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Trafic vésiculaire : endocytose clathrine dépendante (CME)
Cage de clathrine et déformation de la membrane

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).

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 mécanisme premier qui induit l'endocyose.

Suivant les auteurs, on peut inverser les deux processus décrits ci-dessous.

3a. Formation de la cage de clathrine

La formation des cages de clathrine et son renouvellement sont très rapides (2500 vésicules par minute avec une demi-vie d'une minute environ).

Structure de la clathrine

La clathrine est formée de triskélions (du grec triskélès, " à trois jambes ") fomés de :

  • 3 chaînes lourdes ou longues (190 kDa, 1675 acides aminés) qui forment l'ossature de la cage,
  • 3 chaînes légères ou courtes (30-40 kDa, 230-250 acides aminés), intimement liées à elles, qui en régulent le montage et le démontage.
Cage de clathrine et triskélion
Cage de clathrine et triskélion
(Figure : vetopsy.fr d'après N.V. Popova)

Il en existe deux isoformes selon que les chaînes lourdes soient liées avec une chaine légère a (dans tout l'organisme) ou b dans le muscle.

Chaîne lourde

Cette chaîne lourde est décrit métaphoriquement comme un membre inférieur avec :

1. Le pied (ou domaine terminal) est le domaine N-terminal (β-propeller, propulseur-β à 7 pales identiques) qui contient deux motifs de lien à de nombreuses protéines (Life of a clathrin coat: insights from clathrin and AP structures 2006).

Le premier site interagit avec les protéines possédant les " boîtes à clathrine " (LΦxΦD/E), comme :

Le second site se lie aux protéines contenant la boîte W-motif (PWXXW) comme les amphiphysines 1 et 2.

Après ce pied peu structuré et contenant des domaines PRD riches en proline, la chaîne lourde est formée de courtes hélices-α (α-hélical hairpin) formant une super-hélice appelée zigzag α, constituées par des répétitions d'environ 145 aa, appelées clathrin heavy chain repeat - CHCR - (Clathrin self-assembly is mediated by a tandemly repeated superhelix 1999).

2. Puis, on trouve la partie distale :

  • la cheville (CHCR0, 1 et 2),
  • la jambe, partie distale (CHCR3, 4 et 5 N-terminal),

3. Enfin, la partie proximale est composée de :

  • le genou (CHCR5 C-terminal),
  • la cuisse, partie proximale (CHCR6 et 7).
Chaines de clathrine
Chaînes de clathrines

4. Enfin, le domaine C-terminal est le siège de la trimérisation (entre les acides aminés 1488-1587), considéré comme un tripode hélicoïdal.

Chaîne légère

La chaîne légère est composée par :

Elle se lie à deux sites de la chaîne lourde :

Assemblage des triskélions

Les triskélions s’assemblent spontanément avec une grande flexibilité pour former une sorte de treillis, d'où le nom de la clathrine (du latin clastratus," treillis ") qui peut prendre plusieurs formes de différentes tailles (Distinct Dynamics of Endocytic Clathrin-Coated Pits and Coated Plaques 2009).

Cages à clathrine

Cage de clathrine et triskélion
Cage de clathrine et triskélion
(Figure : vetopsy.fr d'après N.V. Popova)

Les cages à clathrines, lors de la formation de puits classiques, dits aussi " canoniques ", sont construites par les interactions de nombreux triskélions (cf. figure du manteau de clathrine contenant 36 triskelia) : il est à noter que pour fermer la vésicule, la cage doit incorporer 12 pentagones qui lui donnent sa courbure (et donc 6 hexagones : la vésicule, en elle-même, de taille variable, en contient beaucoup plus, en formant un icosaèdre tronqué).

1. Chaque sommet (hub) est constitué par le domaine de trimérisation.

Les jambes des chaînes lourdes et les chaînes légéres associées sont placées à l'extérieur du sommet.

2. Chaque côté du polyèdre est formé par 4 domaines : 2 domaines proximaux antiparallèles situés au-dessus de deux domaines distaux antiparallèles (Clathrin self-assembly involves coordinated weak interactions favorable for cellular regulation 2003).

Toutefois pour que les vésicules se forment, la liaison aux adaptateurs est essentielle pour pouvoir aligner les domaines distaux correctement (Complete Reconstitution of Clathrin Basket Formation with Recombinant Protein Fragments: Adaptor Control of Clathrin Self-Assembly 2000).

3. Les pieds, domaines terminaux, sont dirigés vers l'intérieur, en direction du centre de la cage et se trouvent sous les sommets.

  • Ils prennent une forme de crochets qui permettent leur fixation à la couche interne formée par les protéines adaptatrices. Ils sembleraient interagir avec les chevilles des autres trimères.
  • En outre, leurs trois segments C-terminaux forment une cavité en forme d'entonnoir qui contient un motif QLMLT (résidus 1638–1642 chez les mammifères) qui permet une liaison optimale avec la protéine Hsc70, protéine de déshabillage des cages de clathrine.

" Plaques " à clathrine

Les " plaques ", non-canoniques, sont formées surtout d'hexagones qui produisent un réseau de faible courbure.

Ces deux processus de formation sont distincts (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de transformation - montage, démontage - d'une à l'autre comme on le supposait car on utilisait des natures cellulaires différentes) et leur relation, s'il y en a une, est pour l'instant obscure (Distinct Dynamics of Endocytic Clathrin-Coated Pits and Coated Plaques 2009).

3b. Déformation de la membrane

attention

Les résultats d'expériences contradictoires à ce stade 3 montrent qu'un certain nombre de protéines peuvent procéder à l'initiation de l'endocytose (From uncertain beginnings : Initiation mechanisms of clathrin-mediated endocytosis 2013 ) :

  • deux adaptines avec un triskélion,
  • la courbure de la membrane par une protéine BAR ou autre (epsine…),
  • le regroupement des cargos,
  • le recrutement d'un gradient de lipides spécifiques comme le PIP2 [phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate ou PtdIns(4,5)P2].
Exemple simplifié de la régulation de N-WASP
Exemple simplifié de la régulation de N-WASP
(Figure : vetopsy.fr)

Des molécules à domaine N-BAR, comme l'amphiphysine, ou à domaine F-BAR, comme FCho1, la FCho2…, mais aussi l'epsine courbent la membrane.

Par exemple, l'amphiphysine est composée :

  • d'un domaine N-BAR qui s'homodimérise pour former un module BAR dont l'hélice terminale s'insère entre les deux couches de la membrane plasmique pour incurver sa surface.
  • un domaine central CLAP (CLathrin and AdaPtor binding domain),
  • un domaine SH3 C-terminal qui se lie avec le domaine PRD (PR ou PRD : riche en proline) de la dynamine (ProSerArgProAsnArg).

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

4. Recrutement des NPF, du complexe Arp2/3 et polymérisation de l'actine

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