Trafic vésiculaire
Endocytose clathrine-dépendante (CME)
4. Approfondissement du puits recouvert de clathrine (CCP)
4a. Recrutement et ancrage de l'actine

Dans vetopsy.fr, pour plus de clarté, nous avons divisé l'endocytose clathrine-dépendante (CME : clathrin-dependant endocytosis) en 8 étapes.

4. L'approfondissement du puits recouverts de clathrine (CCP) et le rétrécissement de son cou, i.e. transition Plat ➞ Λ ➞ Ω forment une poche profondément invaginée, i.e. grâce :

• 4a. au recrutement et à l'ancrage de l'actine,
• 4b. à la polymérisation de l'actine,
• mais aussi, dans des modèles récents, par la présence de la dynamine ( approfondissement de CCP et dynamine).

L'actine et la dynamine sont impliquées dans la plupart des modes endocytaires dits dynamine/actine-dépendants pour contribuer à la transition Plat ➞ Λ ➞ Ω ➞ Ο.

4. Recrutement de l'actine : vue d'ensemble

L'actine s'auto-assemble par polymérisation en longs filaments qui poussent contre la membrane, la tirant vers l'intérieur.

Forces en présence

1. La force nécessitant l'internalisation des puits recouverts de clathrine (CCP) s'exerce dans deux régions :

• une à la base du puits pour la polymérisation de l'actine contre la membrane plasmique,
• la seconde sur le revêtement du puits par la fixation des filaments d'actine en croissance afin que les forces soient transmises au puits pour entraîner l'intériorisation.

Dans la migration cellulaire, la force au niveau de la membrane plasmique est suffisante (Force Feedback Controls Motor Activity and Mechanical Properties of Self-Assembling Branched Actin Networks 2016).

2. Dans un modèle récent, le recrutement asymétrique de N-WASP active la polymérisation de l'actine principalement sur un côté de l'enveloppe de clathrine, générant une force asymétrique qui attire la membrane vers l'inérieur de la cellule comme un décapsuleur.

Protéines impliquées

1. Les protéines à domaine BAR (et d'autres, cf. figure) et la cage de clathrine recrutent les NPF (Nucleation Promoting Factor) qui activent le complexe Arp2/3, nécessaire pour la polymérisation de l'actine ( protéines de nucléation).

a. L'activité du complexe Arp2/3 en dessous de son taux de nucléation basale de un filament par seconde inhibe l'endocytose in vitro.

b. Le coiffage de l'allongement du filament d'actine par la cytochalasine, alcaloïde fongique, inhibe l'endocytose, ce qui se traduit par :

• soit une augmentation des sites endocytaires bloqués marqués par la clathrine-RFP (Regulation of Hip1r by epsin controls the temporal and spatial coupling of actin filaments to clathrin-coated pits 2010),
• soit une accumulation plus lente de dynamine2-GFP au niveau des sites endocytaires (Actin and dynamin2 dynamics and interplay during clathrin-mediated endocytosis 2014).

2. Les protéines Hip1, Hip1R et les epsines 1/2/3 se lient de manière coopérative aux filaments d'actine du puits recouvert de clathrine (CCP) pour transmettre les forces (Molecular basis for coupling the plasma membrane to the actin cytoskeleton during clathrin-mediated endocytosis 2012).

Par exemple, la suppression de Hip1R dans les cellules HeLa inhibe l'endocytose. Un phénomène identique se produit avec les epsines (Epsin deficiency impairs endocytosis by stalling the actin-dependent invagination of endocytic clathrin-coated pits 2014).

La ségrégation spatiale de l'activation du complexe Arp2/3, et des protéines de liaison sur la couche de clathrine génère une force efficace orthogonale à la base du puits plutôt que de produire une force de pincement sur le cou ( Dynamine et actine dans l'endocytose).

Ancrage de l'actine

L'ancrage efficace des microfilaments d'actine à la surface du puits recouvert de clathrine (CCP) dépend de la distribution des protéines de liaison sur la surface du puits.

Ces protéines, et la liste ne semble pas exhaustive, sont :

• Hip1 (Huntingtin-interacting Protein 1) and Hip1R (Hip1-related Protein),
• les epsines, étudiées dans les adaptateurs,
• FCHSD2 (FCH and double SH3 domains protein 2), en liaison avec les phosphoinositides, et en particulier PI(3,4)P2.

Hip1 et Hip1R

Un nombre seuil d'Hip1 (Huntingtin-interacting Protein 1) et d'Hip1R (Hip1-related Protein) ou d'epsines est nécessaire à l'internalisation des puits recouverts de clathrine (CCP), le seuil apparaît nécessaire pour permettre une capture efficace des microfilaments d'actine par le manteau et une transmission de force du réseau d'actine au puits.

Hip1 (Huntingtin-interacting protein 1), surtout neuronal, et Hip1R (HIP1-related) se lient à la clathrine et sont composés de plusieurs domaines.

1. Le domaine ANTH (AP180/CALM - Clathrin Assembly Lymphoid Myeloid Leukemia -NH2-terminal homology) se lie au PI(4,5)P2 de la membrane.

Le domaine ANTH est presque identique :

• au domaine VHS des GGA (Golgi-localized γ-ear containing Arf binding),
• au domaine ENTH des espines.

2. Une boîte à clathrine, i.e. LMDMD, forme un domaine de liaison à la chaîne lourde de la clathrine et à l'AP-2 (FxDxF et DPF) pour Hip1.

Hip1R ne possède pas de site pour AP-2.

3. Un domaine coiled-coil (superhélice) central sert de liaison à la chaîne légère de la clathrine qui stimule l'assemblage de la clathrine (Actin Binding by Hip1 (Huntingtin-interacting Protein 1) and Hip1R (Hip1-related Protein) Is Regulated by Clathrin Light Chain 2008).

4. Un domaine USH (UpStream Helix) inhibe la liaison de l'actine par un mécanisme inhibiteur (Intrasteric Inhibition Mediates the Interaction of the I/LWEQ Module Proteins Talin1, Talin2, Hip1, and Hip12 with Actin 2004).

5. Le domaine THATCH (Talin-HIP1R/Sla2p-Actin-Tethering C-terminal Homology) se lie à l'actine (Structural definition of the F-actin-binding THATCH domain from HIP1R 2006).

Ce domaine THATCH comprend environ 200 résidus (773-962 dsans Hip1R) situés dans l'extrémité C-terminale de ces protéines (The structure of the C-terminal actin-binding domain of talin 2008).

• Il contient quatre blocs conservés et a été appelé aussi domaine I/LWEQ d'après les résidus des études initiales conservés des blocs 1-4 (I/L, i.e. isoleucine/leucine dans α, W, i.e. tryptophane dans α3, E, i.e. glutamate dans α4 et Q, i.e. glutamine dans le " latch ").
• Son noyau a une structure hélicoïdale composée de cinq longues hélices α antiparallèles (α1-α5) connectées par des boucles et une hélice α courte (α3')
• Il se lie à l'actine F et regroupe les filaments d'actine.

6. En outre, HI1PR comporte un domaine PRD C-terminal qui peut se lier au domaine SH3 de nombreux adaptateurs et de la cortactine (A Hip1R–cortactin complex negatively regulates actin assembly associated with endocytosis 2007).

Cette liaison peut bloquer l'allongement des extrémités barbées des microfilaments d'actine.

Remarque : HIp1 et HIP1R jouent également un rôle dans les cancers du colon ou de la prostate, dans l'apoptose…

Mécanisme de l'ancrage
de l'actine

L'ancrage efficace des microfilaments d'actine à la surface du puits recouvert de clathrine (CCP) dépend de la distribution des protéines de liaison sur la surface du puits.

1. D'une part, les protéines de liaison, i.e. Hip1, Hip1R et les epsines sont intégrées dans la couche de clathrine et doivent couvrir une surface suffisante pour fournir un levier pour l'internalisation (FerriTag is a new genetically-encoded inducible tag for correlative light-electron microscopy 2018 et Endocytic proteins are partitioned at the edge of the clathrin lattice in mammalian cells 2017).

Hip1R pourrait être dans une conformation étendue lorsqu'il interagit avec la membrane, la clathrine et l'actine, et dans une conformation plus courte/entortillée lorsqu'il n'est pas lié à la clathrine.

2. D'autre part, le rôle de la couverture de protéines de liaison dans la génération de force a également des implications pour la transition Plat ➞ Λ ➞ Ω.

a. Dans la phase plus précoce de l'endocytose, la membrane commence à se plier à partir d'un revêtement plat préassemblé ou se déforme continuellement lorsque le revêtement s'assemble (Endocytic sites mature by continuous bending and remodeling of the clathrin coat 2015 et Clathrin-adaptor ratio and membrane tension regulate the flat-to-curved transition of the clathrin coat during endocytosis 2018 et Membrane bending occurs at all stages of clathrin- coat assembly and defines endocytic dynamics 2018).

b. Lorsque la couche de clathrine augmente progressivement de surface au cours de la déformation de la membrane, la polymérisation de l'actine peut être inefficace jusqu'à ce que la couche atteigne une taille seuil (Switch-like Arp2/3 activation upon WASP and WIP recruitment to an apparent threshold level by multivalent linker proteins in vivo 2017).

3. Enfin, l'ancrage de l'actine pourrait être favorisé par la protéine FCHSD2 qui a un double rôle car elle favorise la polymérisation de l'actine.

Remarque : la myosine VI et Hip1R (Hip1-related Protein) interagissent exclusivement avec CLCa, mais s'excluent mutuellement (modèle hypothétique de séparation des puits recouverts de clathrine).

4b. Suite de l'approfondissement du puis de clathrine :
polymérisation de l'actine