Trafic vésiculaire
Endocytose clathrine-indépendante (CIE) à grande échelle
Phagocytose : maturation du phagosome

Après la vue d'ensemble sur la phagocytose, étudions-en le mécanisme :

• 1. Détection de la particule par sondage (probing), i.e. voir aussi récepteurs phagocytaires
• 2. Initiation de la phagocytose : segmentation du réseau d'actine et mobilité des récepteurs phagocytaires
• 3. Formation de pseudopodes : nucléation et ramification de l'actine
• 4. Fermeture du phagosome
• 5. Maturation du phagosome

Transport rétrograde du phagosome

Le transport rétrograde du phagosome se produit le long des microtubules (Molecular Requirements for Bi-directional Movement of Phagosomes Along Microtubules 1997).

Toutefois, il implique aussi la myosine V, capable de transporter de grands cargos vésiculaires, y compris les organites (Myosin-Va Transports the Endoplasmic Reticulum into the Dendritic Spines of Purkinje Neurons 2011).

Il semble que la myosine V médie le mouvement lent à courte distance des phagosomes nouvellement formés (Myosin Va Bound to Phagosomes Binds to F-Actin and Delays Microtubule-dependent Motility 2001).

1. La myosine V dimérique est un moteur processif, qui ne se détache jamais de l'actine lors de son déplacement en tant que dimère, dont la taille de pas est de 36 nm (Myosin V from head to tail 2008).

• Elle " marche " le long des filaments d'actine se déplaçant vers l'extrémité barbée (extrémité +) des filaments.
• La myosine V se déplace plus loin sur l'actine-F nouvellement assemblée, i.e. riche en ADP-Pi) que sur l'actine-F plus ancienne, i.e. riche en ADP (Actin Age Orchestrates Myosin-5 and Myosin-6 Runlengths 2015).

2. Chez les mammifères, la queue de la myosine V est liée à la cargaison via des complexes adaptateurs, et l'activité motrice de la myosine V est étroitement régulée par la liaison de l'adaptateur, ce qui déclenche le déploiement de la protéine auto-inhibée pour lier l'actine (Activation of Myosin Va Function by Melanophilin, a Specific Docking Partner of Myosin Va 2005).

Les protéines adaptatrices qui relient la myosine Va aux phagosomes restent inconnues.

3. La myosine Va interagit avec une grande variété de petites GTPases Rab (Identification and characterization of multiple novel Rab–myosin Va interactions 2013).

• 

  De nombreux Rab sont détectées sur les phagosomes (Functional role(s) of phagosomal Rab GTPases 2013).
• Certains de ces Rabs peuvent servir d'adaptateurs régulateurs des complexes myosine-phagosome.

Maturation du phagosome

Après la fermeture de la vésicule, les phagosomes, dits quelquefois naissants (nascent), possèdent un contenu semblable au milieu extracellulaire à pH de 7,4 et une membrane proche de la membrane plasmique.

1. Les phagosomes acquièrent progressivement des caractéristiques microbicides qui leur permettent de tuer et de digérer les microbes via un processus connu sous le nom de maturation des phagosomes.

• Le phagosome dit précoce, par des événements de fusion et de fission séquentiels, interagit avec la
  voie endosomale en permettant l'échange de solutés et de composants membranaires.
  
• La maturation, tout en maintenant la taille du phagosome à peu près constante par l'émission de vésicules de recyclage, modifie radicalement sa composition, le convertissant en un puissant organite de dégradation, en particulier contre les microbes.
  

2. Ces échanges aboutissent à un phagolysosome, à pH très acide par l'augmentation de la concentration de la V-ATPase, qui conduit à la digestion du microbe et à la présentation des antigènes sur la surface du phagocyte par les molécules de MHC-II (Major Histocompatibility Complex).

• Bien que la phagocytose entraîne normalement l'éradication des microorganismes, certains agents pathogènes ont développé des stratégies pour interférer avec la maturation phagosomale et utilisent les phagocytes comme des niches de survie et de croissance.
• Les différentes étapes de la maturation des phagosomes peuvent être ciblées (Intracellular Growth of Bacterial Pathogens: The Role of Secreted Effector Proteins in the Control of Phagocytosed Microorganisms 2016 pour une revue).

Phagosome précoce

Le phagosome précoce interagit classiquement avec les endosomes précoces et s'enrichit en Rab5 (Modulation of Rab5 and Rab7 Recruitment to Phagosomes by Phosphatidylinositol 3-Kinase 2020).

Bien que le nouveau phagosome se combine avec plusieurs endosomes, sa taille n'augmente pas, car en même temps, des vésicules de recyclage, régulées par Rab4 et Rab11, sont retirées régulièrement du phagosome (endosomes de recyclage).

Les phagosomes précoces et Rab5 favorisent le recrutement d'autres protéines.

1. PI3KC3, qui fait partie des PI3K, produit PI(3)P, essentiel à la poursuite de la maturation.

2. La protéine d'amarrage EEA1 forme un pont entre les endosomes précoces par sa liaison directe avec Rab5 et la syntaxine13, une protéine SNARE (Oligomeric Complexes Link Rab5 Effectors with NSF and Drive Membrane Fusion via Interactions between EEA1 and Syntaxin 13 1999).

Les protéines SNARE (Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor Attachment protein REceptor) sont des médiateurs universels de fusion de la membrane, réduisant la barrière énergétique en formant des complexes en épingle à cheveux composés de :

• v-SNARE, protéines exprimées sur les membranes du donneur, i.e. endosomes précoces,
• t-SNARE, protéines exprimées sur les membranes acceptrices, i.e. phagosomes précoces.

3. La membrane commence à s'enrichir en V-ATPase qui acidifie le milieu (pH 6,5).

Phagosome tardif

1. Le phagosome précoce se transforme en phagosome tardif en interagissant avec les endosomes tardifs grâce au remplacement de Rab5 par Rab7 ( passage de Rab5 à Rab7).

Concomitamment, la V-ATPase se concentre sur la membrane du phagosome (The V-type H+-ATPase in vesicular trafficking: targeting, regulation and function 2008)

Elle est responsable de l'acidification de la cavité du phagosome (pH 5,5–6,0) en transférant des protons (H⁺) dans la lumière du phagosome (Phagosome maturation: going through the acid test 2008).

2. Une partie du PI(3)P membranaire laisse sa place à du PI(3,5)P.

3. En outre, des protéines membranaires associées aux lysosomes (LAMP) et des protéases luminales (cathepsines et hydrolases) sont incorporées à partir de la fusion avec des endosomes tardifs (How nascent phagosomes mature to become phagolysosomes 2012).

Phagolysosome

Enfin, les phagosomes fusionnent avec les lysosomes pour devenir des phagolysosomes, organites dotés de mécanismes sophistiqués pour dégrader les micro-organismes.

1. Les phagolysosomes sont très acides (pH aussi bas que 4,5) en raison de l'accumulation de nombreuses molécules de V-ATPase sur leur membrane.

2. La membrane du phagolysosome présente également le complexe NADPH oxydase, responsable de la production de dérivés réactifs de l'oxygène (ROS, Reactive Oxygen Species), tels que le superoxyde de formule O₂^- (The Phagocyte NOX2 NADPH Oxidase in microbial killing and cell signaling 2019).

• Le superoxyde se dismute en H₂O₂, qui peut à son tour réagir avec les ions Cl⁻ pour former de l'acide hypochloreux (HClO), une substance microbicide très puissante.
• Cette dernière réaction est catalysée par l'enzyme myéloperoxydase (Myeloperoxidase in human neutrophil host defence 2014).

3. De plus, le phagolysosome contient plusieurs enzymes hydrolytiques, telles que les cathepsines, les protéases, les lysozymes et les lipases, qui contribuent à dégrader les micro-organismes ingérés (Phagosome maturation: going through the acid test 2008).

4. Si le processus de base semble être identique pour un grand nombre de cellules, des changements peuvent apparaître.

• Le détachement de la membrane de la vésicule endocytaire, i.e. scission vésiculaire ou fission, est provoqué par la dynamine, mais quelquefois la courbure par les protéines à domaine BAR et l'epsine est suffisante pour la provoquer.
• L'actine, qui tire la vésicule à l'intérieur de la cellule, peut également contrecarrer la tension de la membrane lors de la formation des vésicules.
• Les myosines peuvent aussi intervenir dans ce phénomène ( Migration de la vésicule vers l'intérieur de la cellule).

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