Certains gènes, dont fait partie ATG16L1 sont actuellement décrits pour être uniquement impliqués dans la macro-autophagie. On retrouve: ATG3, ATG5, ATG7, ATG9, ATG13, ATG16L1, ULK1, BECN1 et VPS34.
Atg16L1 est une protéine de 607 acides aminés d’une taille d’environ 68 kDa (figure 4.4). C’est une protéine adaptatrice avec un domaine N-terminal qui va contenir le domaine de fixa- tion à la protéine Atg5 suivi d’une structure en bobine enroulée impliquée dans l’oligomérisation de la protéine ainsi que dans l’interaction avec d’autres protéines impliquées dans l’autophagie comme WIPI2 et Rab3, petite protéine GTPase située dans l’appareil de Golgi. A travers leur interaction avec Atg16L1, ces deux protéines vont permettre de moduler l’élongation de l’autophagosome. Et enfin dans la partie C-terminal se trouve la répétition de 7 domaines WD (domaine d’environ 40 acides aminés se terminant par le dipeptide tryptophane-acide as- partique, W-D, dont la répétition en tandem permet la formation d’une structure circulaire, on parle de protéine à structure solénoide). La répétition de ces 7 domaines WD n’est pas retrouvée dans la protéine homologue chez la levure. Récemment il a été mis en évidence [Song et al., 2018] l’importance des modifications post-traductionnelles sur la régulation de l’activité d’Atg16L1. Ils ont notamment mis en avant le rôle de la méthylation sur la lysine 151 dans la fixation d’Atg16L1 au complexe Atg5-Atg12. De plus la methylation d’Atg16L1 sur sa lysine 151 inhibe sa phosphorylation au niveau S139. Ces modifications ont des conséquences sur l’activation de l’autophagie dans des modèles cellulaires de cardiomyocytes.
13 43 Région de fixation à Atg5 1 78 230 311 604608 Domaine bobine enroulée Répétition de 7 domaines WD40 265 284 Exon 8
Figure 4.4: Structure Atg16L1 Adapté de [Milica et al., 2017]
4.2.1
Les différentes isoformes d’ATG16L1
Des études in silico ont identifié 7 isoformes de cette protéine issues de l’épissage alternatif chez l’Homme [Jiang et al., 2013]. Par technique de western blotting, deux isoformes sont princi- palement détectées : ATG16L1α et ATG16L1β. Cependant peu d’études ont caractérisé ces deux isoformes. Une étude [Jiang et al., 2013] a cloné trois isoformes d’Atg16L1 : Atg16L1-1 qui contient la séquence complète de la protéine, Atg16L1-2 qui ne contient pas l’exon 8 et Atg16L1-3 qui ne contient pas le coiled-coil domain. De manière intéressante ils ont mon- tré que les trois différentes isoformes co-localisaient avec la MDC (Modensylcadaverine) qui s’accumule dans les compartiments sub-cellulaires acides impliqués dans l’autophagie. No- tamment Atg16L1-1 montre une plus forte co-localisation avec la MDC que les deux autres isoformes. De plus Atg16L1-2 était le seul de ces trois isoformes à ne pas co-localiser à la mito- chondrie. Fonctionnellement, la surexpression des trois isoformes favorise l’autophagie mais ce degré varie selon l’isoforme avec une activation qui semble être plus importante pour Atg16L1- 1>Atg16L1-2>Atg16L1-3. Il semblerait donc que ces trois isoformes pourraient avoir des effets différents sur l’autophagie.
4.2.2
Fonction d’ATG16L1 dans l’autophagie
Atg16L1 va permettre la stabilisation de l’interaction entre Atg12 (ubiquitin like protein) et Atg5 (E3 ubiquitin ligase-like protéine) qui sont deux protéines qui vont interagir de manière covalente (figure 4.5). ATG12 ATG12 ATG7 ATG12 ATG10 ATP AMP+PPi
ATG12 ATG5 ATG16L1
ATG16L1 ATG5 ATG12 pro-LC3 LC3-I Atg4 LC3 Atg7 ATP AMP+PPi LC3 PE = LC3-II
Figure 4.5: Les deux systèmes de type ubiquitin
Homo-dimère Atg16L1 Phagophore PE LC3 Atg3 Domaine en bobine enroulée Atg5 Atg5 Atg12 Atg12
Figure 4.6: Interaction d’Atg16L1 dans l’autophagie
Adapté de [Eszter et al., 2013] . Les protéines Atg16L1 vont interagir par l’intermédiaire de leur coiled coil domaine (CCD) pour former des homo-dimères et ainsi interagir avec plusieurs complexes Atg5-Atg12. La conjugaison du complexe Atg12 à Atg16L1 va entrainer l’exposition d’un domaine de fixation membranaire d’Atg5 et permettre sa fixation aux précurseurs de la membrane du phagophore. Le complexe Atg3-LC3 préalabement activé par Atg7 va être recruté à la membrane du phagophore par l’interaction entre Atg3 et Atg12. LC3 se trouve ainsi à proximité de PE (phosphatidyl ethanolamine) permettant ainsi sa lipidation.
On parlera du complexe de conjugaison Atg12 qui va agir comme une ligase E3 et permettre la lipidation de LC3. Il est présent spécifiquement au niveau de la membrane d’isolation et n’est pas retrouvé sur les autophagosomes matures [Mizushima et al., 2003a]. La conjugaison de Atg5 à Atg12 est nécessaire à l’élongation de la membrane d’isolation. La protéine Atg12 va tout d’abord être activée par la conjugaison à Atg7 par une liaison thioester riche en énergie grâce à une molécule d’ATP. Atg12 va ensuite être transférée à la protéine Atg10 et enfin Atg5. Le complexe Atg12-Atg5 va finalement se conjuguer de manière non covalente à Atg16L1 qui va interagir avec le complexe Atg12 par l’intermédiaire de son domaine en bobine enroulée et va être capable de se lier à plusieurs complexes en même temps pour ainsi former un complexe de 800 kDa chez les mammifères (figure 4.6) [Mizushima et al., 2003c]. Ce complexe va aussi être nécessaire pour la localisation de la protéine LC3 au niveau de la membrane d’isolation. Si le complexe Atg12-Atg5-Atg16L1 va se dissocier de l’autophagosome mature, LC3 lui va rester attaché à la membrane de l’autophagosome même après dissociation du complexe. Comme dit précédemment, LC3 existe sous deux formes [Kabeya et al., 2000], LC3-I qui est le résultat de la suppression de 22 acides aminés au niveau C-terminal de LC3 (pro-forme) et qui se trouve dans le cytosol et LC3-II qui est le résultat de la lipidation de LC3-I, et qui se trouve au niveau de la membrane de l’autophagosome. Ainsi l’accumulation de LC3-II au niveau de la membrane de l’autophagosome représente un bon indicateur de la quantité d’autophagosomes présents dans la cellule.