Activité coordonnée de la machinerie de régulation de l'actine avec la modification des membranes.

Certaines molécules agissent de concert avec les Rho GTPases pour coordonner la régulation de la dynamique de l'actine avec la déformation des membranes et ainsi assurer la mobilité. Par exemple, certaines petites GTPases de la famille Arf {ADP-ribosylation factor) modifient localement la composition en lipides pour faciliter la courbure des

membranes et créer un environnement lipidique favorable au recrutement de la machinerie de régulation de l'actine. Les dynamines quant à elles, ont la capacité d'une part de modifier mécaniquement la courbure des membranes et d'autre part, de recruter directement la machinerie de régulation de l'actine.

Les petites GTPases de la famille Arf

Les petites GTPases de la famille Arf {ADP-ribosylation factor) font partie de la superfamille Ras au même titre que les Rho GTPases. Chez les mammifères, on compte six Arfs catégorisées en trois classes selon leur structure. Arfl et Arf6 sont de loin les mieux caractérisées. Elles sont associées à la régulation du trafic membranaire et à la modification du cytosquelette d'actine (pour synthèse, voir 273). La plupart du temps, les fonctions des

Arfs font appel à leurs effets sur le métabolisme des lipides. Les Arfs ont la capacité d'activer les phosphatidylinositol phosphate 5-kinases (PIP5Ks), générant par l'intermédiaire de ces enzymes, une augmentation de PIP2. Elles activent également la phospholipase D (PLD), dont un des produits, l'acide phosphatidique, est un cofacteur pour l'activation des PIP5Ks 274276. La petite GTPase Arfl est localisée principalement aux

membranes du Golgi où elle recrute et active une PIP5K et la phosphatidylinositol 4- kinase(3 (PI4K(3)277. La petite GTPase Arf6 est localisée à la membrane plasmique et aux

L'augmentation locale de PIP2 par les Arfs favorise le recrutement et/ou l'activation de protéines impliquées dans le trafic membranaire (AP-2, dynamine) et la réorganisation de l'actine (WASP, Cdc42).

Arf6 participe à la régulation du remodelage de l'actine lors de la formation de 97Q 9 8 0 981

lamellipodes ' durant la migration cellulaire . Cet effet de Arf6 sur le cytosquelette est attribuable à son action sur le métabolisme des lipides, mais aussi à l'activation de la petite GTPase Racl. Dans les cellules épithéliales, ARNO, une GEF pour Arf6, favorise l'activation de Racl en recrutant le complexe DOCK180-ELMO qui sert de facteur d'échange pour Racl 282. Dans les Hela et les CHO, Arf6 facilite la redistribution de Racl

T O I 904 endosomal vers la membrane plasmique

La capacité de Arf6 à redistribuer Racl vers la membrane plasmique vient probablement de sa propriété d'alterner entre la membrane plasmique et les endosomes selon l'hydrolyse du GTP. Contrairement aux autres petites GTPases, l'association de Arf6 aux membranes serait indépendante de sa liaison au GTP. Notamment, une forme mutante de Arf6 déficiente pour la liaison au GTP (T27N) s'accumule dans des endosomes de recyclage tubulaires 285. La surexpression d'une forme active de Arf6 (Q67L) induit la formation de

larges vésicules riches en PIP2 entourées d'actine-F où le mutant de Arf6 est séquestré 278.

Ces observations suggèrent que le cycle GTP/GDP de Arf6 est essentiel à son trafic entre la membrane plasmique et les endosomes. Selon cette hypothèse, l'activation de Arf6 par une GEF se produirait aux endosomes pour favoriser le recyclage membranaire vers la surface via la dynamique de l'actine dépendante du PIP2. À la suite d'une nouvelle ronde d'internalisation de ArfôGTP, l'hydrolyse du GTP en GDP serait nécessaire pour la fusion des vésicules nouvellement internalisées avec le compartiment endosomal 278.

La propulsion de vésicules riches en PIP2par des comètes d'actine

Dans une autre lignée cellulaire, la surexpression de Arf6 Q67L induit la formation de comète d'actine à la surface d'endosomes, de façon dépendante de N-WASP et Arp2/3, par sa capacité à activer la PIP5K 286. D'ailleurs, la surexpression de la PIP5K induit la

formation de ces comètes d'actine sur des vésicules endosomales dans plusieurs types

9 8*7 909

sphingolipides et en cholestérol, formées à partir de l'internalisation de microdomaines communément nommés radeaux lipidiques en provenance de la membrane plasmique 293 ou

de la partie trans de l'appareil de Golgi (TGN; trans-Golgi network) 287. La P1P5K est

enrichie à la tête de la comète 287, donc à la vésicule où le PIP2 servirait de cofacteur pour

recruter et/ou activer des protéines impliquées dans la régulation de l'actine comme N- WASP 294.

Deux modes d'activations de N-WASP ont été rapportés lors de la formation des comètes d'actine impliquant le PIP2. Chez les fibroblastes, le mouvement des endosomes induit par le PIP2 dépend de la phosphorylation sur tyrosine ' et du recrutement et de l'activation de N-WASP par les molécules adaptatrices Nck ou Grb2 ou par WIP. Cependant, l'interaction directe entre N-WASP et Cdc42 ne serait pas requise 289. Une activation de N-

WASP indépendante de Cdc42 semblable à celle observée lors de la formation de piédestal chez vaccinia pourrait donc survenir sans l'intervention de protéines de source exogène. Dans les cellules de mélanomes murins B16-F1, Cdc42 et de sa GEF Tuba sont recrutés au site de formation des comètes, et l'activation de Cdc42 par Tuba serait nécessaire à la formation de comètes dépendante de N-WASP induite par la P1P5K dans ces cellules 291.

Un rôle pour les comètes d'actine a été suggéré dans le transport de protéines membranaires en provenance du TGN destinées au côté apical de la membrane plasmique des cellules endothéliales polarisées 292. La surexpression de la PIP5K dans les adipocytes entraîne la

propulsion de vésicules sécrétoires par des comètes dépendantes de N-WASP et augmente l'exocytose de GLUT4 en réponse à l'insuline 288. Puisque les comètes d'actine sont issues

de la surexpression de la PIP5K ou de la forme active de Arf6, leur rôle physiologique reste intrigant. Or, des comètes dépendantes de N-WASP et Arp2/3, ont été observées à la surface d'endosomes nouvellement formés à partir de la membrane plasmique chez des cellules de mammifères 295' 296. Des endosomes et des lysosomes seraient également

propulsés par des comètes d'actine dépendante de l'activité de Cdc42 et de N-WASP chez des oocytes de Xenopus 297. Quoiqu'il en soit, le rôle physiologique exact des comètes

d'actine dans la régulation du trafic membranaire reste à être élucidé.

D'autres molécules, notamment la dynamine 2 et la cortactine sont recrutées à la comète OûT 7 0 ^ 708

^ Q i 9Qft 9 0 0

de Listeria et à la surface d'endosomes ' . D'abord caractérisée pour son rôle dans l'endocytose 30°, la dynamine se retrouve au niveau de différentes structures riches en

actine, notamment, le site d'endocytose 301'302, de phagocytose 303 et d'exocytose 304, les

podosomes 5, les invadopodes et les lamellipodes . La dynamine relierait la

déformation des membranes avec la dynamique de l'actine dans ces processus (pour synthèse, voir308).

La double fonction des dynamines

Les dynamines dites conventionnelles, dont la dynamine 2 exprimée de façon ubiquitaire, sont des GTPases à haut poids moléculaire (96kDa). Elles possèdent de nombreux domaines d'homologie importants pour leurs fonctions, dont un domaine GTPase au N- terminal, un domaine PH qui lui permet de lier le PIP2 309 et un domaine GED (GTPase effector domain) considéré comme un domaine GAP interne participant à l'autorégulation de la dynamine 31°. Les dynamines possèdent également un domaine riche en prolines

(PRD) dans leur extrémité C-terminale leur permettant d'interagir avec des protéines qui possèdent un domaine SH3, dont plusieurs sont impliquées dans la régulation de l'actine. Contrairement aux petites GTPases qui agissent comme des commutateurs, les dynamines ont la propriété de s'auto-assembler dans un polymère qualifié d'enzyme « mécanochimique ». Ces polymères de dynamines exerceraient une force de constriction suite à l'hydrolyse du GTP en GDP 3". L'activité GTPase de la dynamine serait stimulée

par l'interaction de son domaine PH avec le PIP2 ou par la liaison de certains effecteurs sur son domaine PRD312.

Parmi les partenaires d'interaction des dynamines, on y retrouve la profiline qui lie les monomères d'actine, la cortactine, qui lie l'actine-F et stimule l'activité du complexe Arp2/3, Grb2, Nck, la syndaptine qui lie N-WASP, et l'intersectine et Tuba qui peuvent lier N-WASP et possèdent également une activité GEF pour Cdc42. (pour synthèse, voir 313).

Son activité de constriction jumelée à sa capacité de lier des régulateurs de la polymérisation d'actine fait de la dynamine un élément intégrateur crucial dans divers processus reliant la polymérisation d'actine et la déformation des membranes 314.

Notamment, l'activité GTPase et le domaine PRD de la dynamine 2 jouent un rôle dans la formation et la mobilité des comètes induites par la PIP5K et par Listeria 293' 298. Puisque

plusieurs molécules participant à la formation des comètes d'actine peuvent s'associer avec la dynamine, il a été proposé que la dynamine puisse recruter un complexe protéique de régulation de la polymérisation d'actine dépendante de N-WASP aux membranes riches en PIP2

Selon l'ensemble des études concernant la formation de comète d'actine sur des endosomes ou des vésicules induites par l'activité de la PIP5K, la dynamique de l'actine contribuerait à propulser des vésicules nouvellement formées ou des organelles sur de courtes distances. Des molécules comme la dynamine recruteraient aux endosomes comme à la membrane plasmique les composantes minimales responsables de la force générée par la polymérisation d'actine en branches exploitées par les pathogènes pour leur propulsion. Ces travaux ont considérablement contribué à la reconnaissance du rôle de la dynamique de l'actine dans l'endocytose et dans les étapes subséquentes du transport membranaire qui seront décrites.