Constituants cellulaires
Cytosquelette : microfilaments d'actine
Protéines d'élongation
Vue d'ensemble et protéines Ena/VASP

Vue d'ensemble de l'élongation

1. Les protéines d’élongation constituent une famille de protéines de liaison à l'actine (ABP ou Actin Binding Proteins) qui favorisent l’ajout préférentiel de monomères d'actine G à l'extrémité barbée (+) des microfilaments d'actine où la vitesse d'assemblage est la plus élevée, et accompagnent leur croissance.

a. Les principales sont :

• les formines, qui assurent une élongation processive des microfilaments d'actine tout en restant associées à leur extrémité barbée (+),
• les protéines Ena/VASP, qui favorisent l'élongation des microfilaments d'actine en recrutant des complexes profiline-actine et en s'opposant à l'action de certaines protéines de coiffage.

b. Certaines protéines multifonctionnelles participent également à l'élongation des microfilaments d'actine :

• la profiline, qui assure le recyclage des monomères d'actine G et leur transfert vers les protéines d'élongation,
• les protéines à domaines WH2 multiples (Tandem-monomer-binding nucleators), comme Spire, Cordon-Bleu (COBL), JMY, léiomodines...), dont la fonction principale est la nucléation, mais qui peuvent également favoriser la croissance des nouveaux microfilaments,
• la villine, protéine de réticulation des faisceaux d'actine qui possède également des activités de nucléation et d'élongation,
• certaines myosines associées aux stéréocils, notamment MYO15A et MYO3A , qui participent indirectement à l'allongement des faisceaux parallèles d'actine en transportant des protéines impliquées dans leur croissance.

c. L'activité des protéines d'élongation est étroitement liée à celle de certaines protéines de coiffage, notamment CapZ et la twinfiline, qui régulent l'accessibilité de l'extrémité barbée (+) aux monomères d'actine.

2. Les autres familles de protéines de liaison à l'actine comprennent :

• des protéines de séquestration qui séquestrent les monomères d'actine G et régulent leur disponibilité pour la polymérisation (thymosine β4, profiline, CAP1 et CAP2 (Cyclase-associated proteins), twinfiline, DNase I…),
• des protéines de nucléation qui initient la formation de nouveaux microfilaments (formines, complexe Arp2/3, protéines à domaines WH2 multiples ou tandem-monomer-binding nucleators…),
• des protéines de coiffage qui se fixent aux extrémités (+) ou (-) et contrôlent les échanges de monomères (CapZ, gelsoline, twinfiline, tropomoduline…),
• des protéines de sectionnement et de dépolymérisation qui fragmentent les microfilaments et favorisent leur renouvellement (cofiline, gelsoline…),
• des protéines de stabilisation qui limitent la dépolymérisation et stabilisent certains réseaux d'actine (tropomyosines, cortactine…),
• des protéines de réticulation qui relient plusieurs microfilaments afin de former des faisceaux ou des réseaux tridimensionnels (plastines (fimbrines), fascines, villine, espine, α-actinine, filamine…),
• des protéines motrices, les myosines, qui utilisent les microfilaments d'actine comme rails moléculaires pour produire des forces et des mouvements cellulaires,
• des protéines assurant la liaison entre les microfilaments d'actine et la membrane plasmique, comme les protéines ERM (Ezrine, Radixine, Moésine), les spectrines et la dystrophine.

L'ankyrine participe également à ces complexes d'ancrage par son interaction avec les spectrines et diverses protéines membranaires, mais sans se lier directement aux microfilaments d'actine.

Remarque : certaines ABP sont dites multifonctionnelles car elles participent à plusieurs mécanismes.

Par exemple les formines, classées dans les protéines de nucléation, peuvent aussi participer au coiffage de l'extrémité barbée (+) et à l'élongation.

Protéines Ena/VASP des filopodes

Les protéines de la famille Ena/VASP (Enabled/Vasodilator-stimulated phosphoprotein) constituent une famille d'ABP impliquées dans la régulation de la dynamique des microfilaments d'actine.

Elles favorisent principalement l'élongation des microfilaments à leur extrémité barbée (+) et participent à l'organisation de plusieurs structures cellulaires riches en actine, notamment les filopodes, les lamellipodes et les adhérences focales (cellule/MEC).

Chez les vertébrés, cette famille comprend trois protéines à organisation modulaire très conservée, mais présentant des profils d'expression tissulaire, des partenaires moléculaires et des fonctions physiologiques partiellement distincts (Cardiovascular Functions of Ena/VASP Proteins: Past, Present and Beyond 2023).

• VASP (Vasodilator-Stimulated Phosphoprotein), largement exprimée, notamment dans les plaquettes, les cellules endothéliales et les adhérences focales (cellule/MEC), régule la dynamique du cytosquelette d'actine.
• Mena (Mammalian Enabled) est principalement impliquée dans la migration cellulaire, le développement du système nerveux et certains processus invasifs des cellules tumorales.
• EVL (Ena/VASP-Like), exprimée dans de nombreux tissus mais particulièrement dans les cellules hématopoïétiques et immunitaires, participe à l'organisation du cytosquelette d'actine et à la motilité cellulaire.

Remarque : le terme Ena/VASP provient de la protéine Ena (Enabled), initialement identifiée chez la drosophile, et de VASP découverte chez les vertébrés.

Le nom Enabled (" rendu possible ") a été attribué car les mutations du gène ena chez la drosophile favorisent l'expression de certains défauts du développement observés lors de l'inactivation du gène Abl.

Structure des protéines Ena/VASP

Les Ena/VASP contiennent plusieurs domaines (Structural basis for the recruitment of profilin–actin complexes during filament elongation by Ena/VASP 2007 et Clustering of VASP actively drives processive, WH2 domain-mediated actin filament elongation 2008).

1. Le domaine EVH1 (Ena/VASP homology 1) N-terminal, d'environ 115 résidus, appartenant à la superfamille des domaines PH.

a. Son rôle principal est d'assurer le recrutement des protéines Ena/VASP vers des sites cellulaires spécifiques riches en actine, préférentiellement un motif consensus FPPPP (D/E)FPPPPX(D/E)(D/E) présent dans de nombreuses protéines partenaires (The WH1 and EVH1 Domains of WASP and Ena/VASP Family Members Bind Distinct Sequence Motifs 2002).

b. Le domaine EVH1 peut également interagir avec certains phosphoinositides membranaires, notamment le PI(4,5)P2 ou PIP2, contribuant ainsi à la localisation des protéines Ena/VASP au voisinage de la membrane plasmique.

2. Le domaine PRD (Proline-Rich Domain) est une région centrale riche en proline qui assure principalement le recrutement des partenaires impliqués dans la polymérisation de l'actine.

Bien qu'il ne soit pas subdivisé en sous-domaines structuraux clairement individualisés, plusieurs zones fonctionnelles peuvent être distinguées.

• La région N-terminale (zone de régulation) interagit avec diverses protéines contenant des domaines SH3 ou WW impliquées dans la signalisation cellulaire et le remodelage du cytosquelette d'actine.
• La région centrale (zone de recrutement) contient plusieurs motifs de liaison à la profiline (GPPPPP ou GP5) et peut ainsi recruter simultanément plusieurs complexes profiline-actine.
• La région C-terminale (zone de transfert) située à proximité du domaine EVH2, qui participe à l'acheminement des complexes profiline-actine vers le site de polymérisation situé à l'extrémité barbée (+) du microfilament en croissance. ;

3. Le domaine EVH2 (Ena/VASP homology 2) est un domaine C-terminal responsable de l'interaction directe des protéines Ena/VASP avec l'actine.

a. Il comprend trois régions fonctionnelles :

• un site de liaison à l'actine G (GAB, G-actin-binding domain), qui fixe les monomères d'actine et favorise leur incorporation dans le microfilament en croissance,
• un site de liaison à l'actine F (FAB, F-actin-binding domain), qui permet l'association des protéines Ena/VASP aux microfilaments d'actine, en particulier à leur extrémité barbée (+),
• un domaine coiled-coil (CC) qui forme une superhélice α impliquée dans la tétramérisation des protéines Ena/VASP.

b. La tétramérisation favorise le regroupement de plusieurs microfilaments d'actine et contribue à la formation de faisceaux parallèles (The EVH2 Domain of the Vasodilator-stimulated Phosphoprotein Mediates Tetramerization, F-actin Binding, and Actin Bundle Formation 1999).

Mécanisme des protéines Ena/VASP

Le mécanisme d'action des protéines Ena/VASP repose sur le recrutement de complexes profiline-actine aux sites de polymérisation et sur leur incorporation continue à l'extrémité barbée (+) des microfilaments d'actine.

1. Les protéines Ena/VASP sont recrutées à proximité de la membrane plasmique grâce à leur domaine EVH1 qui interagit avec :

• diverses protéines partenaires contenant un motif FPPPP, comme la lamellipodine au niveau des lamellipodes, la zyxine et la vinculine dans les adhérences focales (cellule/MEC) ou Robo lors du guidage axonal,
• certains phosphoinositides membranaires comme PI(4,5)P2 ou PIP2, contribuant à leur localisation au voisinage de la membrane plasmique.

2. Une fois localisées aux sites de polymérisation de l'actine, elles recrutent, par leur domaine PRD, plusieurs complexes profiline-actine qui constituent la principale source de monomères d'actine G directement utilisables pour la croissance des microfilaments (VASP is a processive actin polymerase that requires monomeric actin for barbed end association 2010)

• Le domaine EVH2 assure simultanément la liaison aux monomères d'actine G et aux microfilaments d'actine F.
• Cette organisation favorise le transfert des monomères apportés par la profiline vers l'extrémité barbée (+) du microfilament en croissance.

3. Contrairement aux protéines de coiffage comme Capz ou la gelsoline, les protéines Ena/VASP restent associées à l'extrémité barbée (+) tout en permettant l'incorporation continue de nouveaux monomères d'actine.

• Elles favorisent ainsi une élongation processive des microfilaments.
• La tétramérisation des protéines Ena/VASP permet en outre le regroupement de plusieurs extrémités barbées (+), favorisant la formation de faisceaux parallèles et le développement de structures cellulaires riches en actine, notamment les filopodes.

4. Enfin, les protéines Ena/VASP favorisent généralement la formation de réseaux d'actine peu ramifiés au détriment des réseaux fortement branchés dépendants du complexe Arp2/3, contribuant ainsi à l'organisation de structures linéaires de microfilaments.

Fonctions des protéines Ena/VASP

Les protéines Ena/VASP participent à plusieurs processus cellulaires (Ena/VASP: towards resolving a pointed controversy at the barbed end 2009).

1. En recrutant des complexes profiline-actine et en restant associées à l'extrémité barbée (+), elles favorisent une élongation processive des microfilaments d'actine en croissance.

• Elles antagonisent les protéines de coiffage de l'extrémité barbée (+) , comme CapZ et a gelsoline, favorisant ainsi la formation de microfilaments d'actine plus longs.
• Grâce à leur tétramérisation, elles peuvent également regrouper plusieurs microfilaments d'actine et contribuer à la formation de faisceaux parallèles.

2. Ces propriétés ont plusieurs conséquences (Ena/VASP proteins in cell edge protrusion, migration and adhesion 2022).

• Leur accumulation à la pointe des filopodes contribue à la formation et à la croissance de ces prolongements cellulaires.
• Grâce à leurs interactions avec de nombreuses protéines associées au cytosquelette d'actine, notamment la lamellipodine, Robo (guidage axonal), la zyxine, la vinculine et la migfiline, elles participent :
  • à la dynamique des lamellipodes et des adhérences focales (cellule/MEC),
  • à la migration cellulaire (Ena/VASP proteins: regulators of the actin cytoskeleton and cell migration 2003),
  • au guidage axonal et au développement du système nerveux, à divers processus morphogénétiques intervenant au cours du développement embryonnaire et du remodelage tissulaire.

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