Trafic vésiculaire : syndapines/PACSINes
Vue d'ensemble et structure
- Biologie cellulaire et moléculaire
- Constituants de la cellule
- Transport membranaire
- Transports membranaires sans mouvements membranaires
- Transports membranaires avec mouvements membranaires : trafic vésiculaire
- Protéines membranaires
- Moteurs moléculaires
- Voies de signalisation
Les syndapines ou PACSINes (protein kinase C and casein kinase II interacting protein) sont des protéines à domaine F-BAR qui sculptent la membrane et participent à l'endocytose et à la génération des cavéoles.
Vue d'ensemble des syndapines/PACSINes
1. Les syndapines ont été impliquées dans une grand nombre de processus cellulaires comme :
- l'endocytose et le trafic vésiculaire, y compris les cavéoles,
- le neurogenèse et la migration par ses interactions avec le cytosquelette d'actine,
- la signalisation.
2. On trouve trois syndapines chez les mammifères (The syndapin protein family: linking membrane trafficking with the cytoskeleton 2004).
a. La syndapine 1 est spécifique des neurones.
b. La syndapine 2, à plusieurs variants, est exprimée de manière ubiquitaire.
La syndapine 2 est étudiée dans un chapitre spécial.
c. La syndapine 3 est principalement exprimée dans les tissus musculaires, squelettiques et cardiaques (Deciphering caveolar functions by syndapin III KO-mediated impairment of caveolar invagination 2017).
Structure des syndapines
Vue d'ensemble
Les syndapines, très conservées à part leur région variable, sont composées par plusieurs domaines (Syndapin - a membrane remodelling and endocytic F-BAR protein 2013).
1. Le domaine F-BAR N-terminal permet :
- la liaison membranaire,
- l'oligomérisation des syndapines,
- l'induction et/ou la détection de courbure (Phosphorylation of syndapin I F-BAR domain at two helix-capping motifs regulates membrane tubulation 2014).
2. Le domaine variable (linker) contient de nombreux domaines NPF (asparagine-proline-phénylalanine), à l'exception de la syndapine 3, connus pour s'associer aux protéines EHD (EHD Proteins Associate with Syndapin I and II and Such Interactions Play a Crucial Role in Endosomal Recycling 2005),
3. Le domaine SH3 C-terminal est impliqué dans :
- l'auto-inhibtion des syndapines,
- les interactions protéine/protéine, dont la dynamine (Molecular basis for SH3 domain regulation of F-BAR–mediated membrane deformation 2010),
Domaine F-BAR
Dimérisation des syndapines
Le module F-BAR des syndapines donne naissance à un faisceau central à six hélices qui est sensiblement différent des autres protéines F-BAR.
1. Il forme un homodimère antiparallèle à forme en S torsadée prononcée, résultant d'un degré de vrillage latéral au niveau des régions des pointes par rapport à la région centrale de dimérisation.
- Les pointes sont alors pliées loin du corps central à un angle de 61° (Molecular mechanism of membrane constriction and tubulation mediated by the F-BAR protein Pacsin/Syndapin 2009 et Mapping of the basic amino-acid residues responsible for tubulationand cellular protrusion by the EFC/F-BAR domain of pacsin2/Syndapin II 2010).
- Cela ajoute un deuxième degré de courbure au dimère de syndapine, en plus de la surface concave, suggérant qu'il peut avoir tendance à lier ou à stabiliser les membranes avec une courbure plus élevée ou une structure vésiculaire (Investigation of F-BAR domain PACSIN proteins uncovers membrane tubulation function in cilia assembly and transport 2019).
La surface concave de cette superhélice (coiled-coil) est enrichie en résidus chargés positivement lui conférant une affinité membranaire.
2. il contient une " boucle en coin " (wedge loop), une insertion de huit résidus dans l'hélice 2, qui s'ancre et s'insère dans la bicouche membranaire (Rigidity of Wedge Loop in PACSIN 3 Protein Is a Key Factor in Dictating Diameters of Tubules 2012).
La boucle en coin joue un double rôle dans la syndapine 3 cer son domaine F-BAR se connecte par des interactions pointe à pointe et des interactions latérales médiées par la boucle.
- L'une des boucles de coin interagit avec son dimère adjacent (supérieur).
- L'autre boucle de coin est exposée et s'extrude dans la direction de la membrane cible (inférieure).
Des mutations dans les résidus de ces boucles abolissent la tubulation membranaire.
Oligomérisation
d'ordre supérieur
Des réseaux d'ordre supérieur sont formés par des interactions intermoléculaires pointe à pointe et latérales par la syndapine qui recouvre la surface de la membrane.
1. Les dimensions du réseau sont affectées par l'incurvation latérale et les motifs structuraux distincts, contrairement à ceux formés par les domaines F-BAR plus droits de CIP4 et FBP17 (Curved EFC/F-BAR-Domain Dimers Are Joined End to End into a Filament for Membrane Invagination in Endocytosis 2007).
2. Les différentes isoformes des syndapines révèlent des variations du degré de courbure latérale et/ou de flexibilité des pointes distales au sein du domaine F-BAR des syndapines, i.e. formant des tubules avec de légères différences morphologiques (Versatile Membrane Deformation Potential of Activated Pacsin 2012).
Autoinhibition par le domaine SH3
La propension du domaine F-BAR des syndapines à courber les membranes est régulée par autoinhibition, car le domaine SH3 peut agir comme une verrou intramoléculaire.
Lorsque le domaine SH3 se lie à des partenaires, il libère les domaines F-BAR couplant ainsi potentiellement la fonction de flexion de la membrane des pacsines avec l'activité de ces partenaires ( rôles des syndapines).
Phosphorylation du
domaine F-BAR
La phosphorylation du domaine F-BAR permet aussi une régulation des syndapines par plusieurs protéines kinases (Phosphorylation of syndapin I F-BAR domain at two helix-capping motifs regulates membrane tubulation 2012).
1. Dans la syndapine I isolée des terminaisons nerveuses, des sites de phosphorylation sont situés au niveau du motif de coiffage des hélices N-terminales (N-cap) de différentes hélices α dans le domaine F-BAR.
Ces phosphorylations sont aussi proches des " boucles en coin " (wedge loop), et jouent un rôle dans la liaison membranaire et la tubulation.
- Ser79 (Ser76 chez le rat) intervient dans la courbure de l'homodimère F-BAR.
- Thr184 (Thr181 chez le rat) joue un rôle dans l'assemblage dimère-dimère des filaments.
2. De nombreuses autres sites de phosphorylations, en majeure partie sur le domaine variable, contribuent à l'action des syndapines.
- Ser343, phosphorylée par Pak5/Pak6, régule la liaison à la synaptojanine (Identification of neuronal substrates implicates Pak5 in synaptic vesicle traffickin 2012).
- Ser358, phosphorylée par la caséine kinase II provoque la formation d'épines dendritiques dépendantes de Rac1 dans des neurones (Casein Kinase 2 Phosphorylation of Protein Kinase C and Casein Kinase 2 Substrate in Neurons (PACSIN) 1 Protein Regulates Neuronal Spine Formation 2013),
- Ser313 de la syndapine 2, phosphorylée par PKCα, déclenche la libération de cette syndapine des cavéoles de la membrane plasmique ( rôles de la syndapine 2).
Remodelage membranaire et rôles des syndapines
Biologie cellulaire et moléculaireConstituants de la celluleTransport membranaireTransports sans mouvements membranairesTransports passifsTransports actifsTransports avec mouvements membranaires : trafic vésiculaireFusion/fission membranaireEndocytoseCavéolesVoie sécrétoireCanaux ioniquesTransporteursUniportsPompesCo-transporteursMoteurs moléculairesVoies de signalisation