Neurophysiologie : synapse
Vésicules synaptiques : cycle vésiculaire
Recyclage vésiculaire : 6. Endocytose
Endocytose de masse dépendante de l'activité (ADBE)
Formation du " bulk endosome " : VAMP4

Formation du " bulk endosome "

Les " bulk endosomes " sont formés directement à partir de la membrane plasmique.

Le mécanisme précis régulant l'endocytose de masse dépendante de l'activité (ADBE ou activity-dependent bulk endocytosis) n'est pas encore bien connu et les composants moléculaires dont la liste n'est pas exhaustive comprennent ( figure) :

• VAMP4,
• les protéines adaptatrices, dont les adaptines (AP),
• la calcineurine,
• la synaptotagmine 7 (Syt7),
• les molécules du cytosquelette, actine, myosine…
• la dynamine ou/et les protéines EHD,
• la syndapine,
• les Rab GTPases, dont Rab11 et leurs partenaires ( recyclage vésiculaire et système endolysosomal)…

VAMP4

VAMP4 (Vesicle-Associated Membrane Protein) est une R-SNARE, i.e. une v-SNARE, v- pour vésiculaire, essentielle au déroulement de l'ADBE (VAMP4 Is an Essential Cargo Molecule for Activity-Dependent Bulk Endocytosis 2015).

Vue d'ensemble

1. VAMP4, par sa capacité réduite à former un complexe SNARE efficace avec les Q-SNARE canoniques de la membrane plasmique, a un renouvellement synaptique inhabituellement élevé et est sélectivement trié en endolysosomes au cours d'une ADBE.

a. La séquence d'acides aminés du motif SNARE de VAMP4 est relativement similaire à VAMP2/syb2 (62%), mais avec d'importantes variations de séquence entre les deux ( cf. figure S2A).

b. La récupération de VAMP4-pHluorin a été perturbée par l'inhibition de l'ADBE et cette récupération sélective a été confirmée par l'enrichissement en VAMP4 endogène dans des endosomes massifs purifiés formés par l'ADBE (Monitoring activity-dependent bulk endocytosis with the genetically-encoded reporter VAMP4-pHluorin 2016).

On peut, par exemple, utiliser l’inhibiteur de petite molécule du domaine d’homologie de la formine 2 (SMIFH2), qui bloque la formation d’endosomes massifs (Synaptic vesicle endocytosis occurs on multiple timescales and is mediated by formin-dependent actin assembly 2017).

2. La liaison de VAMP4 avec l'AP-1, non seulement régule son expression présynaptique, mais facilite le renouvellement synaptique de VAMP4, et, en l'absence d'AP-1, VAMP4 s'accumule dans le pool de recyclage (RP) des vésicules synaptiques (VS).

• Un motif cytoplasmique de tri dileucine, ²⁰SERRNLLED²⁸, sur VAMP4 est essentiel pour sa récupération via l'ADBE et pour ADBE lui-même (The Di-leucine Motif of Vesicle-associated Membrane Protein 4 Is Required for Its Localization and AP-1 Binding 2001).
• Ce motif coordonne les interactions avec les protéines adaptatrices, suggérant que VAMP4 recrute des adaptateurs spécifiques pour servir à la fois d'ADBE et de récupération de la membrane plasmique.

3. Le domaine cytoplasmique de VAMP4 contient d'autres sites d'interaction pour des protéines adaptatrices telles que :

• la syndapine 1/PACS-1, i.e. Phosphofurin Acidic Cluster Sorting protein-1 (AP-1 recruitment to VAMP4 is modulated by phosphorylation-dependent binding of PACS-1 2003).
• les molécules adaptatrices AP180/CALM.

Mécanisme de VAMP4

1. L'accumulation sélective de VAMP4 au cours de l'ADBE suggère que les vésicules synaptiques (VS) formées via ce mode d'endocytose peuvent avoir une signature moléculaire spécifique qui définit leur fonction physiologique dans les terminaisons nerveuses centrales.

a. Les VS dérivées de l'ADBE sont connues pour repeupler le pool de réserve (RP), qui n'est libéré que pendant une stimulation intense après la libération synchrone du pool rapidement libérable ou RRP (Activity-Dependent Bulk Endocytosis and Clathrin-Dependent Endocytosis Replenish Specific Synaptic Vesicle Pools in Central Nerve Terminals 2010).

b. La modulation de l'expression de VAMP4 a des effets bidirectionnels sur la libération asynchrone, suggérant que les VS dérivées d'ADBE pourraient reconstituer ce pool fonctionnel spécifique (VAMP4 directs synaptic vesicles to a pool that selectively maintains asynchronous neurotransmission 2012).

2. Le trafic via l'ADBE et le système endolysosomal sont tous deux essentiels pour maintenir un faible taux de VAMP4 à l'état d'équilibre au niveau présynaptique.

Agissant de concert, ces deux voies de trafic constituent un mécanisme pour les ajustements dépendants de l'activité et de la protéostasie dans l'efficacité synaptique.

3. Bien que les mécanismes précis soient encore insaisissables, il existe un consensus sur la manière dont le traitement endolysosomal régule l'efficacité présynaptique.

• Un flux excessif de VS vers des endolysosomes entraîne une augmentation marquée de la libération de neurotransmetteurs (Arf6 regulates the cycling and the readily releasable pool of synaptic vesicles at hippocampal synapse 2018).
• Inversement, l'inhibition du recyclage et du trafic endosomaux inhibe la fusion des VS et la libération de neurotransmetteurs (Loss of Skywalker Reveals Synaptic Endosomes as Sorting Stations for Synaptic Vesicle Proteins 2011).

a. Une diminution de la capacité des VS du pool rapidement libérable (RRP) à fusionner est en raison de la surexpression du mutant T22N rab7, mutant qui a une affinité réduite pour le GTP et dont la surexpression dérégule significativement le transport et la signalisation axonale des endosomes.

• Cet affaiblissement de la fusion a également été observé lors de l'inhibition de l'ADBE, indiquant un couplage serré entre ces deux processus.
• Ces effets sont identiques dans les terminaisons nerveuses VAMP4 KO, ce qui confirme que le trafic VAMP4 dépendant de l'activité via ADBE et le système endolysosomal jouent un rôle critique dans la régulation de la force synaptique.

b. La fonction précise des voies d'endocytose est essentielle pour la reconstitution du RRP et la clairance des débris vésiculaires des sites de rejet, ce qui permet une neurotransmission durable (Blocking Endocytosis Enhances Short-Term Synaptic Depression under Conditions of Normal Availability of Vesicles 2013).

• Par la clairance sélective, dépendante de l'activité de VAMP4, l'ADBE régule la composition des VS nouvellement générées et leur propension à la fusion dans les cycles ultérieurs de libération des neurotransmetteurs.
• Cela permet un contrôle de rétroaction et un ajustement dynamique de la probabilité de libération ajusté sur l'historique de l'activité présynaptique.

c. Les protéines synaptiques s'accumulent des dommages lors du recyclage répétitif du VS (Newly produced synaptic vesicle proteins are preferentially used in synaptic transmission 2018).

• Le dysfonctionnement endolysosomal étant au cœur de la sénescence synaptique et de la neurodégénérescence, VAMP4 peut freiner l'excès de neurotransmission excitatrice pendant la pathologie neuronale (Compromised autophagy and neurodegenerative diseases 2015).
• L'accumulation présynaptique de VAMP4 peut fournir une boucle régulatrice par laquelle un système de dégradation endolysosomale surchargé ou dysfonctionnel peut réactiver la machine de fusion des VS pour empêcher une accumulation supplémentaire de dommages et préserver la fonction synaptique.

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