Trafic vésiculaire
Endocytose clathrine-dépendante (CME)
4. Approfondissement du puits recouvert de clathrine (CCP)
4b. Polymérisation de l'actine et dynamine

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 de clathrine et le rétrécissement de son goulot forment une poche profondément invaginée, 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).

4b. Polymérisation de l'actine

La polymérisation de l'actine est favorisée par :

• Arp2/3,

• 

  des NPF (Nucleation Promoting Factor) comme N-WASP.

Complexe Arp/2/3

1. Le complexe Arp2/3 de nucléation polymérise l'actine-G ( polymérisation de l'actine) :

• en microfilaments disposés en réseau dans un angle de 70° entre filaments mère et filament fille ( nucléation de l'actine),
• très rapidement avec toutes les régulations inhérentes à ce processus (coiffe, élongation ou réticulation, fragmentation…).

Les extrémités barbées (+) ciblent le col ou cou/goulot (neck) des bourgeons d'endocytose : elles exercent leurs forces à ce niveau.

2. Il semble qu'environ 200 complexes Arp2/3 s'assemblent aux sites d'endocytose clathrine-dépendante dans les cellules humaines : ce processus serait suffisant pour internaliser les puits endocytaires contre la tension membranaire (Principles of self-organization and load adaptation by the actin cytoskeleton 2020).

• L'actine s'organise en un réseau ramifié radial avec des extrémités croissantes orientées vers la base du puits.
• De longs filaments d'actine se plient entre les sites de fixation dans le manteau et la base du puits.

3. Cette polymérisation provoque la courbure d'une fraction significative de microfilaments d'actine.

Remarque : la cortactine, par son domaine SH3, est recrutée par la dynamine grâce à son domaine PRD et est aussi un facteur de nucléation puissante de l'actine (Cortactin Is a Component of Clathrin-Coated Pits and Participates in Receptor-Mediated Endocytosis 2003).

FCHSD2 et N-WASP

1. La fonction de FCHSD2 (FCH and double SH3 domains protein 2), qui forme des dimères à domaine F-BAR, paraît double.

• Elle ancre l'actine sur la membrane avec sa liaison avec PI(3,4)P2.
• Elle favorise la polymérisation de l'actine.

2. Le mécanisme pourrait être le suivant (A Flat BAR Protein Promotes Actin Polymerization at the Base of Clathrin-Coated Pits 2018).

a. L'intersectine est recrutée après l'initiation de la formation des puits recouverts de clathrine, en particulier par les epsines, grâce à leurs répétitions NPF (asparagine-proline-phenylalanine) qui reconnaissent le domaine EH (Eps15 Homology) de l'intersectine.

b. FCHSD2 est recrutée par l'intersectine par son interaction entre les domaines SH3, et la formation de protrusion cellulaire induite par FCHSD2 nécessite sa capacité de liaison à la membrane.

c. FCHSD2 :

• c1. se lie avec PI(3,4)P2 sur la membrane alors plate autour des puits recouverts de clathrine (CCP),
• c2. active la polymérisation de l'actine via N-WASP, membre des NPF ou Nucleation Promoting Factor.

FCHSD2 et Cdc42 se lient simultanément à N-WASP pour former un complexe protéique et pour réguler la formation de protrusion des cellules apicales (FCHSD2 cooperates with CDC42 and N-WASP to regulate cell protrusion formation 2022)

d. La polymérisation de l'actine achève l'endocytose.

Remarque : l'augmentation membranaire de PI(3,4)P2 annoncerait le déhabillage de la vésicule et entraînerait l'arrivée de la petite GTPase Rab5, régulateur principal de la dynamique des endosomes précoces.

Modèles

Ancrage, polymérisation de l'actine et énergie élastique

Lors de la polymérisation de l'actine, l'énergie élastique stockée dans des filaments courbés contribue à l'internalisation endocytaire ( rôle de l'actine comme partenaire de la dynamine).

1. Une fraction significative de microfilaments d'actine se plie sous la force générée par la polymérisation et contribue au succès de l'internalisation endocytaire d'au moins deux manières.

• Ils pourraient contribuer à empêcher le recul du puits recouvert de clathrine (CCP).
• Ces filaments courbés stockent de l'énergie élastique pour la production de force ultérieure, tout comme la perche d'un sauteur.

2. Ces filaments courbés contribuent à l'internalisation en libérant l'énergie élastique stockée lorsqu'ils se redressent sous des fluctuations thermiques, conformément au mécanisme élastique à cliquet brownien pour la production de force médiée par l'actine (Actin Mechanics and Fragmentation 2015).

• Une partie de l'énergie élastique des filaments courbés est libérée à mesure que l'internalisation augmente, suggérant une compression réversible du réseau pour stocker l'énergie élastique.
• Toutefois, une fraction importante de la flexion du filament est conservée après le relâchement du ressort, ce qui suggère que la charge modifie également la structure intrinsèque du réseau (Force Feedback Controls Motor Activity and Mechanical Properties of Self-Assembling Branched Actin Networks 2016).

3. Dans les géométries planes, les réseaux d'actine ramifiés s'adaptent à la charge (Load Adaptation of Lamellipodial Actin Networks 2017).

Dans l'endocytose, la distribution des Hip1R autour du puits dirige davantage de filaments vers la base du puits, ce qui nucléé plus de filaments de manière autocatalytique et augmente la flexion des filaments, favorisant ainsi une plus grande internalisation.

Modèle récent

Un modèle a été mis à jour récemment pour l'assemblage de l'actine sur les sites CME de mammifères, dans lequel elle attire les vésicules dans la cellule de manière asymétrique, un peu comme un décapsuleur ouvre une bouteille (Branched actin networks are organized for asymmetric force production during clathrin-mediated endocytosis in mammalian cells 2022)

1. Lorsque les conditions locales sont favorables à la déformation de la membrane par les protéines de l'enveloppe, la membrane peut subir une transition Plat ➞ Λ ➞ Ω dans un temps relativement court sans assemblage d'actine.

Lorsque le manteau devient suffisamment grand pour former un bourgeon en forme de Ω, la dynamine peut être recrutée pour effectuer la scission, et il y a peu de délai entre l'expansion du manteau et la scission.

2. Lorsque les conditions locales ne sont pas favorables, probablement sous une tension membranaire élevée ou d'autres obstacles, l'interaction protéine d'enveloppe-membrane ne génère pas une force suffisante pour courber la membrane.

a. Une génération de force supplémentaire à partir de l’assemblage d’actine est requise (Mechanoregulation of clathrin-mediated endocytosis 2017).

• Le recrutement asymétrique de N-WASP active la nucléation de l'actine principalement sur un côté de l'enveloppe de clathrine, générant une force asymétrique qui attire la membrane dans la cellule comme un décapsuleur.
• Cette force asymétrique contribue à la déformation asymétrique de la membrane au niveau des sites endocytaires observée par microscopie à force atomique à grande vitesse (Morphological changes of plasma membrane and protein assembly during clathrin-mediated endocytosis 2018).

b. Elle pourrait agir avec la dynamine pour tordre la fosse à clathrine afin de favoriser la scission au niveau du cou (Dynamin-dependent Vesicle Twist at the Final Stage of Clathrin-mediated Endocytosis 2021).

c. Les événements CME associés à l'assemblage d'actine ont des durées de vie plus longues, probablement en raison du recrutement adaptatif de régulateurs d'actine suivi d'un assemblage de réseaux d'actine et d'un remodelage de la membrane.

Et la dynamine

La dynamine et l'actine peuvent exercer leurs forces de traction et de constriction pour générer des puits enrobés de clathrine.

• La dynamine pourrait être prérecrutée dans des zones endocytaires par interaction avec la syndapine 1 ( dynamine et UFE).
• La dynamine est située à la périphérie des patchs de clathrine plats ou peu profonds, avec les epsines, dont EPS15 et FCHO2, qui interviennent dans la courbure de la membrane, ce qui est cohérent avec la capacité de la dynamine à resserrer la base du profil Λ (Endocytic proteins are partitioned at the edge of the clathrin lattice in mammalian cells 2017).

5. Détachement de la membrane : fission