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    mais de poser une limite à l'erreur infinie
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Trafic vésiculaire : endocytose clathrine dépendante (CME)
Migration et déshabillage 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.

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

Le recrutement des NPF (Nucleation Promoting Factor) et du complexe Arp2/3 provoque la polymérisation de l'actine, qui en allongeant les microfilaments entraîne la vésicule à l'intérieur de la cellule.

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

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.

7. Démontage ou déshabillage de la vésicule de clathrine

Quand la vésicule est entièrement internalisée, elle perd rapidement son revêtement de clathrine pour pouvoir fusionner plus facilement avec les endosomes précoces (cameradéhabillage des vésicules de clathrine).

  • Malgré l'intrication des triskélions, le démontage est très rapide : la seule rotation d'un triskélion autour de son axe peut le désolidariser du manteau, et sa forme lui permet de ne pas interférer avec ceux qui demeurent dans la structure.
  • In vivo, ce processus commence dans les 5 secondes suivant le détachement de la membrane : rappelons que le cycle complet ne dure que 30 à 60 secondes.

Ce déshabillage nécessite plusieurs protéines qui sont présentées comme des co-chaperons de Hsc70, dont l'auxilline/GAK(A sequential mechanism for clathrin cage disassembly by 70-kDa heat-shock cognate protein (Hsc70) and auxilin 2011).

  • Lors du recrutement de la dynamine pour détacher la vésicule de la membrane, on constate un pic de recrutement de l'auxilline.
  • Auxilline, Hsc70 et chaîne lourde de la clathrine
    Auxilline, Hsc70 et chaîne lourde de la clathrine
    (Figure : vetopsy.fr d'après Xing)
    Cela veut dire que vraissemblablement, la cage de clathrine ne doit peut-être pas être complètement " achevée ", ce qui facilitera le processus de déshabillage.

Hsc70/HSPA8

Hsc70 (70 kDa) est une protéine appartenant à la famille (HSPA8/HSC70 chaperone protein 2013) :

  • des protéines de choc thermique (Heat-shock protein), et en particulier des HSP70 (The nucleotide exchange factors of Hsp70 molecular chaperones 2015) : protéines produites par les cellules en réponse à un stress, en particulier lors de leur découverte à la chaleur,
  • des protéines chaperons : protéines associées à la protection, le maintien et la régulation des fonctions des protéines auxquelles elles sont associées (il existe d'autres protéines chaperons qui ne sont pas des protéines de choc thermique).

Structure de Hsc70

Hsc70 facilite le pliage des protéines pour les protéger, en cachant les acides aminés hydrophobes souvent impliqués dans les agrégations des protéines.

Hsc70/HSPA8
Hsc70/HSPA8
(Figure : vetopsy.fr d'après Stricher et coll)

Hsc70 est constitué de trois domaines.

1. Le domaine N-terminal (NBD : Nucleotide Binding Domain 44kDa) est un domaine ATPase, constitué de 4 sous-domaines (IA, IB, IIA, and IIB), divisé en deux lobes séparés par une profonde fente nucléotidique (comme dans toutes les ATPases).

L'hydrolyse de l'ATP en ADP et Pi conduit à des changements conformationnels des autres domaines.

2. Le domaine de fixation au substrat (SBD : Substrate Binding Domain 24 kDa) est composé :

  • d'un sous-domaine en feuillet β (β sheet), formant classiquement un tonneau β (beta barrel) qui entoure le substrat concerné, et un sous-domaine hélicoïdal α.

SBD contient une fente qui peut accueillir des peptides de 5-7 acides aminés, en général hydrophobes, avec une préférence particulière pour la séquence FYQLALT.

  • d'un sous-domaine C-terminal, domaine constitué de plusieurs hélices α, qui stabilise la structure interne et agit comme un " couvercle " pour maintenir le substrat dans le tonneau.

Mécanisme de chaperon

Le domaine de connexion entre NBD et SBD est une hélice flexible qui permet le déplacement des deux domaines de 35° l'un par rapport à l'autre et favorise leur rapprochement (Insights into the molecular mechanism of allostery in Hsp70s 2015).

Bien que les fonctions de liaison du NBD et SBD sont séparables, l'activité de chaperon Hsp70 dépend strictement du couplage serré de ces deux domaines par la liaison de l'ATP, ce qui conduit à la modulation de leurs activités (Hsp70 chaperone dynamics and molecular mechanism 2013).

  • Hsc70/HSPA8
    Hsc70/HSPA8
    (Figure : vetopsy.fr d'après Mayer et Kityk)
    L'ATP réduit considérablement l'affinité des peptides pour les substrats peptidiques en accélérant à la fois les taux de libération et de liaison.
  • Dans le même temps, la liaison du peptide stimule la vitesse d'hydrolyse de l'ATP.

Grâce à ce couplage, l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP est efficacement utilisée pour la régulation de la liaison et de la libération du peptide du substrat, i.e. le chaperon est efficace.

La fonction de chaperon de Hsc70 est corrélée à la transition entre les conformations ouvertes et fermées du SBD, régulée par le mécanisme allostérique de rapprochement avec le NBD en liaison avec le cycle ATPasique (Solution conformation of wild-type E. coli Hsp70 (DnaK) chaperone complexed with ADP and substrate 2009).

Le mécanisme est le suivant.

1. Quand l'Hsc70 est couplé à l'ADP, il est en équilibre entre la conformation fermée et une conformation ouverte très transitoire.

2. Les facteurs d'échange de nucléotides (NEF) catalysent la dissociation de l'ADP et la liaison de l'ATP à Hsc70 provoque :

  • la rotation des lobes NBD l'un vers l'autre,
  • l'ouverture de la fente inférieure du NBD et
  • l'insertion du lien interdomaine et l'ancrage de SBDβ au NBD, entraînant l'ouverture du couvercle α-hélicoïdal (SBDα),
  • la libération du substrat.
Cycle de Hsc70/HSPA8
Cycle de Hsc70/HSPA8
(Figure : vetopsy.fr d'après Mayer et Kityk)

3. Quand l'Hsc70 est couplé à l'ATP, il est en équilibre entre la conformation fermée et une conformation ouverte très transitoire : les boucles externes du SBDβ sont très dynamiques.

4. Les substrats s'associent aux protéines à domaines J (JDP) et se lient à la conformation ouverte de Hsp70 (Structure of clathrin coat with bound Hsc70 and auxilin: mechanism of Hsc70‐facilitated disassembly 2009).

5. La liaison du substrat induit la fermeture du SBDα et la dissociation du SBDβ du NBD, ce qui permet la rotation des lobes NBD pour une hydrolyse optimale de l'ATP.

conclusion

Pour déshabiller la cage de clathrine, Hsc70 doit :

1. être recrutée par deux types de co-chaperons :

Les bactéries et les organites d'origine bactérienne ont un seul type connu de NEF pour Hsp70, Le GrpE bactérien est le seul NEF connu pour Hsp70, alors que, pour les cellules eucaryotes, un grand nombre de NEF, appartenant aux familles de protéines de domaine Hsp110/ Grp170, HspBP1/Sil1 et BAG, ont été découvertes.

2. se fixer au motif QLMLT des chaînes lourdes : les domaines C-terminaux des triskélions forment une cavité en forme d'entonnoir contennat un motif QLMLT (résidus 1638–1642 chez les mammifères) qui permet une liaison optimale du SBD de la protéine Hsc70 (A Motif in the Clathrin Heavy Chain Required for the Hsc70/Auxilin Uncoating Reaction 2007).

Co-chaperons de Hsc70 et mécanisme du déhabillage

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