Fusion membranaire
Fusion des endosomes et des lysosomes

Sommaire

Les fusions membranaires dans le système endolysosomal sont essentielles pour les échanges.

Étapes de ciblage du trafic vésiculaire
(Figure : vetopsy.fr d'après Koike et Reinhard)

Les généralités sur les fusions membranaires sont étudiées dans un chapitre spécial, les fusions spécifiques dans les chapitres particuliers aux organites.

Fusion des endosomes

1. La fusion des vésicules endocytées avec des endosomes précoces, appelés pré-EE, VEE (Very Early Endosomes), endosomes initiaux ou parfois vésicules entrantes, nécessite APPL1 ( endosomes initiaux et APPL1).

Maturation des endosomes
(Figure : vetopsy.fr d'après Solinger et Span)

2. La fusion des endosomes précoces entre eux nécessite :

la protéine d’attache EEA1,
les protéines SNARE.

Le complexe SNARE endocytaire est formé de :

la syntaxine 7 (STX7), Q-SNARE (t-SNARE), i.e. Qa-SNARE,
Vti1b, i.e. Qb-SNARE ou la syntaxine 8 (STX8), i.e. Qc-SNARE,
VAMP7, i.e. R-SNARE (v-SNARE.

3. La maturation des endosomes et la fusion des endosomes tardifs nécessitent :

des lipides spécifiques, en particulier PI(3,5)P2 et LBPA/BMP ( phospholipides et endosomes),
la petite GTPase Rab7 (Ypt7 de la levure),
le complexe HOPS,
les protéines SNARE ( cf. plus bas).

Fusion des lysosomes

Vue d'ensemble

1. Les lysosomes peuvent fusionner :

avec d'autres lysosomes (fusion homotypique),
avec d'autres organites (fusion hétérotypique).

2. Les lysosomes peuvent entrer de manière transitoire en contact par leur membrane plasmique avec d'autres organites, i.e. par un petit pore de fusion qui permet l'échange de molécules (kiss), et se séparent (run) rapidement ( loupe modèle " kiss-and-run "), i.e. processus qui nécessite une fusion temporaire et une fission.

Remarque : la libération de Ca⁺⁺ par les canaux P2X4 favoriserait la fusion de lysosomes (Calcium release through P2X4 activates calmodulin to promote endolysosomal membrane fusion 2015).

Composants et mécanismes de la taille des lysosomes
(Figure : vetopsy.fr d'après Hess et coll)

Protéines d'attache

La fusion des lysosomes avec les différents compartiments nécessite des complexes d'attache à multi-sous-unités (MTC ou Multisubunit Tethering Complexes).

Les protéines d'attache des autophagosomes sont étudiées dans un chapitre spécial.

1. Le complexe HOPS intervient dans la fusion avec les endosomes tardifs et les autophagosomes.

2. La fusion lysosomes/autophagosomes utilise d'autres protéines d'attache que HOPS.

EPG5 (Ectopic P-Granules autophagy protein 5)
TECPR1 (TECtonin beta-Propeller Repeat containing1)
PLEKHM1 se lie à GABARAP.

Mécanisme de fusion lysosomale

Au cours de la fusion membranaire, les protéines v-SNARE et t-SNARE (Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor Attachment protein REceptor) sur des membranes séparées se combinent pour former un complexe trans-SNARE (SNAREpin).

Les protéines SNARE et le processus de fusion sont étudiés dans des chapitres spéciaux.

Localisation des SNARE mammaliennes
(Figure : vetopsy.fr)

1. Le complexe trans-SNARE pour la fusion hétérotypique d'endosomes tardifs avec des lysosomes comprend (Endosome–lysosome fusion 2010) :

les v-SNARE (v pour vésiculaire) ou le plus souvent R-SNARE (R pour arginine), i.e. VAMP7 (Vesicle-Associated Membrane Protein 7),
la t-SNARE (t pour target, cible) ou Q-SNARE (Q pour glutamine), i.e. Qa-SNARE, ici la syntaxine 7 (STX7), Qb-SNARE, ici Vti1b, Qc-SNARE, ici la syntaxine 8 (STX8).

VAMP8 est requis pour la fusion homotypique des endosomes tardifs.

2. VAMP7 serait également requis pour la fusion des lysosomes :

avec la membrane plasmique, i.e. accompagné par la syntaxine 4 (Stx4) et SNAP-23 (Lipoprotein Receptor Binding, Cellular Uptake, and Lysosomal Delivery of Fusions between the Receptor-associated Protein (RAP) and α-l-Iduronidase or Acid α-Glucosidase 2004),
Protéines SNARE et fusion des autophagosomes
(Figure : vetopsy.fr d'après Zhao et coll)

avec les phagosomes (TI-VAMP/VAMP7 is required for optimal phagocytosis of opsonised particlesin macrophages 2004).

3. La fusion avec les autophagosomes nécessite deux complexes différents ( fusion autophagosome/endo-lysosome).

La fusion des lysosomes avec les autophagosomes est étudiée dans un chapitre spécial.

3. Par contre, il faut être prudent quant à l'importance de VAMP7 pour la fusion des lysosomes.

Fusion versus fission des lysosomes
(Figure : vetopsy.fr d'après Saffti et coll)

Chez les souris VAMP7-KO, on note l'absence de défauts de développement évidents ou de phénotype lysosomal (he Role of VAMP7/TI-VAMP in Cell Polarity and Lysosomal Exocytosis in vivo 2011 et Absence of TI-VAMP/Vamp7 Leads to Increased Anxiety in Mice 2012).
Dans les cellules en culture, l'inactivation de VAMP7 est incapable de bloquer la livraison endocytaire aux lysosomes (hVps41 and VAMP7 function in direct TGN to late endosome transport of lysosomal membrane proteins 2013).

4. La libération de Ca⁺⁺ par les canaux P2X4 favorise la fusion des lysosomes alors que celle par TRPML1 favorise la fission ( calcium et fusion/fission lysosomale).

Fission membranaire : endosomes et lysosomes

Biologie cellulaire et moléculaireConstituants de la celluleTransport membranaireTransports sans mouvements membranairesTransports passifsTransports actifsTransports avec mouvements membranaires : trafic vésiculaireFusion/fission membranaireEndocytoseVoie sécrétoireCanaux ioniquesTransporteursUniportsPompesCo-transporteursMoteurs moléculairesVoies de signalisation

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