Système endo-lysosomal
Vésicules intraluminales (ILV) et
endosomes ou corps multivésiculaires (MVE/MVB)
Vue d'ensemble

Vue d'ensemble des ILV et des MVE /MVB

Remarques essentielles

1. Les vésicules d'endocytose sont transportés vers les endosomes précoces dans lesquels elles sont invaginées pour former des vésicules intraluminales (ILV).

2. L'accumulation des ILV faire prendre à l'endosome un aspect multivésiculaire (Life in the lumen: The multivesicular endosome 2020).

3. Les vésicules contenant ces ILV finissent par se séparer des régions tubulaires des endosomes précoces (qui bourgeonnent ensuite en vésicules séparées) et deviennent :

• des vésicules porteuses endosomales (ECV ou Endosomal Carrier Vesicle),
• et/ou des corps multivésiculaires (MVB ou multivesicular bodies ou MVE, endosomes multivésiculaires).

4. Les ILV ou les MVE/MVB peuvent suivre :

• un chemin principal, i.e. ils sont transportés vers les endosomes tardifs qui évoluent en endo-lysosomes pour atteindre les lysosomes pour la dégradation de leur contenu;
• un chemin dans certaines cellules, où les ILV peuvent aussi être sécrétées dans le milieu extracellulaire sous la forme d’exosomes, après fusion de l’endosome avec la membrane plasmique (ALIX- and ESCRT-III–dependent sorting of tetraspanins to exosomes 2020 et vésicules extracellulaires, biomarqueurs et bioeffecteurs du syndrome métabolique 2020).

• endosome précoces et endosomes de recyclage,
• endosomes ou corps multivésiculaires (MVE/MVB) et endosomes tardifs,
• endosomes tardifs et endo-lysosomes.

Distribution spatiale des endosomes multivésiculaires

La distribution spatiale, la taille et le contenu des MVE/MVB ne sont pas uniformes et dépendent :

• de la disponibilité des nutriments,
• du stade du cycle cellulaire,
• d'autres conditions environnementales.

1. Un grand nombre de cargos sont triés rapidement lors de l'internalisation cellulaire et sont fournis par  (Regulation of ubiquitin-dependent cargo sorting by multiple endocytic adaptors at the plasma membrane 2013) :

• 

  l'endocytose, i.e. dépendante (CME) ou indépendante (CEI) de la clathrine (Mechanisms of Endocytosis 2009 et Building endocytic pits without clathrin 2015),
• la phagocytose,
• la pinocytose (Fast and ultrafast endocytosis 2014).

2. En général, les MVE/MVB ont tendance à s'accumuler près du centre des cellules à l'état d'équilibre par leur transport rétrograde (centripète) lié aux microtubules dépendante de la dynéine et des sites de contact membranaire (MCS) réticulum endoplasmique/endosomes.

Ce transport les positionne très favorablement :

• pour recevoir les cargos du réseau périnucléaire trans-golgi ou TGN (Cytoplasmic dynein and early endosome transport 2016),
• pour fusionner avec les lysosomes périnucléaires.

3. Les ILV et les MVE/MVB :

• convertissent Rab5 en Rab7, i.e. caractéristique des endosomes tardifs (LE),
• acquièrent des protéines SNARE spécifiques pour la fusion avec les endosomes tardifs/lysosomes existants ( fusion des lysosomes).

Formation des ILV

La première étude des corps multivésiculaires (MVB) a été décrite pour le facteur de croissance épidermique (EGF) marqué, qui est internalisé rapidement dans les cellules (Direct visualization of the binding and internalization of a ferritin conjugate of epidermal growth factor in human carcinoma cells A-431 1979).

La stimulation du facteur de croissance augmente le taux de formation de MVE, permettant une réponse rapide pour limiter la signalisation cellulaire qui est initiée lors de la liaison au récepteur (EGF stimulates annexin 1-dependent inward vesiculation in a multivesicular endosome subpopulation 2005 et Distinct Roles for Tsg101 and Hrs in Multivesicular Body Formation and Inward Vesiculation 2006).

La formation des vésicules intraluminales peut être initiée :

• soir par le complexe ESCRT,
• soit indépendamment de ce complexe.

Voie dépendante de ESCRT

La voie de la fission interne, i.e. constriction des cols membranaires par les machines protéiques présentes dans la lumière, est dépendante du complexe ESCRT (Recruitment dynamics of ESCRT-III and Vps4 to endosomes and implications for reverse membrane budding 2017).

1. Les cargos sont chargés dans les ILV chez les eucaryotes par un ensemble de complexes protéiques appelé ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport).

En l'absence d'ESCRT, les cargos transmembranaires sont incapables d'atteindre efficacement la lumière du lysosome.

2. Les complexes ESCRT ont un double rôle dans ce processus.

• 

  Ils séquestrent la cargaison au niveau de la membrane endosomale, i.e. éléments nutritifs, facteurs de croissance, cytokines, dégradation des protéines transmembranaires et protéines mal repliées (ALIX binds a YPX3L motif of the GPCR PAR1 and mediates ubiquitin-independent ESCRT-III/MVB sorting 2012).
• Ils induisent le bourgeonnement et la scission de la membrane endosomale loin du cytosol pour former des ILV contenant le cargo pour, générer des MVE/MVB.

3. Le complexe ESCRT est composé de quatre complexes protéiques (ESCRT-0, I, II et III) et, avec les protéines accessoires (ALIX, Vps4) associées à la membrane endosomale de manière coordonnée, régule la sélection du cargo et la formation des ILV (Signaling Pathways in Exosomes Biogenesis, Secretion and Fate 2013).

En général, le complexe ESCRT-0 est recruté à la membrane endosomale par des protéines transmembraires qui subissent une mono-ubiquitination ( reconnaissance et tri des cargos ubiquitinés par ESCRT).

• ESCRT-I, II et III provoquent la polymérisation du complexe ESCRT-III sous forme de filaments spiralés, et ainsi promeuvent l'invagination de la membrane contenant ces complexes.
• ESCRT III termine la scission du membrane en utilisant l'AAA⁺ ATPase Vps4 pour la formation de la vésicule intraluminale.

Par exemple, le cholestérol peut être impliqué dans la formation de vésicules intraluminales (An Essential Role of Hrs/Vps27 in Endosomal Cholesterol Trafficking 2012).

Voies indépendantes de ESCRT

Bien qu'en règle générale les ILV soient formés par le complexe ESCRT, d'autres voies de formations peuvent être en oeuvre dans certaines cellules (Multivesicular Endosome Biogenesis in the Absence of ESCRTs 2009 et Hrs- and CD63-Dependent Competing Mechanisms Make Different Sized Endosomal Intraluminal Vesicles 2014 et Biological properties of extracellular vesicles and their physiological functions 2015) comme :

• les tétraspanines,

• 

  les céramides,
• les syndécanes et la synténine.

Tétraspanines

1. Les tétraspanines sont des protéines d'échafaudage à 4 domaines transmembranaires comprenant (Tetraspanins at a glance 2014 et Crystal Structure of a Full-Length Human Tetraspanin Reveals a Cholesterol-Binding Pocket 2016) :

• 4 hélices alpha,
• un petit domaine extracellulaire (EC1, ou SED/SEL, Small Extracellular Domain or Loop),
• un grand domaine extracellulaire (EC2, ou LED/LEL, Large Extracellular Domain or Loop).

Les tétraspanines comprennent 33 membres chez les mammifères, i.e. TSPAN1 à TSPAN33 ( liste des tétraspanines humaines). Certaines sont des clusters (ou classes) de différenciation (CD), comme CD63, CD53, CD37, CD81 ou CD9 ( liste des CD humaines).

2. De nombreuses tétraspanines s'associent spécifiquement avec un nombre limité de protéines et d'autres tétraspanines pour former des microdomaines hautement organisés, constitués par des protéines d'adhésion, de signalisation et des adaptateurs en particulier dans les systèmes immunitaire, reproducteur, génito-urinaire et auditif (Tetraspanins Function as Regulators of Cellular Signaling 2017).

3. Les tétraspanines sont impliquées dans la formation (Tetraspanins of extracellular vesicles) :

• des vésicules intraluminales,
• des vésicules extracellulaires y compris les exosomes pour lesquels elles considérées comme les meilleures marqueurs actuellement disponibles (Tetraspanins, More than Markers of Extracellular Vesicles in Reproduction 2020),

4. Une voie dépendante d'ALIX et du complexe ESCRT favorise le tri et la livraison des tétraspanines aux exosomes (ALIX, ESCRT et exosomes).

Céramides

Les céramides sont essentiels pour la courbure de la membrane et le bourgeonnement des vésicules, aussi bien pour les MVE/MVB dans la voie indépendante du complexe ESCRT que pour les exosomes.

Syndécanes et voie synténine/ALIX

Le ciblage spécifique d’une protéine transmembranaire dans les ILV des MVE/MVB peut également se produire par le biais d’interactions protéine-protéine.

1. Les syndécanes, via leurs chaînes polysaccharidiques héparane sulfate, se lient à leur jonction cytoplasmique à la synténine pour participer à la formation des ILV.

2. La synténine est composée :

• d'un domaine N-terminal comprenant trois motifs LYPX(n)L,
• de deux domaines PDZ, i.e. PDZ1 et PDZ2,
• un domaine C-terminal.

3. La synténine interagit directement, via ses trois motifs du domaine N-terminal, LYPXnL avec le domaine V d'ALIX(Syndecan–syntenin–ALIX regulates the biogenesis of exosomes 2012).

a. ALIX, à son tour, peut se lier à ESCRT-III, créant ainsi la machinerie essentielle au dépôt de cargaison dans les ILV des MVE/MVB.

b. De plus, la biogenèse de l'exosome synténine-ALIX et le bourgeonnement en MVE/MVB est sous le contrôle de Arf6 et la phospholipase D2 (Syntenin-ALIX exosome biogenesis and budding into multivesicular bodies are controlled by ARF6 and PLD2 2014).

3. Dans les cellules dendritiques et les adipocytes, la synténine est plus abondante dans les exosomes, bien qu'on les trouve aussi dans les grandes vésicules (Characterisation of adipocyte-derived extracellular vesicle subtypes identifies distinct protein and lipid signatures for large and small extracellular vesicles 2017).

Remarque : l'adiponectine, une protéine circulante dérivée des adipocytes, s'accumule dans le système vasculaire, le cœur et les muscles squelettiques par interaction avec la T-cadhérine ancrée au glycosylphosphatidylinositol (Adiponectin/T-cadherin system enhances exosome biogenesis and decreases cellular ceramides by exosomal release 2018).

Le système adiponectine/T-cadhérine améliore la biogenèse et la sécrétion des exosomes, entraînant la diminution des céramides cellulaires.

Devenirs des ILV des MVB