Système endo-lysosomal : réticulum endoplasmique
Sites de contact membranaire (MCS) du RE
Endosomes multivésiculaires (MVE/MVB) et lysosomes
2. Trafic, positionnement, fission et fusion

Les fonctions principales des MCS du réticulum endoplasmique est essentielle, en particulier pour les endosomes ou corps multivésiculaires (MVE/MVB) et les lysosomes pour :

• l'échange de lipides par formation de gouttelettes lipidiques (Lipid Droplets ou LD),
• l'échange de calcium,
• la signalisation des facteurs de croissance (The EGFR odyssey - from activation to destruction in space and time 2017),
• le trafic des endosomes le long des microtubules,
• le positionnement des endosomes,
• la fission membranaire,
• la fusion membranaire,
• la dynamique du réticulum endoplasmique,
• la croissance des neurites,
• la formation d'autophagosomes,
• la signalisation du récepteur tyrosine kinase…

Trafic des endosomes

Le trafic des endosomes est conditionné par :

• les protéines motrices de microtubules, i.e. kinésines et dynéine, mais aussi moteurs des filaments d'actine, i.e. les myosines,
• le réticulum endoplasmique (RE), omniprésent dans tout le cytoplasme, qui y joue un rôle majeur.

Remarque : le déplacement des organites peut aussi provoquer la croissance des microtubules est appelé " auto-stop " ( hitchhiking en anglais).

Positionnement des endosomes par RNF26

Les organites endo-lysosomaux, bien qu'ils puissent se déplacer de manière bidirectionnelle, sont localisés, à l'état d'équilibre, dans la région périnucléaire appelée MTOC (MicroTubule-Organizing Center).

1. L'ubiquitine ligase RNF26, localisée dans le RE périnucléaire, concentrerait les endosomes dans cette région (An ER-Associated Pathway Defines Endosomal Architecture for Controlled Cargo Transport 2016).

L'ubiquitine entre en contact avec la protéine adaptatrice p62/SQSTM1, interagit à son tour avec diverses protéines adaptatrices endo-lysosomales, notamment ( devenir des protéines ubiquitinées) :

• TOLLIP (endosomes tardifs et phagosomes),
• EPS15 (endosomes précoces),
• TAX1BP1 (réseau Trans-golgi ou TGN).

La structure de ces protéines adaptatrices comprennent des domaines spécifiques de liaison à l'ubiquitine et à la membrane qui permettent d'attacher leurs compartiments respectifs au RE périnucléaire sur lequel est localisé RNF26.

Remarque : p62 intervient aussi sur les mitochondries endommagées (formation d'autophagosomes et de lysosomes).

2. L'intervention de la désubiquitinase USP15 libère les organites du RE, permettant leur mouvement par les kinésines et la dynéine.

On ne connaît pas les mécanismes qui provoque cette libération.

Maturation et recyclage
des endosomes

Le réticulon 3L (Rtn3L), protéine du RE, est recrutée sur les sites de contact RE/endosome par Rab9.

Rtn3L favorise la maturation et le recyclage des endosomes (Reticulon-3 Promotes Endosome Maturation at ER Membrane Contact Sites 2021 et Endoplasmic reticulum–endosome contact increases as endosomes traffic and mature 2013).

Fission membranaire

Les MCS RE/endosomes précoces peuvent être le site de la fission de l'endosome (ER Contact Sites Define the Position and Timing of Endosome Fission 2014) :

• 

  plus de 90% des endosomes tardifs/lysosomes sont associés au RE,
• 80% des événements de fission endosomale se produisent lorsqu'ils sont associés au RE.
• Ce processus doit aussi jouer un rôle dans le tri des cargos.

Le complexe rétromère provoque :

• le tri et le recyclage du matériel des endosomes tardifs vers l'appareil de Golgi,
• la scission des tubules se produit aux points de contact avec le RE.

Bourgeonnement des tubules

Le RE contribue au bourgeonnement des tubules contenant des rétromères à partir des endosomes (Endosome-ER Contacts Control Actin Nucleation and Retromer Function through VAP-Dependent Regulation of PI4P 2016).

1. Ce mécanisme implique les protéines VAP, i.e. VAPA et son paralogue VAPB, protéines endoplasmiques qui participent aussi au contrôle de la liaison des kinésines et de la dynéine aux lysosomes.

• Ces protéines établissent un réseau d'interactions avec le transporteur de PI(4)P OSBP (homologue de l'ORP1L) et la protéine SNX2 associée au complexe rétromère canonique (SNX/BAR).
• Ces interactions conduisent à la nucléation de l'actine dépendante de PI(4)P et du complexe WASH, un activateur de la protéine de nucléation Arp2/3, pour activer le bourgeonnement des tubules contenant des rétromères.

2. Comme ORP1L et OSBP, deux autres protéines de transfert de lipides sur les endosomes tardifs, STARD3 (Steroidogenic Acute Regulatory (StAR) Related lipid Transfer Domain 3) et STARD3NL.

STARD3 est formée de l’association de deux domaines conservés :

Le domaine MENTAL (MLN64 NH2-terminal) contient :

• un motif FFAT pour la liaison avec les VAP du réticulum endoplasmique,
• 4 hélices transmembranaires qui permet l’adressage des protéines à la membrane des endosomes tardifs, l’homo- ou l’hétérodimérisation de STARD3 et STARD3NL, i.e. fournissant encore un autre moyen pour le RE de contacter les endosomes (STARD3/STARD3NL and VAP make a novel molecular tether between late endosomes and the ER 2013 et Etude du rôle de STARD3 dans le transport du cholestérol 2017).

Le domaine StART (Steroidogenic Acute Regulatory-related lipid Transfer) forme une poche hydrophobe pouvant accueillir une molécule de cholestérol. afin de permettre l'échange.

Remarque : STARD3NL ne possède que le domaine MENTAL.

Fission des tubules

1. La scission nécessite une protéine membranaire du RE, TMCC1 (TransMembrane and Coiled-Coil domain family 1) qui induit le ciblage et l'accumulation aux sites de contact RE/endosome de la coronine 1 (A Novel Class of ER Membrane Proteins Regulates ER-Associated Endosome Fission 2018).

• 

  1. L'endosome tardif bourgeonne, le cargo attaché au rétromère et les nexines de tri stabilisant l'élongation.
• 2. Le complexe WASH agit sur Arp2/3 qui nucléé l'actine ramifiée pour pouvoir séquester le cargo.
• 3. La coronine 1 est nécessaire au recrutement du RE et la fission en segmentant l'actine.
• 4. TMCC1 recrute le RE aux domaines contenant la coronine 1.
• 5. La fission régulée par le RE se produit et le cargo est recyclé vers l'appareil de Golgi.

2. La spastine, i.e AAA⁺ ATPase, coupant les microtubules interagit, au niveau des CMS RE/ endosomes de recyclage avec IST1, protéine qui se lie avec le complexe ESCRT pour entraîner la fission et le tri des tubules endosomaux ( spastine et endosome de recyclage).

La perturbation de cette interaction a conduit à un mauvais tri des enzymes lysosomales et des anomalies lysosomales, ce qui est probablement la raison sous-jacente pour laquelle les mutations de la spastine provoquent une paraplégie spastique héréditaire.

• Remarque : les réseaux d'acto-myosine sont impliqués dans la fission lysosomale sans être forcément lié à des MCS (PI(3,5)P2 et cortactine).

Fusion membranaire

1. L'augmentation de la fréquence des contacts entre les endosomes et le réticulum endoplasmique régulent la fusion des MVB avec la membrane plasmique (A grab to move on: ER–endosome contacts in membrane protrusion formation and neurite outgrowth 2015) :

• la signalisation des récepteurs tyrosine kinase,
• la formation d'autophagosomes,
• la dynamique des organites et la croissance des neurites.

2. La fusion des endosomes tardifs/lysosomes avec d'autres organites comme les autophagosomes est régulée par l'interaction de l'ORP1L avec VAPA au niveau du RE (Late endosomal transport and tethering are coupled processes controlled by RILP and the cholesterol sensor ORP1L 2013 et Autophagosome-Lysosome Fusion 2020).

La libération d'ORP1L de VAPA est nécessaire pour qu'un complexe Rab7-RILP-PLEKHM1 recrute le complexe HOPS aux endosomes tardifs/lysosomes afin qu'ils puissent fusionner avec d'autres endosomes tardifs/lysosomes et avec les autophagosomes (Cholesterol and ORP1L-mediated ER contact sites control autophagosome transport and fusion with the endocytic pathway 2016).

Dynamique du réticulum endoplasmique liée aux endosomes