargo adaptors " désigne les protéines qui lient le cargo dans le puit de clathrine et peut désigner les adptateurs comme les nombreuses protéines accessoires (AAK1, epsine, Eps15, auxilline, β-arrestine, Dab2, synaptojanine, amphiphysine, protéines à domaine BAR, Numb, ubiquitine… - cf tableau -)

La clathrine a besoin de ces adaptateurs car elle ne peut se lier à la membrane (Endocytic adaptors – social networking at the plasma membrane 2011).

Adaptateurs classiques : adaptines (AP)

Ces adaptines reconnaissent le récepteur par une séquence particulière de son domaine cytosolique qui est appelé peptide signal par lequel elles se lient à lui (cameraformation et recrutement de l'AP2).

Ces adaptines sont des hétérotétramères (α, β, μ et σ), légérement différents suivant les AP (numérotées de 1-4) :

  • Les mammifères possèdent six adaptines hétérotétramèriques : AP1A, AP2, AP3A et AP4, avec deux isoformes AP5 - AP1B épithélial - et AP6 - AP3B neuronal -.
  • Les sous-domaines, suivant les AP, sont numérotés de 1 à 4 pour β, μ et σ, mais sont dénommés γ (1), α (2), δ (3) et ε (4) pour la sous-unité α.

La description suivante correspond à l'AP2, principal adaptateur de la membrane plasmique impliqué dans la formation de cages de clathrine lors de l'endocytose. Sa forme peut être représentée grossièrement par la tête de Mickey.

Les autres AP, peu différentes (Clathrin-associated adaptor protein complexes 2006), sont localisées dans les endosomes et l'appareil de Golgi.

1. Deux grandes sous-unités (α et β2 de 100 kDa) sont formés par :

  • un domaine N-terminal qui se lie avec la moyenne (μ2) et la petite sous-unité (σ2) pour former le corps de l'adaptine,
  • un domaine moyen ayant un rôle de charnière (hinge),
  • un domaine C-terminal, l'appendice ou l''oreille, relié au noyau par l'intermédiaire d'un long segment flexible qui interagit avec la clathrine, diverses adaptines ou des protéines accessoires (cf. figure).
Adaptines
Adaptines
(Figure : vetopsy.fr)

La sous-unité α :

La sous-unité β2 se lie à :

  • la clathrine (domaine C-terminal de la chaîne lourde) par 2 séquences LΦxΦD/E (boîtes à clathrine ou CBM : Clathrin-Binding Motif) chez les mammifères (leucine, Φ - acide aminé hydrophobe - et x - acide aminé polaire - D/E en dernier) qui sont situées une sur sa charnière et une autre sur son oreille,
  • la membrane, de manière identique à la sous-unité α.
bien

Ce sont ces deux premières liaisons à la membrane qui détermine le recrutement de l'AP2 et son changement conformationnel.

2. La sous-unité moyenne (μ2 de 47-50 kDa) possède :

  • un domaine N-terminal qui contribue au corps de l'adaptine avec α, β2 et σ2,
  • un domaine C-terminal qui reconnait le peptide signal du récepteur.
Recrutement de l'AP2
Recrutement de l'AP2
(Figure : vetopsy.fr)

Ce peptide signal est une séquence particulière du domaine cytosolique du récepteur qui se lie au domaine C-terminal de la sous-unité μ, pour l'intégration dans le puit de clathrine et peut différer selon les cas.

  • Tyr (Y)XXΦ, où l'acide aminé X polaire est spécifique pour l'adaptine et Φ est un acide aminé hydrophobe. C'est le cas pour les protéines de la membrane plasmique (clathrine/AP2, sous-unité μ1) et du trans-Golgi (clathrine/AP1, sous-unité μ2),
  • Asn-Pro-X-Tyr (NPXY) s'applique aux LDL (clathrine/AP2).
  • Leu-Leu (LL) intervient pour d'autres protéines de la membrane plasmique (clathrine/AP2).

Toutefois, l'interaction entre les sous-unités C-terminale de μ2 et β2 (conformation fermée) masque le motif YXXΦ de reconnaissance du récepteur et AP2 montre une faible affinité pour le cargo et la membrane.

Le domaine C-terminal de μ2 subit un changement conformationnel lors de la formation de la vésicule (A Large-Scale Conformational Change Couples Membrane Recruitment to Cargo Binding in the AP2 Clathrin Adaptor Complex 2010).

  • Après la liaison des sous unités α et β2 à la membrane, les forces électrostatiques forcent μ2 à prendre une conformation ouverte.
  • En outre, la thréonine 156 entre les domaines C et N-terminal de la sous-unité μ2 peut être phosphorylée par AAK1 (AP2 associated kinase 1), une sérine/thréonine kinase de la famille Ark1/Prk1 (The Ark1/Prk1 family of protein kinases 2003), qui se fixe sur l'oreille de la sous-unité α, ce qui multiplie par 100 son affinité pour le cargo et la membrane.
  • Cette phosphorylation provoque un changement conformationnel de μ2 (rotation de 129° autour de son grand axe et translation de 39 Å - la moitié de sa longueur -, par rapport a son domaine N-terminal) qui expose le motif de liaison YXXΦ.
    • Auxilline, Hsc70 et chaîne lourde de la clathrine
      Auxilline, Hsc70 et chaîne lourde de la clathrine
      (Figure : vetopsy.fr d'après Xing)
      Ce domaine se lie aussi à 2 PIP2 [phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate ou PtdIns(4,5)P2] pour laisser le motif exposé.
    • Cette phosphorylation est très fortement stimulée par la clathrine.

L'auxilline/GAK (protéines homologues : cyclin G–Associated kinase ubiquiste et auxilline purement cérébrale), agit de manière identique à AAK1 et peut aussi intervenir dans ce processus chez les mammifères, bien qu'elle est aussi d'autres rôles :

Ce domaine contacterait PI4P qui pourrait être produit à partir de PI(4,5)P2 par une enzyme telle que la synaptojanine ou une lipide phosphatase analogue recrutée par la vésicule (Two synaptojanin 1 isoforms are recruited to clathrin-coated pits at different stages 2006).

3. La petite sous-unité (σ2 de 17-19 kDa) possède un autre motif de liaison au cargo du type dileucine (ED)xxxL(LI) - Asp/Glu-x-x-x-Leu-Leu/Ile - qui est lui aussi exposé par le changement conformationnel de μ2 (The γ/σ1 and α/σ2 Hemicomplexes of Clathrin Adaptors AP-1 and AP-2 Harbor the Dileucine Recognition Site 2007).

bien

Le réaménagement structurel de l'AP2 rend coplanaires les 4 liaisons PIP2 [phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate ou PtdIns(4,5)P2] et les deux motifs de liaison endocytaires pour faciliter faciliter les interactions avec la membrane et le cargo.

AP alternatifs

Bibliographie
  • Marieb E. N. - Anatomie et physiologie humaines - De Boeck Université, Saint-Laurent, 1054 p., 1993
  • Maillet M. - Biologie cellulaire - Abrégés de Masson, 512 p, 2002
  • Lodish et coll - Biologie moléculaire de la cellule - De Boeck Supérieur, Saint-Laurent, 1207 p., 2014