Trafic vésiculaire
Adaptines : structure de l'AP-2

• Elles engagent et accumulent des cargos sur une membrane source en se liant aux signaux de tri situés dans les domaines cytoplasmiques du cargo.
• Elles recrutent une couche externe et/ou d'autres protéines accessoires pour générer des transporteurs qui facilitent la livraison du cargo à sa destination.

La description suivante correspond à l'AP-2, principal adaptateur de la membrane plasmique impliqué dans la formation de cages de clathrine lors de l'endocytose.

• Sa forme peut être représentée grossièrement par la tête de Mickey (Weak Molecular Interactions in Clathrin-Mediated Endocytosis 2017).
• Les autres AP, peu différentes, sont localisées dans les endosomes et l'appareil de Golgi(Adaptor protein complexes and intracellular transport 2014 et The Final Recount 2017).

Structure de l'AP-2

La protéine adaptatrice AP-2 est un hétérotétramère constitué de sous-unités α, β2, µ2 et σ2 qui fonctionne comme un adaptateur de la clathrine :

• 

  AP-2 recrute les cargos, via leurs signaux peptidiques, vers les vésicules.
• AP-2 est ainsi capable de reconnaître différents types de signaux via plusieurs de ses sous-unités ( Cargo Recognition in Clathrin-Mediated Endocytosis 2013).

Grandes sous-unités :
α et β2

Structure

1. Deux grandes sous-unités (α et β2 de 100 kDa) sont formés par :

• un domaine N-terminal qui se lie avec la moyenne (μ2) et la petite sous-unité (σ2) pour former le corps de l'adaptine,
• un domaine moyen ayant un rôle de charnière (hinge),
• un domaine C-terminal, l'appendice ou l''oreille, relié au noyau par l'intermédiaire d'un long segment flexible qui interagit avec la clathrine, diverses adaptines ou des protéines accessoires (cf. figure).

Remarque : n'oubliez pas que la sous-unité α de AP-2 est appelé γ//δ/ε/ζ pour les AP-1, AP-3, AP-4 et AP-5.

2. Les appendices des sous-unités α et β2 d'AP-2 partagent une structure bilobée similaire, chacun consistant en un sous-domaine dit sandwich N-terminal attaché à un sous-domaine dit plate-forme C-terminal.

• Chaque sous-domaine de chaque appendice contient une surface d'interaction distincte pour la liaison au partenaire protéique, i.e. une seule molécule AP-2 possède 4 sites de liaison séparés.
• La spécificité pour chaque site est conférée par des motifs d'interaction courts qui sont caractérisés par des chaînes latérales aromatiques.

Remarque : le noyau (ou coeur) est formé par toutes les sous-unités, exceptés les appendices. Les EAP (Endocytic Accessory Proteins) sont les protéines accessoires de l'endocytose

Interactions de α

1. La sous-unité α interagit avec les motifs DP[F/W], FxDxF et Wxx[FW]x[DE] et [D/E]xxL[L/I] du cargo.

2. La sous-unité α :

• se lie à la membrane plasmique par le PI(4,5)P2 ou PIP2 ou au PI(4)P du Golgi,
• interagit avec la petite GTPase Arf (ADP-ribosylation factor).

Interactions de β2

1. La sous-unité β2 se lie :

• à la clathrine (domaine C-terminal de la chaîne lourde) par 2 séquences LΦxΦD/E (boîtes à clathrine ou CBM : Clathrin-Binding Motif) chez les mammifères (leucine, Φ - acide aminé hydrophobe - et x - acide aminé polaire - D/E en dernier) qui sont situées une sur sa charnière et une autre sur son oreille,
• aux protéines CLASP (CLathrin Associated Sorting Proteins ou protéines de tri associées à la clathrine) par le motif [D/E]xxFxx[F/L]xxxR.

Plus généralement, les protéines CLASP (CLathrin Associated Sorting Proteins ou protéines de tri associées à la clathrine) élargissent le répertoire de cargos endocytaires triées dans des vésicules recouvertes de clathrine au-delà des protéines transmembranaires qui se lient physiquement à l'adaptateur AP-2.

• à la membrane plasmique, de manière identique à la sous-unité α.

2. Les LDL et les GPCR sont internalisés par l'ARH et les β-arrestines, respectivement, qui se lient à la plate-forme de l'appendice AP-2, via un motif α-hélicoïdal [D/E]x_1-2Fxx[F/L]xxxR, motif également présent et fonctionnel dans les epsines ( internalisation des GPCR).

Sous-unité moyenne : μ2

Structure

1. La sous-unité moyenne (μ2 de 47-50 kDa) possède :

• un domaine N-terminal qui contribue au corps de l'adaptine avec α, β2 et σ2,
• un domaine C-terminal qui reconnait le peptide signal du récepteur.

2. Le peptide signal est une séquence particulière du domaine cytosolique du récepteur qui se lie au domaine C-terminal de la sous-unité μ, pour l'intégration dans le puits de clathrine et peut Sigdifférer selon les cas.

YxxΦ (signal tyrosine), où l'acide aminé x polaire est spécifique pour l'adaptine et Φ est un acide aminé hydrophobe.

C'est le cas pour les protéines de la membrane plasmique (clathrine/AP-2, sous-unité μ1) et du trans-Golgi (clathrine/AP-1, sous-unité μ2),

NPxY s'applique aux LDL (clathrine/AP-2).

3. Toutefois, l'interaction entre les sous-unités C-terminale de μ2 et β2 (conformation fermée) masque le motif YxxΦ de reconnaissance du récepteur et AP-2 montre une faible affinité pour le cargo et la membrane.

Le domaine C-terminal de μ2 subit un changement conformationnel lors de la formation de la vésicule (A Large-Scale Conformational Change Couples Membrane Recruitment to Cargo Binding in the AP2 Clathrin Adaptor Complex 2010).

Après la liaison des sous unités α et β2 à la membrane, les forces électrostatiques forcent μ2 à prendre une conformation ouverte.

Phosphorylation de μ2

1. La thréonine 156 entre les domaines C et N-terminal de la sous-unité μ2 peut être phosphorylée par AAK1 (AP-2 associated kinase 1), une sérine/thréonine kinase de la famille NAK (numb-associated kinase).

Elle se fixe sur l'oreille de la sous-unité α, ce qui multiplie par 100 son affinité pour le cargo et la membrane.

Cette phosphorylation provoque un changement conformationnel de μ2 (rotation de 129° autour de son grand axe et translation de 39 Å - la moitié de sa longueur -, par rapport a son domaine N-terminal) qui expose le motif de liaison YxxΦ.

• Ce domaine se lie aussi à 2 PI(4,5)P2 ou PIP2 pour laisser le motif exposé.
• Cette phosphorylation est très fortement stimulée par la clathrine.

2. L'auxilline/GAK, protéines homologues, i.e. cyclin G–Associated kinase ubiquiste et auxilline purement cérébrale, peut aussi intervenir dans le processus d'endocytose chez les mammifères, bien qu'elle est aussi d'autres rôles.

Elle agit de manière identique à AAK1 (Recruitment dynamics of GAK and auxilin to clathrin-coated pits during endocytosis 2008) :

• déshabillage de vésicules recouverts de clathrine (co-chaperon de Hsc70 - Heat-shock protein -) : son domaine J stimule l'hydrolyse de l'ATP par Hsc70 (Life of a clathrin coat: insights from clathrin and AP structures 2013) ;

• 

  trafic des récepteurs comme le récepteur du facteur de croissance épidermique (Multiple Roles for Cyclin G-Associated Kinase in Clathrin-Mediated Sorting Events 2005).

Ce domaine contacterait PI(4)P qui pourrait être produit à partir de PI(4,5)P2 ou PIP2 par une enzyme telle que la synaptojanine ou une lipide phosphatase analogue recrutée par la vésicule (Two synaptojanin 1 isoforms are recruited to clathrin-coated pits at different stages 2006).

Petite sous-unité : σ2

La petite sous-unité (σ2 de 17-19 kDa) possède un autre motif de liaison au cargo du type dileucine [D/E]xxL[L/I] qui est lui aussi exposé par le changement conformationnel de μ2 (The γ/σ1 and α/σ2 Hemicomplexes of Clathrin Adaptors AP-1 and AP-2 Harbor the Dileucine Recognition Site 2007 et A structural explanation for the binding of endocytic dileucine motifs by the AP2 complex 2008).

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