Domaines protéiques d'interaction membranaire
Domaines VHS, ENT et ANT

Les domaines VHS, ANT et ENT sont presque identiques permettent la liaison du cargo aux phosphoinositides membranaires, en particulier PI(4,5)P2 ou P2.

Ces trois domaines (Evolutionary analysis of the ENTH/ANTH/VHS protein superfamily reveals a coevolution between membrane trafficking and metabolism  2012) :

• n'ont pas la même structure primaire, i.e. sont formés de résidus différents, mais présentent une structure générale similaire.
• sont impliqués dans le trafic et le tri intracellulaire.

Domaine VHS

Les protéines contenant des domaines VHS (VPS27/Hrs et STAM) sont toutes impliquées dans le trafic et le tri intracellulaire (VHS domain – a longshoreman of vesicle lines 2001).

Ce domaine est retrouvé dans plus de 60 protéines.

Structure du domaine VHS

1. Le domaine VHS de 140 résidus est un domaine superhélicoïdal composé de huit hélices α et d'une longue extension C-terminale (Crystal Structure of the VHS and FYVE Tandem Domains of Hrs, a Protein Involved in Membrane Trafficking and Signal Transduction 2000).

• Les quatre premières hélices (α1 à α4) forment deux répétitions, chacune constituée de deux hélices antiparallèles, i.e. A, α1 à α3, et B, α2 à α4.
• Les trois hélices suivantes (α5 à α7) se replient en une épingle à cheveux à trois hélices (répétition 3) avec α6 et α7 analogues aux hélices A et B, respectivement, des deux premières répétitions.
• L'hélice α8 est tassée contre α6 et α7.

Les hélices A, i.e. α1, α3 et α6, sont situées sur la face externe (convexe) et forment le bas de la structure pyramidale et les hélices B , i.e. α2, α4 et α7, sont situées sur la face interne (concave) à environ 1/3 de la hauteur de la structure pyramidale.

2. L'empilement parallèle des hélices A et B des trois répétitions, combiné avec α8, crée un canal hydrophobe entre la double couche d'hélices qui s'étend sur presque toute la longueur du domaine VHS.

Fonctions du domaine VHS

1. Les protéines contenant des domaines VHS (VPS27/Hrs et STAM) sont toutes impliquées dans le trafic et le tri intracellulaire.

VPS27/Hrs et STAM, qui contiennent tous les deux un domaine VHS, sont des sous-unités du complexe ESCRT-0, impliqué dans les endosomes précoces.
GGA (Golgi-localized, Gamma-adaptin ear homology, Arf-binding), à domaine VHS N- terminal, recrute la clathrine au niveau des membranes du réseau trans-Golgi (Conserved role for Gga proteins in phosphatidylinositol 4-kinase localization to the trans-Golgi network 2017).

2. Le domaine VHS des GGA se lie par exemple à PIK1, i.e. la phosphatidylinositol-4 kinase de la levure, pour pouvoir cibler PI(4)P de la membrane golgienne (Conserved role for Gga proteins in phosphatidylinositol 4-kinase localization to the trans-Golgi network 2017).

3. Les domaines VHS se lient aux cargos ubiquitinés (VHS domains of ESCRT-0 cooperate in high-avidity binding to polyubiquitinated cargo 2010).

3. Le domaine VHS des GGA se lie par exemple à PIK1, i.e. la phosphatidylinositol-4 kinase de la levure, pour pouvoir cibler PI(4)P de la membrane golgienne pour le transformer en PI(4,5)P2 ou P2(Conserved role for Gga proteins in phosphatidylinositol 4-kinase localization to the trans-Golgi network 2017).

Domaine ENT

Le domaine ENTH (Epsin N-Terminal homology) est un domaine hautement conservé d'environ 140 acides aminés identifié dans les epsines.

1. Le domaine ENTH est constitué, comme le domaine VHS, d'une superhélice de 7 hélices α avec une huitième hélice α désalignée avec l'axe du domaine (The ENTH domain 2002).

2. Ce domaine ENTH se lie au qui se lie au PI(4,5)P2 ou P2 des membranes.

• Cette liaison provoque un changement de conformation qui ajoute une hélice α à la fin du domaine i,.e. dans l'epsine Met1-Tyr17 (Membrane remodeling by the M2 amphipathic helix drives influenza virus membrane scission 2017), ou Ser4–Val14 (Membrane Binding and Self-Association of the Epsin N-Terminal Homology Domain 2012).
• C'est cette hélice (α0 ou H0) qui s'insère dans la couche cytoplasmique et pourrait constituer la première phase de la courbure de la membrane (Curvature of clathrin-coated pits driven by epsin 2002).

Remarque : Ce domaine régule aussi Cdc42 et la voie de signalisation Rho GTPase en interagissant avec la GAP Cdc42/Rac1 et Ral effector, Ral-binding protein 1 (RalBP1), voie essentielle pour la migration cellulaire.

Domaine ANT

Le domaine ANTH (AP180/CALM - Clathrin Assembly Lymphoid Myeloid Leukemia -NH2-Terminal Homology) est un domaine qui se lie au PI(4,5)P2 ou P2 de la membrane (AP180 and CALM Dedicated endocytic adaptors for the retrieval of synaptobrevin 2 at synapses 2011).

Les mécanismes d'interaction des domaines ENTH et ANTH avec PI(4,5)P2 serait assez différents (voir références dans Plant AP180 N-Terminal Homolog Proteins Are Involved in Clathrin-Dependent Endocytosis during Pollen Tube Growth in Arabidopsis thaliana 2019).

1. La structure du domaine ANT est semblable aux domaines ENT et VHS, mais prolongé par une ou plusieurs hélices α par rapport à ces domaines (Simultaneous Binding of PtdIns(4,5)P 2 and Clathrin by AP180 in the Nucleation of Clathrin Lattices on Membranes 2000).

PICALM, impliqué dans la fission des vésicules de l'endocytose clathrine-dépendante, contient un domaine ANTH N-terminal qui est environ deux fois plus grand que le domaine ENTH, mais a le même noyau d'hélices α.

2. Les domaines ANTH des adaptateurs endocytaires monomères pour l'endocytose médiée par la clathrine :

• possèdent une hélice amphipathique pour la courbure de la membrane (CALM Regulates Clathrin-Coated Vesicle Size and Maturation by Directly Sensing and Driving Membrane Curvature 2015),
• reconnaissent le domaine SNARE de la synaptobrévine 2/VAMP2, i.e. dans la moitié N-terminale (AP180 and CALM 2011).
  

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  Les résidus clés impliqués dans la formation du complexe de domaine VAMP2-ANTH sont également essentiels pour l'assemblage de SNARE (SNARE motif-mediated sorting of synaptobrevin by the endocytic adaptors clathrin assembly lymphoid myeloid leukemia (CALM) and AP180 at synapses 2011).
• Le désassemblage des complexes SNARE pourrait être une condition préalable à la récupération de synaptobrévine 2/VAMP2, empêchant ainsi le mauvais tri endocytaire de la membrane plasmique des Q-SNARE syntaxine 1A et SNAP-25.

Le recyclage perturbé de la synaptobrévine 2/VAMP2 causé par la réduction des niveaux de CALM ou d'AP180 peut entraîner une maladie, comme le suggère l'association génétique des protéines du domaine ANTH avec des troubles neurodégénératifs.