Fission membranaire
Fission membranaire active

La fission membranaire, complexe et faisant intervenir plusieurs protéines et les phospholipides, peut être (Diversity of Biological Membrane Fission Mechanisms 2017) :

• passive, sans utilisation d'énergie,
• active.

Les fissions actives peuvent nécessiter :

a. la constriction du cou de la vésicule par :

• des protéines externes, comme la dynamine ou les membres de la superfamille de la dynamine (DSP),
• des protéines internes comme le complexe ESCRT, en particulier ESCRT-III.

b. des réorganisations des domaines lipidiques comme avec les protéines CtBP/BARS,

c. l'appui du cytosquelette :

• filaments d'actine en lien avec les phosphoinositides,
• microtubules par un mécanisme de fission membranaire appelé friction-driven scission (FDS).

Protéines de fission

Dynamines et DSP

1. Le mécanisme le plus étudié est celui des dynamines, i.e. GTPases, qui possèdent trois propriètés.

• 1. Elles s'auto-oligomérisent en hélices autour d'un tube membranaire (oligomérisation de la dynamine).
• 2. Les changements conformationnels induits par les nucléotides conduisent à une constriction du polymère et donc de la membrane (dynamine et GPT).
• 3. Les dynamines induisent la fission des cols membranaires par l'hydrolyse du GTP.

2. La dynamine, par son domaine PRD C-terminal, entre en interaction avec de nombreux partenaires ( dynamine et partenaires de fission).

a. Les protéines à domaine BAR courbent la membrane comme l'endophiline ou l'amphiphysine.

b. les protéines à domaine SH3 sont :

• des protéines régulatrices de l'actine,
• des protéines de signalisation,
• des enzymes métabolisant les phosphoinositides membranaires.

Remarque : d'autres membres de la superfamille de la dynamine (DSP) interviennent dans la fission mitochondriale comme dans d'autres fission ( fission mitochondiale)

Complexe ESCRT

Le complexe ESCRT a plusieurs rôles qui impliquent des processus de remodelage cellulaire, et en particulier des déformations membranaires.

1. ESCRT-IIII est considéré comme le principal moteur du remodelage et de la scission membranaire dans le système endo-lysosomal.

2. ESCRT-IIII est impliqué dans :

• la biogenèse des vésicules intraluminales (ILV) et les endosomes ou corps multivésiculaires (MVE/MVB),
• la cytokinèse,
• le bourgeonnement viral.

CtBP/BARS et
réorganisation lipidique

1. Les protéines CtBP/BARS, CtBP1 et CtBP2 (C-terminal-binding protein/Brefeldin A ADP-Ribosylated Substrat) n'ont rien à voir avec les protéines à domaine BAR.

Dans le cytoplasme, elles entrent en interaction avec les lipides, i.e. PI(4)P dans le réseau trans-Golgi (TGN) ou l'acide phosphatidique (PA) dans le cis-Golgi, sans qu'on ne comprennent bien les mécanismes sous-jacents.

2. Les CtBP ont impliquées dans :

• la formation de porteurs post-golgiens (PGC) au réseau trans-Golgi (TGN),
• la libération de vésicules COPI au cis-Golgi,
• l'endocytose de fluides au niveau du Golgi et de la membrane plasmique,
• la macropinocytose au niveau de la membrane plasmique.

Cytosquelette et fission

Microfilaments d'actine et phosphoinositides

1. Les microfilaments d'actine sont essentiels à l'endocytose, en particulier à l'endocytose clathrine-dépendante ( recrutement de l'actine pendant la CME).

2. La polymérisation de l'actine sur les membranes favoriserait la formation de domaines lipidiques, i.e. PI(4,5)P2 ou PIP2, conduisant à l'apparition d'une tension de ligne ( cf. plus haut), ce qui pourrait contribuer à scission (Actin Polymerization Serves as a Membrane Domain Switch in Model Lipid Bilayers 2006 et The Mechanochemistry of Endocytosis 2009).

3. Les myosines, en particulier la myosine VI, interviendraient aussi dans la fission ( rôles des myosines dans l'endocytose).

Microtubules, protéines BAR et modèle FDS

Un mécanisme de fission membranaire appelé friction-driven scission (FDS) s'appuie sur les forces de friction générées par des protéines localisées au cou des vésicules ou des tubules intermédiaires, qui peuvent alors effectuer leur fission (Friction Mediates Scission of Tubular Membranes Scaffolded by BAR Proteins 2017).

Le modèle d'endocytose généré par le mécanisme FDS est le suivant.

• 1. Les protéines à domaine BAR comme l'endophilline, se lient au feuillet cytosolique des invaginations de la membrane endocytaire, formant un échafaudage.
• 2. Le tube membranaire contenant les cargos est allongé par des moteurs moléculaires des microtubules, tels que les dynéines ou les kinésines.
• 3. L'allongement du tube est facilité par la polymérisation de l'actine, jusqu'au point où le FDS se produit.
• 4. La myosine VI permet de croiser l'actine au cou pour produire la force nécessaire pour resserrer le cou et promouvoir la fission et la libération du tubule.
• 5. Finalement, les protéines du domaine BAR, les moteurs et l'actine se désassemblent de la vésicule endocytée, qui continue le long de la voie endocytaire.

Mécanisme de fission