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Autophagie
Autophagie non canonique
CASM : agents pharmacologiques et pathogènes

Sommaire
définition

L'autophagie non canonique (CASM) peut être activée par des agents pharmacologiques et pathogènes et intervenir dans l'immunité.

CASM et agents pharmacologiques

1. La CASM est activée par des agents pharmacologiques, i.e. :

2. TRPML1, le canal calcique lysosomal, peut être activé par divers agonistes, et cette activation est suffisante pour entraîner directement l'autophagie non canonique et la lipidation d'ATG8 directement sur les membranes des lysosomes (GABARAP sequesters the FLCN-FNIP tumor suppressor complex to couple autophagy with lysosomal biogenesis 2021).

a. L'activation du CASM par les agonistes TRPML1 ou par d'autres médicaments lysosomotropes, active le TFEB indépendamment de la cible mécaniste de l'activité de la rapamycine (mTOR) et de la régulation des nutriments.

Séquestration de FLNC/FNIP par la CASM
Séquestration de FLNC/FNIP par la CASM
(Figure : vetopsy.fr d'après Goodwin et coll)

b. Ce mécanisme alternatif repose sur GABARAP, et non sur LC3, qui se lie directement à un motif LIR au complexe folliculine (FLCN)/FNIP (folliculin-interacting protein).

La lipidation de GABARAP pendant la CASM séquestre ce complexe hors du cytosol, soulageant son effet inhibiteur sur les Rag guanosine triphosphatases (GTPases) et permettant ainsi l'activation du TFEB/TFE3 afin de contrôler la biogenèse lysosomale.

c. Ainsi, l’axe GABARAP-FLCN/FNIP-TFEB sert de capteur moléculaire qui coordonne l’homéostasie lysosomale avec les perturbations et le flux de cargo au sein du réseau autophagie-lysosomale.

Agents pathogènes

Les agents pathogènes activent la CASM.

LC3 et virus
LC3 et virus
(Figure : vetopsy.fr d'après Ulfert et coll)

1. Prenons comme exemple le virus de la grippe A, i.e. IAV ou Alphainfluenzavirus influenzae, anciennement Influenza A virus (Subtractive CRISPR screen identifies the ATG16L1/vacuolar ATPase axis as required for non-canonical LC3 lipidation 2021).

  • La V-ATPase régule la lipidation de LC3 sur des compartiments faussement neutres.
  • Le complexe RALGAP impliqué dans la lipidation de LC3 induite par le canal de protons M2.
  • ATG4D est responsable du recyclage de LC3 dans la lipidation LC3 induite par M2 et basale de LC3.

Remarque : Les viroporines sont indispensables à la réplication virale et, en tant que canaux ioniques intracellulaires, elles perturbent les gradients de pH des organites et permettent le flux de Ca++ à travers les membranes du RE (Viroporins: Structure, function, and their role in the life cycle of SARS-CoV-2 2022).

2. Les ionophores sont des espèces chimiques qui se lient de manière réversible aux ions.

Les deux types d'ionophore
Les deux types d'ionophore
(Figure : vetopsy.fr d'après HovhannesKarapetyan)

a. De nombreux ionophores sont des entités liposolubles qui transportent des ions à travers la membrane cellulaire. Les ionophores catalysent le transport des ions à travers les membranes hydrophobes, comme les bicouches lipidiques présentes dans les cellules vivantes ou les vésicules synthétiques (liposomes).

b. Certains ionophores sont synthétisés par des micro-organismes pour importer des ions dans leurs cellules et comprennet deux catégories

  • Les ionophores transporteurs se lient à un ion particulier et protègent sa charge de l’environnement environnant, ce qui permet à l’ion de passer plus facilement à travers l’intérieur hydrophobe de la membrane lipidique,

Les ionophores porteurs sont des peptides comme la comme la valinomycine qui transporte un seul cation potassique, des protéines ou d’autres molécules.

  • Les ionophores à canaux transmembranaires forment un pore hydrophile dans la membrane, permettant aux ions de passer àsans entrer en contact avec l’intérieur hydrophobe de la membrane. [8]

Les ionophores formant des canaux sont généralement de grandes protéines.comme la gramicidine A et la nystatine.

3. Les perturbations endolysosomales induites par les toxines bactériennes pourraient être un inducteur courant de la CASM (V-ATPase and osmotic imbalances activate endolysosomal LC3 lipidation 2014).

  • Les PFT (Pore-Forming Toxins), i.e. protéines solubles, se lient aux récepteurs membranaires, ce qui conduit à leur oligomérisation et à l’insertion d’un pore aqueux dans la membrane plasmique (Role of Pore-Forming Toxins in Bacterial Infectious Diseases 2013).
  • Elles perturbent et endommagent les endomembranes, ce qui active alors la lysophagie, mais ont été aussi associées à une augmentation de la lipidation de la LC3.

Voie cGAS-STING

1. La voie cGAS-STING (GMP-AMP cyclique synthase - STimulator of INterferon Genes) fait partie de la réponse immunitaire innée lors de la détection cytosolique d'un ADN à double brin dérivé :

a. cGAS présente sur la membrane plasmique synthétise du GMP-AMP cyclique (cGAMP) à partir de GTP et d'ATP en présence d'ADN cytosolique.

b. La protéine STING présente sur le réticulum endoplasmique déclenche la production d'interférons de type I en présence de GAMPc.

1. L’engagement de la voie STING entraîne l’activation du facteur régulateur de l’interféron 3 (IRF3) pour la production d’interférons de type I et du facteur nucléaire κB (NFκB) et pour la production de cytokines inflammatoires.

STING et autophagie (vue classique)
STING et autophagie (vue classique)
(Figure : vetopsy.fr d'après Barber)

2. L’activation de STING favorise également l’autophagie non canonique.

a. Les agonistes de STING, le cGAMP et l’ADN double brin, induisent la lipidation LC3B vers les vésicules à membrane unique, dans la région périnucléaire des cellules, indépendamment de la formation des autophagosomes (STING induces LC3B lipidation onto single-membrane vesicles via the V-ATPase and ATG16L1-WD40 domain 2020).

STING et CASM
STING et CASM
(Figure : vetopsy.fr d'après Goodwin et coll)

b. Ce processus dépend de la V-ATPase et d'ATG16L1 (V-ATPase is a universal regulator of LC3-associated phagocytosis and non-canonical autophagy 2022).

  • 1. STING activé par cGAMP se déplace du réticulum endoplasmique (RE) à l'appareil de Golgi pour se colocaliser au niveau ou autour des vésicules périnucléaires à membrane unique.
  • 2. Le complexe V1 s’arrime aux domaines V0 résidents dans les vésicules périnucléaires, ou les vésicules avec des V-ATPases assemblées se redistribuent vers une formation plus dense dans la région périnucléaire.
  • 3. ATG16L1 est recruté pour interagir avec la V-ATPase via son domaine WD40 (A Bacterial Effector Reveals the V-ATPase-ATG16L1 Axis that Initiates Xenophagy, 2019).
  • 4. LC3B est conjuguée à la phosphatidyléthanolamine (PE) sur les vésicules périnucléaires à membrane unique par le complexe ATG16L1-ATG5-ATG12.

3. Toutefois, un autre processus, qui fait intervenir la microautophagie lysosomale, serait plus adapté à la dégradation de STING pour la prévention de l'activation immunitaire innée.

Régulation et dégradation de STING par microautophagie lysosomale
Régulation et dégradation de STING par microautophagie lysosomale
(Figure : vetopsy.fr d'après Kuchitssu et Tagushi)

a. Lors de la détection de l’ADN cytosolique par cGAS, STING se déplace :

b. STING est dégradé par le complexe ESCRT.

Les KO de TSG101, sous-unité de ESCRT-I, ou Vps4 provoquent l'accumulation de vésicules dans le cytosol, conduisant à une réponse soutenue d'interféron de type I.

c. STING subit une polyubiquitination K63 sur sa lysine 288 au cours de son transit à travers l'appareil de Golgi/RE, i.e. ubiquitination nécessaire pour sa dégradation (ESCRT-dependent STING degradation inhibits steady-state and cGAMP-induced signalling 2023 et Termination of STING responses is mediated via ESCRT‐dependent degradation 2023).

Sécrétion : LDEL LC3-dependent extracellular vesicle loading