Trafic vésiculaire : endocytose clathrine dépendante (CME)
Recrutement de l'actine, détachement de la vésicule

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).

• 1. Les molécules " cargo " sont, le plus souvent, reconnues spécifiquement par un récepteur auquel, en général, elles se lient.
• 2. Ce complexe récepteur-cargo se couple ensuite à une protéine nommée adaptateur à la clathrine ( adaptines ou adaptateurs alternatifs), car la cage de clathrine ne peut se lier à la membrane.
• 3a. Un réseau de protéines (coat - " manteau, couche " - protein) à base de clathrine se forme à la face interne de la membrane plasmique pour former les CCS (clathrin-coated structures).
• 3b. L'invagination de la membrane est provoquée par la formation d'une dépression peu profonde faisaant intervenir des protéines à domaine BAR.

• 

  4. L'approfondissement de cette dépression et le rétrécissement de son goulot forme une poche profondément invaginée, grâce au recrutement des NPF (Nucleation Promoting Factor), du complexe Arp2/3 et de la polymérisation de l'actine.
• 5. La vésicule endocytaire se détache de la membrane grâce à la dynamine.
• 6. La vésicule migre vers l'intérieur de la cellule grâce à l'actine et à la myosine.
• 7. La vésicule se déshabille.

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

• 8. La vésicule pénètre dans les endosomes précoces.

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

Les protéines à domaine BAR (et d'autres cf. figure) et la cage de clathrine recrutent les NPF (Nucleation Promoting Factor) qui activent le complexe Arp2/3.

La clathrine peut être connectée à la clathrine et à l'actine par deux processus.

1. HIP1 (Huntingtin-interacting protein 1), surtout neuronal, et HIP1R (HIP1- related) qui se lient à la clathrine (Huntingtin-interacting Protein 1 (Hip1) and Hip1-related Protein (Hip1R) Bind the Conserved Sequence of Clathrin Light Chains and Thereby Influence Clathrin Assembly in Vitro and Actin Distribution in Vivo 2004). Pour une étude plus complète, lire : Heat shock cognate protein 70 (HSC70) est un nouveau partenaire pour la protéine (HIP1R).

Ces protéines contiennent plusieurs domaines :

• un domaine ANTH (AP180/CALM - Clathrin Assembly Lymphoid Myeloid Leukemia -NH2-terminal homology) se lie au au PIP2 [phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate ou PtdIns(4,5)P2] de la membrane, comme le domaine ENTH de l'epsine ou le domaine VHS des GGA, mais avec par des résidus différents(Contrasting Membrane Interaction Mechanisms of AP180 N-terminal Homology (ANTH) and Epsin N-terminal Homology (ENTH) Domains - 2003 - et Evolutionary analysis of the ENTH/ANTH/VHS protein superfamily reveals a coevolution between membrane trafficking and metabolism  -2012 -).
• un domaine de liaison à la chaîne lourde de la clathrine et à l'AP2 pour HIP1,
• un domaine central coiled coil de liaison à la chaîne légère de la clathrine,
• un domaine USH (upstream helix) qui inhibe la liaison de l'actine par un mécanisme inhibiteur (Intrasteric Inhibition Mediates the Interaction of the I/LWEQ Module Proteins Talin1, Talin2, Hip1, and Hip12 with Actin),
• un domaine THATCH (Talin-HIP1R/Sla2p-Actin-Tethering C-terminal Homology) de liaison à l'actine : une controverse existe encore pour savoir si cette liaison est effective uniquement pour HIP1R, ou aussi pour HI1P.

En outre, HI1PR comporte un domaine PRD C-terminal qui peut se lier au domaine SH3 de la cortactine (A Hip1R–cortactin complex negatively regulates actin assembly associated with endocytosis 2007) : cette liaison peut bloquer l'allongement des extrémités barbées des microfilaments d'actine.

HIp1 et HIP1R joue également un rôle dans les cancers du colon ou de la prostate, dans l'apoptose…

2. La cortactine, par son domaine SH3, est recrutée par la dynamine grâce à son domaine PRD est un facteur de nucléation puissante de l'actine (cf plus bas).

Le complexe Arp2/3 de nucléation polymérisent l'actine G :

• en microfilaments disposés en réseau (angle de 70° entre filaments mère et filament fille),
• très rapidement avec toutes les régulations inhérentes à ce processus (coiffe, élongation, fragmentation…).

Les extrémités barbées ciblent le goulot (neck) des bourgeons d'endocytose et les zones où se touvent les structures à base de clathrine (CCS : clathrin-coated structures) : elles exercent leurs forces à ce niveau.

5. Détachement de la membrane

La dynamine est une GTPase recrutée par les CCS (Clathrin-Coated Structure) qui catalyse la séparation (" fission " en anglais) de la vésicule de la membrane à la fin de l'endocytose.

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.

Les dynamines, avec ses trois isoformes, ont trois propriétés :

• 1. Elles s'auto-oligomérisent en hélices autour d'un tube membranaire, ici le col des puits recouverts de clathrine (Dynamin recruitment and membrane scission at the neck of a clathrin-coated pit 2014 et Actin and dynamin2 dynamics and interplay during clathrin-mediated endocytosis 2014).
• 2. Les changements conformationnels induits par les nucléotides conduisent à une constriction du polymère et donc de la membrane.

• 2. Les changements conformationnels induits par les nucléotides conduisent à une constriction du polymère et donc de la membrane.
• 3. Les dynamines induisent la fission des cols membranaires par l'hydrolyse du GTP.

De nombreux partenaires se lient à la dynamine et leur rôle précis n'est pas bien déterminé ( partenaires de la dynamine).

1. Le domaine C-terminal PRD (riche en proline et en arginine) se lie au domaine SH3 ou aux domaines BAR de nombreux partenaires de liaison (cf. liste).

En effet, ces protéines définissent le contexte dans lequel la dynamine doit agir en fonctionnant :

• 

  comme adaptateurs pour faciliter son recrutement membranaire, comme l'amphiphysine par exemple sur les sites de formation et de fission de vésicules endocytaires ;
• comme coordonnateurs de son action avec celle d'autres protéines.

La cortactine joue aussi un rôle par la liaison de son domaine SH3 avec le domaine riche en proline de la dynamine (Cortactin Is a Component of Clathrin-Coated Pits and Participates in Receptor-Mediated Endocytosis 2003).

2. La formation des tétramères de dynamine serait aussi dépendante de la courbure de la membrane générée par les protéines à domaine BAR auxquels elles se lient (Coordinated actions of actin and BAR proteins upstream of dynamin at endocytic clathrin-coated pits 2010).

Les données sur ce sujet sont contradictoires car une des questions clés est de savoir si ces protéines participent directement à la réaction de fission soit par un effet sur la courbure de la bicouche ou via leurs interactions avec la dynamine (Cooperative Recruitment of Dynamin and BIN/Amphiphysin/Rvs (BAR) Domain-containing Proteins Leads to GTP-dependent Membrane Scission 2013).

• En effet, les protéines à Domaine Bar ont tendance à se dimériser. Par contre, la forme de croissant du domaine BAR peut bloquer la constriction par la dynamine en formant un échafaudage rigide de courbure fixe sur la membrane (Membrane Fission Is Promoted by Insertion of Amphipathic Helices and Is Restricted by Crescent BAR Domains 2012).
• En outre, les barres du domaine BAR pourraient s'intercaler entre des modules GTPase de l'hélice de la dynamine et perturbe l'interaction du domaine G-G nécessaire pour l'hydrolyse du GTP (An endophilin–dynamin complex promotes budding of clathrin-coated vesicles during synaptic vesicle recycling 2011).

3. La liaison avec l'actine est discutée dans les modèles.

Rôles des myosines dans les stades 4 et 5

Par contre, des études récentes ont montré que dans le processus de détachement de la membrane, les myosines pouvaient intervenir. Ces interactions avec la myosine sont en cours d'étude (Nonmuscle Myosin II Is a Critical Regulator of Clathrin-Mediated Endocytosis 2014).

1. la myosine VI est le seul moteur à fonctionner à contre-sens vers l'extrémité (-).

Le domaine C-terminal de la queue de cette myosine contient 3 sites de liaison (Myosin VI targeting to clathrin-coated structures and dimerisation is mediated by binding to Disabled-2 and PtdIns(4,5)P2 2009) :

• un motif WWY pour la liaison à Dab2 (adaptateur alternatif),
• un motif de RRL pour GIPC/optineurine : la GIPC (GAIP-interacting protein, C terminus), partenaire de la myosine VI intervenant dans les vésicules d'endocytoses recouvertes ou non (RGS-GAIP, a GTPase-activating Protein for Gα_i Heterotrimeric G Proteins, Is Located on Clathrin-coated Vesicles 1998), l'optineurine est une protéine associé au Golgi et à la sécrétion),
• un site qui se lie spécifiquement avec une haute affinité (Kd 0,3 pm) à des liposomes contenant PIP2. qui provoque une dimérisation de la queue lorsqu'elle est associée à des vésicules lipidiques.

2. La myosine I (en particulier la myosine 1E à longue queue) peut ancrer l'actine à la membrane plasmique et à l'actine (Myosin 1E coordinates actin assembly and cargo trafficking during clathrin-mediated endocytosis 2011).

Par son domaine SH3, elle peut interagir avec:

• les NPF (Nucleation Promoting Factor) par leur domaine PRD, qui activent le complexe Arp2/3. (par leur domaine PRD,, activant ainsi le complexe Arp2/3 pour polymériser l'actine,
• la dynamine et la synaptojanine.

3. Les myosines II favoriseraient l'invagination de la membrane et le mécanisme de scission.

6. Migration de la vésicule vers l'intérieur de la cellule