Trafic vésiculaire
Endocytose clathrine-indépendante (CIE)
Autres voies : Arf6, IL2R et EGFR-NCE

En règle générale, on peut diviser les endocytoses en ( vue d'ensemble sur l'endocytose) :

• CME (Clathrin-Mediated Endocytosis) ou endocytose clathrine-dépendante,
• CIE (Clathrin-independant Endocytosis) qui comprend toutes les autres endocytoses.

En outre, on peut les diviser selon qu'elles utilisent ou pas la dynamine pour le détachement membranaire de la vésicule.

Voie ARF6

Les petites GTPases de la famille Arf, protéines liant le GTP, sont connues pour contrôler différentes fonctions cellulaires et notamment plusieurs étapes du trafic endocytaire ( Arf6 et trafic cellulaire).

Arf6 (ADP ribosylation factor 6) joue un rôle pivot dans plusieurs événements cellulaires, i.e. l'exocytose, l'endocytose, le remodelage de l'actine, la réorganisation de la membrane plasmique et le transport vésiculaire (Arf6 as a therapeutic target: Structure, mechanism, and inhibitors 2023).

Vue d'ensemble

1. Arf6 (ADP ribosylation factor 6), par son rôle sur la production de PI(4,5)P2, par son action en grande partie due à son action sur la phosphatidylisositol-4-phosphate 5-kinase (PIPKI ou PI4P5K), est impliqué dans l'endocytose clathrine-dépendante (CME) de plusieurs récepteurs tels que (The Small GTPase Arf6: An Overview of Its Mechanisms of Action and of Its Role in Host–Pathogen Interactions and Innate Immunity 2019) :

• le récepteur de la transferrine (TfR),

EFA6 (Exchange Factor for Arf6), un facteur d’échange pour Arf6, pourrait recruter les endophilines à la membrane plasmique pour l'internaliser (Arf6 exchange factor EFA6 and endophilin directly interact at the plasma membrane to control clathrin-mediated endocytosis 2014).

• l’intégrine β1,
• des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR),
• l’E-cadhérine…

2. Arf6 serait aussi impliqué dans la CIE car il est présent à la surface des cellules et dans de nombreuses cellules sur les endosomes qui contiennent des cargos CIE (Clathrin-Independent Pathways of Endocytosis 2014).

On trouve de nombreux cargos, i.e. récepteurs impliqués dans :

• le transport de nutriments (Glut1, CD98),
• l’interaction avec la matrice (CD44, CD147/basigine),
• les fonctions immunitaires (MHC de classe I, CD1a),
• ou même des protéines à ancre GPI (CD55, CD59).

3. En règle générale, les cargos sont internalisés en vésicules qui fusionnent avec ou mûrissent dans des endosomes associés à Rab5 et à l'EEA1 (Early Endosomal Autoantigen 1).

Le cargo est ensuite livré (Convergence of Non-clathrin- and Clathrin-derived Endosomes Involves Arf6 Inactivation and Changes in Phosphoinositides 2003 et Pathways and mechanisms of endocytic recycling 2011) :

• aux endosomes tardifs et aux lysosomes pour la dégradation,
• ou recyclés vers la membrane plasmique par les endosomes de recyclage.

Mécanisme ?

1. La voie Arf6 est une voie clathrine- et dynamine-indépendante, mais qui dépend du cholestérol membranaire, en ce sens que l'activité d'Arf6 peut influencer le trafic ultérieur des cargos endocytés (Clathrin-independent Endocytosis: A cargo-centric view 2013).

L'activation et l'inactivation d'Arf6 modulent le trafic membranaire dans cette voie dépendante en partie par l'activation d'Arf6 et de la phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase.

2. Dans la plupart des cas, l'activation d'Arf6 n'est pas requise pour l'endocytose, mais est nécessaire pour le recyclage.

• Certains proposent qu'à la membrane plasmique, Arf6-GTP facilite l'internalisation de divers cargos en utilisant l'énergie à partir de l'hydrolyse GTP, après laquelle l'Arf6-GDP inactif s'associe à un endosome de recyclage ou à un endosome précoce.
• Lors d'une activation supplémentaire par des facteurs d'échange de nucléotides de guanine comme la protéine d'échafaudage associée à GRP1 (GRASP), Arf6-GTP forme des structures riches en actine pour recycler la membrane à la surface cellulaire (Grp1-associated scaffold protein (GRASP) is a regulator of tne ADP ribosylation factor (Arf6)-dependant membrane trafficking pathway 2012).
• Les cargos peuvent aussi être dégradés dans les lysosomes.

• Sont-ce deux voies distinctes ?
• La voie Arf6 pourrait définir plutôt un type spécialisé d’endosomes de recyclage plutôt qu’une voie d’endocytose à proprement parler.

Voie IL2R

Le récepteur de l'interleukine 2 (IL-2R) est présent sous trois formes composées par différentes combinaisons de trois chaînes IL-2Rα, β et γ_c (Cytokine Receptors—Regulators of Antimycobacterial Immune Response 2022).

Ces récepteurs pénètrent dans les lymphocytes T par les transporteurs FEME (Cytokine receptor cluster size impacts its endocytosis and signaling 2021).

Cependant, les chaînes isolées IL-2Rβ ou γ_c, exprimées de manière ectopique dans les cellules non immunes, ne peuvent pas se lier à l'IL-2, mais provoquent son endocytose en utilisant une voie distincte et non conventionnelle.

Les 27 premiers acides aminés cytosoliques dans le cas d’IL2Rβ et 3 régions de la partie cytosolique pour γ_c sont nécessaires à l’internalisation du récepteur.

1. L'endocytose commence par le recrutement du complexe WAVE1 (interface Sra1 et Abi2) au motif WIRS (Wave regulatory complex Interacting Receptor Séquence), i.e. motif consensus Φ-x-T/S-F, dans la queue cytoplasmique de l'IL-2Rβ (Membrane protrusion powers clathrin-independent endocytosis of interleukin-2 receptor 2015).

Le regroupement des chaînes de l'IL-2Rβ, i.e. 4 à 6 molécules, rassemble suffisamment d'exemplaires de WAVE1 ou de N-WASP pour produire des protubérances d'actine médiées par l'Arp2/3, construisant ainsi des fosses endocytaires autour d'elles (Mechanisms of carrier formation during Clathrin-independent endocytosis 2018).

2. Ce processus est soutenu par le recrutement de plusieurs protéines :

a. PI3K est le régulateur principal par son domaine catalytique p110 et son domaine régulateur p85 (The signalling factor PI3K is a specific regulator of the clathrin-independent dynamin-dependent endocytosis of IL-2 receptors 2012).

• 

  Cette kinase permet, grâce à son activité catalytique, la transformation de PI(4,5)P2 en PI(3,4,5)P3, le recrutement de Vav2, GEF (Guanine nucleotide exchange factor) capable d’activer Rac1.
• PI3K jouerait un rôle d’échafaudage en interagissant avec l’IL2R et Rac1.

b. Rac1 active ensuite les kinases PAK1/2 (p21-activated kinases) qui, en phosphorylant la cortactine, conduisent au recrutement de N-WASP (Clathrin-independent endocytosis used by the IL-2 receptor is regulated by Rac1, Pak1 and Pak2 2008 et Pak1 Phosphorylation Enhances Cortactin–N-WASP Interaction in Clathrin-Caveolin-Independent Endocytosis 2010).

c. On assiste à la formation d’un complexe composé de la cortactine, de N-WASP et d'Arp2/3 pour la polymérisation de l'actine et pour l'endocytose.

2. La dynamine est nécessaire pour la scission de la vésicule.

Remarque : GLUT4, FcεR ou l’APP (Amyloid Precursor Protein) pourraient utiliser la même voie.

2. Les protrusions membranaires autour de l'IL-2R sont de petite taille, i.e. < 0,5 μm, formant de petits transporteurs sphériques, contrairement à la macropinocytose (Small GTPases and BAR domain proteins regulate branched actin polymerisation for clathrin and dynamin-independent endocytosis 2018).

3. Leur scission est dépendante de l'endophiline A2, de la cortactine et de la dynamine-2 (Quantitative and Statistical Study of the Dynamics of Clathrin-Dependent and -Independent Endocytosis Reveal a Differential Role of EndophilinA2 2018).

Voie EGFR-NCE

L’internalisation de l’EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor) dépend de la concentration d’EGF.

• À faible concentration, il est internalisé par l'endocytose clathrine-dépendante (CME), voie la plus courante.
• À forte concentration, le récepteur est internalisé pour la destruction lysosomale, en plus de la CME, par l'endocytose rapide endophiline-dépendante (FEME).

1. EGFR peut aussi être endocyté par la voie EGFR-NCE (Non Clathrin-Endocytosis), qui est activée à concentrations élevées et cible les récepteurs de la dégradation, les lysosomes, atténuant la signalisation (Reticulon3-dependent ER-PM contact sites control EGFR non-clathrin endocytosis 2017).

RTN3, i.e. réticulon-3, une la protéine résidente du réticulum endoplasmique (RE) et CD147 (Cluster of Differentiation 147)/Basigine (BSG)/inducteur de métalloprotéinase à matrice extracellulaire (EMMPRIN) favorisent la création de sites de contact membranaire (MCS) RE/membrane plasmique (MP) qui sont nécessaires pour la formation/maturation des invaginations NCE.

La libération de Ca⁺⁺ sur ces sites, déclenchée par l'activation dépendante d'IP3 des canaux calciques du RE, est nécessaire pour l'achèvement de l'internalisation de l'EGFR.

Récemment, on a mis en évidence des sites de contact tripartite avec les mitochondries (A tripartite organelle platform links growth factor receptor signaling to mitochondrial metabolism 2024).

• À ces sites de contact, les oscillations calciques sont détectées par les mitochondries, conduisant à une augmentation du métabolisme et de la production d'ATP.
• L'ATP libéré localement est requis pour le remodelage de l'actine corticale et la fission des vésicules EGFR-NCE.

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