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

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.

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).

HIP1, HIP1R, Sla2p
HIP1, HIP1R, Sla2p
(Figure : vetopsy.fr)

Ces protéines contiennent plusieurs domaines :

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).

Action de la cortactine et sa régulation
Action de la cortactine et sa régulation
(Figure : vetopsy.fr)

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

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.

bien

Les réseaux de microfilaments d'actine et les ABP (Actin Binding Protein) provoquent, par leur croissance, l'invagination des vésicules d'endocytose, leur intériorisation et leur transport dans la cellule.

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.

bien

La structure et les propriétés de la dynamine, ainsi que les modèles de fission (par démontage et par constrictase/cliquet sont étudiés dans des chapitres spéciaux.

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

Hélice de dynamine
Hélice de dynamine
(Figure : vetopsy.fr d'après Antonny et coll)
  • 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.
Hélice de dynamine
Hélice de dynamine
(Figure : vetopsy.fr d'après Antonny et coll)

De nombreux partenaires se lient à la dynamine et leur rôle précis n'est pas bien déterminé (loupe 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 :

  • Amphiphysine et dynamine
    Amphiphysine et dynamine
    (Figure : vetopsy.fr)
    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).

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).

Actine, myosines et endocytose
Actine, myosines et endocytose
(Figure : vetopsy.fr)

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) :

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:

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

bien

Ces interactions avec la myosine sont en cours d'étude (Nonmuscle Myosin II Is a Critical Regulator of Clathrin-Mediated Endocytosis 2014).

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