Système endo-lysosomal
Endosomes de recyclage : Rab11

Le système de recyclage membranaire, complexe et hautement dynamique, comprend divers éléments membranaires dont le plus important implique la tubulation dynamique des membranes du système de recyclage.

Les endosomes de recyclage sont généralement enrichis en (The endocytic recycling compartment maintains cargo segregation acquired upon exit from the sorting endosome 2015) :

• en petites GTPases Rab, i.e. en particulier Rab11 et Rab8, mais aussi bien d'autres ( autres voies de recyclage),
• en petite GTPase Arf6,
• en protéines EHD (EH domain-containing protein) et/ou MICAL-L1 (Molecules Interacting with CasL-like 1).

Rab11a et quelques-unes de ses interactions

Le rôle de Rab11a, en tant que régulateur des voies lentes de recyclage a été le plus étudié. Ces voies, à différentes entrées et sorties, sont impliquées dans une vaste gamme de protéines de surface cellulaire :

• le récepteur de la transferrine,
• les canaux ioniques,
• les protéines jonctionnelles,
• les intégrines.

Remarque : la croissance des neurites dans les cellules PC12 fait intervenir plusieurs Rab dans différentes populations d'endosomes de recyclage, i.e. Rab8 pour un type, Rab10 et Rab11 pour un autre (Rabin8 regulates neurite outgrowth in both GEF activity–dependent and –independent manners 2016).

Rab11-FIP

Les protéines d'interaction de la famille Rab11 (Rab11-FIP), i.e. effecteurs de Rab11, facilitent le recyclage des vésicules dépendantes de Rab11 et définissent des sous-domaines dans les endosomes de recyclage en remplissant des rôles temporellement distincts (Rab11-family interacting proteins define spatially and temporally distinct regions within the dynamic Rab11a-dependent recycling system 2013).

• La surexpression des protéines Rab11-FIP (Rab11-Family Interacting Proteins) provoque une expansion des tubules.
• La surexpression double Rab11-FIP/Rab11a provoque une dynamique plus vésiculaire, i.e. plusieurs effecteurs semblent être en compétition pour un pool limitant de Rab11a.

Vue d'ensemble des Rab11-FIP

Les Rab11-FIP (Rab11-Family Interacting Protein) sont des effecteurs des petites GTPases Rab11, mais aussi de Rab25 et Rab14 qui modulent le recyclage des vésicules dépendantes de Rab11a.

La famille des Rab11-FIP comprend cinq membres à domaine de liaison Rab11 carboxyl-terminal conservé (The functional interplay of Rab11, FIP3 and Rho proteins on the endosomal recycling pathway controls cell shape and symmetry 2016).

• 

  FIP1A, FIP2 et FIP5 se localisent dans les tubules et les vésicules mobiles largement distribués,
• FIP1B, FIP1C et FIP3 se localisent dans les tubules périnucléaires liés à l'ERC (Endocytic Recycling Compartment).

Structure des FIP

Domaine RBD

1. Les FIP possèdent toutes un domaine RBD (Rab Binding Domain) C-terminal de liaison aux RAB, d'environ 50 résidus (Crystal structure of the Rab-binding domain of Rab11 family-interacting protein 2 2020).

• Le RBD forme un domaine coiled-coil (superhélice) parallèle.
• Les dimères de FIF2/FIP3 sont stabilisés par des liaisons hydrophobes.

2. Les dimères sont symétriques et interagissent avec une Rab de chaque côté du dimère.

Une structure tétramérique peut être stabilisée par des interactions de l'arginine (R468/R475).

Autres domaines

Par contre, elles forment deux classes distinctes selon leur motif N-terminal.

1. La classe I des FIP possède un domaine C2 de liaison aux phospholipides.

• Ses membres régulent le recyclage endosomal.
• Elles peuvent se lier à Rab14, Rab présente dans les endosomes et le trans-golgi (TGN) qui est indispensable à la polarité membranaire et à ses spécifications (Class I Rab11-family interacting proteins are binding targets for the Rab14 GTPase 2012 et Rab14 specifies the apical membrane through Arf6-mediated regulation of lipid domains and Cdc42 2016).

2. La classe II :

• possède des mains EF pour la liaison au Ca⁺⁺ et un domaine riche en proline (PRD),
• joue un rôle dans le pont intercellulaire et le clivage lors de la cytokinèse.

Rôles des FIP

1. Rab11-FIP1C est impliqué dans :

• le tri endocytaire (The RCP–Rab11 Complex Regulates Endocytic Protein Sorting 2004),
• le trafic des récepteurs du facteur de croissance épidermique (EGFR) et des sous-unités d'intégrines (Rab-coupling protein coordinates recycling of α5β1 integrin and EGFR1 to promote cell migration in 3D microenvironments 2008),
• le transport entre les endosomes de recyclage et le réseau trans-Golgi ou TGN (Molecular Biology of the Cell Vol. 21, 3041–3053, September 1, 2010 FIP1/RCP Binding to Golgin-97 Regulates Retrograde Transport from Recycling Endosomes to the trans-Golgi Network 2010).

2. Rab11-FIP2, 512 résidus, possède des rôles multiples.

• 

  Il coordonne le trafic d'une variété de récepteurs, de canaux et de transporteurs comme l'EGFR, le CXCR2, l'aquaporine-2, les récepteurs AMPA, le transporteur de noradrénaline…
• Il semble localiser la cavéoline aux endosomes précoces dans les cellules polarisées (Coordinated regulation of caveolin-1 and Rab11a in apical recycling compartments of polarized epithelial cells 2012).

FIP2 forme un complexe ternaire avec :

• Rab11a, par les résidus 440-512,
• la myosine Vb par les résidus 129-290.

3. Rab11-FIP3 a un rôle dans le maintien des endosomes de recyclage au cours de la cytokinèse et une association avec la dynéine (Rab11-FIP3 links the Rab11 GTPase and cytoplasmic dynein to mediate transport to the endosomal- recycling compartment 2011).

4. Rab11-FIP5 est impliqué dans le trafic et s'associe à la kinésine II (The Rip11/Rab11-FIP5 and kinesin II complex regulates endocytic protein recycling 2008).

Par contre, aucune étude n'a montré comment ou si les Rab11-FIP coopèrent entre eux pour organiser le processus de recyclage.

Exemple du récepteur de la transferrine

Le récepteur de la tranferrine (TfR) est intériorisé via des vésicules de clathrine qui sont déshabillées pour pouvoir fusionner avec les endosomes précoces.

La transferrine, glycoprotéine des vertébrés, permet le transport du fer (Fe) dans le plasma sanguin pour l'apporter aux tissus (métabolisme du fer), i.e. 0,1% du fer car la majeure partie est contenue dans l'hémoglobine présente dans les érythrocytes (2 500 mg), dans la myoglobine (130 mg) et les enzymes (150 mg), le fer excédentaire étant stocké dans le foie ( rôles et métabolisme du fer dans l’organisme).

1. Le TfR, outil approprié pour le marquage radioactif, chimique ou fluorescent, se sépare rapidement dans les domaines tubulaires pour être recyclé vers la membrane plasmique par trois voies distinctes :

• 

  une voie de recyclage rapide
• une voie de recyclage lente dépendante de l'ERC (Endocytic Recycling Compartment)
• une voie dépendante du trans-golgi (TGN).

1. La voie de recyclage rapide du TfR est dépendante :

• des endosomes précoces et de Rab4 (Rab Proteins and the Compartmentalization of the Endosomal System 2014),
• de EARP, et, dans une moindre mesure, de GARP, favorisant le transport en agissant sur STX6 en conjonction avec les protéines SNARE endosomales.

Les sous-unités différentes déterminent la localisation différentielle de l'EARP aux endosomes de recyclage et du GARP au réseau trans-Golgi (TGN).

Remarque : Le TfR peut être recyclé à partir des endosomes précoces, y compris ceux en cours de conversion Rab5 et Rab7 (Ligands for Clathrin-Mediated Endocytosis Are Differentially Sorted into Distinct Populations of Early Endosomes 2006).

2. La voie du recyclage lent à partir de l'ERC (Endocytic Recycling Compartment) nécessite la fonction séquentielle de plusieurs régulateurs dont Rab5, Rab11, Rab8a, leurs effecteurs (rabénosyne-5, Rab11-FIP2, et MICAL-L1, respectivement) et les protéines EHD.

3. La voie dépendante de GARP participe au transport rétrograde en favorisant l'assemblage du complexe SNARE STX6-STX16-Vti1a-VAMP4 au niveau du trans-golgi (TGN).

KIF13A (KInesin Family member 13A)

1. KIF13A (KInesin Family member 13A) peut s'associer directement à Rab11a et favorise la formation de tubules dans les endosomes précoces et de recyclage (Recycling endosome tubule morphogenesis from sorting endosomes requires the kinesin motor KIF13A 2014).

KIF13A intrevient, entre autres, dans :

• les voies de Rab10,
• les voies de Rab22a,
• les voies de BLOC-1.

2. Reprenons notre exemple du récepteur de la transferrine (TfR).

• Dans sa voie de recyclage lent, le TfR se retrouve dans les endosomes précoces.
• KIF13A, avec la forme active de Rab11 dans des sous-domaines spécifiques endosomaux, entraîne la génération, l'extension et le transport périphérique pour générer un endosome de recyclage, permettant la coordination entre le recyclage des cargos et la maturation des endosomes.

Remarque : La protéine de scission des microtubules, la spastine et l'ESCRT-III du complexe ESCRT sont impliqués dans la scission des tubules des endosomes de recyclage.

Complexe CHEVI

Rab11 interagit aussi avec le complexe CHEVI, à la fois avec Vps33B et Vps16B ( rôle de CHEVI dans le recyclage).

Rab8 et autres intervenants