Système endo-lysosomal : endosomes précoces
Vue d'ensemble

Généralement, les endosomes sont classés en trois catégories ( vue d'ensemble des endosomes) :

• les endosomes précoces (Early Endosomes), dits aussi de tri ou de triage (Sorting Endosomes),
• les endosomes de recyclage (Recycling Endosomes),
• les endosomes tardifs (Late Endosomes).

Vue d'ensemble des endosomes précoces

1. Les endosomes précoces ont des morphologies hétérogènes constituées d'un réseau tubulaire-vésiculaire dynamique (The Complex Ultrastructure of the Endolysosomal System 2015).

2. Ces endosomes précoces sont formés par l'internalisation et la fusion des vésicules d'endocytose :

• soit non-couvertes (COPII, COPII),

• 

  soit déshabillées (clathrine).

Devenirs

Le matériel endocyté dans les endosomes précoces peut suivre plusieurs voies ( devenir des vésicules endocytées).

Voie de dégradation

La voie de dégradation les fait évoluer en endosomes tardifs, puis en lysosomes par l'apport d'hydrsolases des vésicules de transport en provenance de l'appareil de Golgi trans.

Remarque : on peut assister aussi à la sécrétion du contenu lysosomal par la fusion des lysosomes avec la membrane plasmique ( exocytose lysosomale).

Voies de recyclage

Le recyclage des cargos peut suivre aussi plusieurs voies (Endocytic recycling 2004 et compréhension des endosomes).

• Soit le recyclage est rapide (boucle courte).

• Soit le recyclage est lent (boucle longue), i.e. passage par les endosomes de recyclage ( compréhension des endosomes).

1. Le recyclage rapide (ou boucle courte) dépend du bourgeonnement direct des endosomes précoces, i.e. ces endosomes rejoignent la membrane plasmique pour être récyclés ou exocytés sous forme d’exosomes.

2. Le mécanisme de recyclage peut être activé très tôt dans le tractus endocytaire, au stade des compartiments précurseurs des endosomes précoces, appelés pré-EE, VEE (Very Early Endosomes), endosomes initiaux ou parfois, vésicules entrantes (Spatially Restricted G Protein-coupled Receptor Activity via Divergent Endocytic Compartments 2014).

L'étude TIRFM (Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy) des récepteurs couplés à une protéinese G (GPCR) a enregistré des événements de recyclage rapide sous forme de bouffées d'exocytoses qui sont apparues à la surface des cellules 2 à 3 min après l'internalisation (Cargo-Mediated Regulation of a Rapid Rab4-Dependent Recycling Pathway 2009).

Ces endosomes négatifs pour EEA1 et PI(3)P et les endosomes positifs pour APPL1 représentent le compartiment de recyclage précoce (Integration of GPCR Signaling and Sorting from Very Early Endosomes via Opposing APPL1 Mechanisms 2017).

• Le recyclage des récepteurs est piloté par l'AMPc/PKA pour phosphoryler la sérine 410 sur APPL1.
• La signalisation AMPc des GPCR, tels que LHR, se produit à partir de microdomaines VEE distincts.
• APPL1 limite la signalisation VEE cAMP via des mécanismes opposés requis pour le tri GPCR .

3. Le recyclage rapide fait intervenir :

• des petites GTPases comme Rab4, mais aussi Rab35,
• l'adaptine AP-1 et/ou Snx17 et Snx27 qui font partie du rétromère,
• SNX4, une nexine de la famille SNX/BAR.

Rab4 régule le recyclage rapide (Cargo-Mediated Regulation of a Rapid Rab4-Dependent Recycling Pathway 2009 et et Excess Rab4 rescues synaptic and behavioral dysfunction caused by defective HTT-Rab4 axonal transport in Huntington’s disease 2020).

Caractéristiques générales des endosomes précoces

Les endosomes précoces (EE) présentent plusieurs caractéristiques.

1. Les endosomes précoces comprennent des microdomaines avec une bicouche membranaire contenant différents phosphoinositides (Segregation of phosphatidylinositol 4-phosphate and phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate into distinct microdomains on the endosome membrane 2017) :

• du PI(3)P, que l'on retrouvera aussi dans les endosomes tardifs,
• du PI(4)P qui servira plus tard aux endosomes de recyclage,
• du PI(3,4)P2, reste de PI qui a recruté les protéines pour former la vésicule et permet la fission du cou.

2. Un certain nombre de petites GTPases Rab se localisent dans ces sous-domaines membranaires distincts.

Il s'agit notamment des membres de la famille Rab, en particulier :

• Rab5, la plus commune dans les endosomes précoces,
• Rab4, qui permettra le recyclage rapide.

Les endosomes de recyclage sont quelquefois incorporés dans les endosomes précoces et certains y trouvent d'autres Rab, Rab11, impliquée dans le recyclage lent, mais aussi Rab10, Rab14, Rab21 et Rab22… (SnapShot: Mammalian Rab Proteins in Endocytic Trafficking 2012 et Who’s in control? Principles of Rab GTPase activation in endolysosomal membrane trafficking and beyond 2021 et Rab GTPases and Membrane Trafficking in Neurodegeneration 2019).

3. Les endosomes précoces sont dynamiques et en mouvement : ils fusionnent entre eux et avec les vésicules endocytaires entrantes grâce à des complexes d'attache ou d'arrimage et le plus souvent des proteines SNARE ( fusion membranaire) et ( trafic des endosomes).

4. Les endosomes précoces ont un pH luminal 6,2 et leur lumière est acidifiée grâce à la fonction d'une pompe à protons V-ATPase (pH des différents compartiments subcellulaires).

5. Les protéines clés associées aux endosomes précoces contiennent souvent le domaine FYVE, i.e. domaine de liaison au PI(3)P dont les principales sont EEA1 et la rabénosyne 5 ( tableau).

Composants majeurs des endosomes précoces