Autophagie sélective

3.1. Généralités

L’autophagie sélective permet la dégradation d’organelles endommagées ou superflues telles que des agrégats ubiquitinylés, des mitochondries (mitophagie), des peroxysomes (pexophagie) ou des noyaux (nucléophagie) tandis que l’autophagie non sélective est induite pour éliminer des parties aléatoires du cytoplasme suite à une carence en acides aminés par exemple. Ce mécanisme sélectif nécessite l’intervention d’adaptateurs de l’autophagie qui permettent l’interaction entre les substrats à dégrader et les autophagosomes permettant ainsi leur dégradation par autophagie (Figure 9A). Par exemple, l’adaptateur p62/SQSTM1 est impliqué dans la dégradation des agrégats ubiquitinylés en se liant à l’ubiquitine grâce à son domaine UBA (ubiquitin associated) et à LC3 localisé aux autophagosomes grâce à son motif LIR (Bjorkoy et al., 2005; Ichimura et al., 2008; Komatsu et al., 2007; Noda et al., 2008; Pankiv

et al., 2007; Shvets et al., 2008; Vadlamudi et al., 1996) (Figure 9B). p62 a également été

identifiée comme interagissant avec LC3A, GABARAP, GABARAPL1 et GABARAPL2 (Pankiv et al., 2007). Après leur liaison à p62, les protéines ubiquitinylées sont séquestrées par

l’autophagosome via les membres de la famille ATG8 et dégradées par autophagie.

La protéine NBR1 (neighbor of BRCA1) a également été identifiée comme un adaptateur ayant une structure et des fonctions similaires à p62 (Kirkin et al., 2009b; Lamark et al., 2009; Waters et al., 2009). En effet, NBR1 interagit avec l’ensemble des membres de la famille ATG8

via son motif LIR et avec l’ubiquitine via son domaine UBA, permettant ainsi la dégradation

des agrégats ubiquitinylés par autophagie (Kirkin et al., 2009b) (Figure 9B).

NBR1 et p62 peuvent également interagir ensemble pour permettre la dégradation des substrats ubiquitinylés et réguler leur agrégation quand l’autophagie est inhibée (Kirkin et al., 2009a). Plus récemment, d’autres adaptateurs de l’autophagie interagissant avec les membres de la famille ATG8 ont été mis en évidence comme la protéine ALFY (autophagyǦlinked FYVE protein, également appelée WDFY3). En effet, lors de l’autophagie, ALFY interagit avec p62 associée à des agrégats ubiquitinylés puis avec les protéines de la sous-famille GABARAP associées aux autophagosomes permettant la dégradation des substrats (Lystad et al., 2014). La protéine GABARAPL1 est également impliquée dans l’autophagie sélective du glycogène appelée glycophagie (Jiang et al., 2010b; Jiang et al., 2011). En effet, GABARAPL1 interagit avec STBD1 (Starch-binding domain-containing protein 1) via son motif LIR permettant ainsi le ciblage du glycogène aux autophagosomes et sa dégradation par autophagie. Nous allons décrire plus particulièrement dans le chapitre suivant un type d’autophagie sélective : la mitophagie.

3.2. Exemple de la mitophagie

La mitophagie est un processus de dégradation sélective des mitochondries qui permet : i) Figure 9 : Mécanisme de l’autophagie sélective. (A) L’autophagie sélective est réalisée grâce à un adaptateur qui va

permettre le recrutement des substrats à dégrader aux autophagosomes. Pour cela, l’adaptateur interagit avec le substrat à dégrader et avec l’autophagosome via les membres de la famille ATG8. (B) Exemple de la dégradation des agrégats ubiquitinylés. Les adaptateurs p62 et NBR1 peuvent interagir avec l’agrégat via leur interaction avec l’ubiquitine et avec les autophagosomes via leur interaction avec les membres de la famille ATG8, par exemple LC3-II, pour permettre la dégradation de ces substrats par autophagie sélective.

mitochondries endommagées, source d’ERO (espèces réactives de l’oxygène) nocives pour la cellule (Figure 10‚) (Feng et al., 2013; Kim et al., 2007; Novak, 2012; Schweers et al., 2007;

Youle & Narendra, 2011). Ces deux processus présentent des mécanismes d’action distincts qui requièrent des protéines différentes : la protéine NIX/BNIP3L (Bcl-2/adenovirus E1B 19-kDa- interacting protein 3 long form) et les protéines PARKIN/PARK2 et PINK1 (PARK2/PTEN induced putative kinase 1), respectivement (Figure 10).

L’élimination des mitochondries saines survient lors de la différenciation de certaines cellules spécialisées et est essentielle pour le développement correct des tissus et des organes. Cette élimination programmée des mitochondries intervient par exemple lors de la maturation des réticulocytes (Sandoval et al., 2008; Schweers et al., 2007). En effet, les réticulocytes de souris présentant une extinction de NIX/BNIP3L sont incapables d’éliminer leurs mitochondries conduisant à une inhibition de leur maturation en érythrocytes. Néanmoins, aucune modification de l’autophagie non sélective n’est observée. NIX/BNIP3L située à la membrane externe des mitochondries permet le recrutement de ces organites aux Figure 10 : Mécanisme de la mitophagie._•Lors de la différenciation des cellules spécialisées, l’expression de la protéine NIX sur la face externe de la mitochondrie augmente. NIX va ainsi pouvoir interagir avec les membres de la famille ATG8 et permettre la séquestration et la dégradation des mitochondries. _‚ Lors de la dégradation des mitochondries endommagées, PINK1 s’accumule au niveau des mitochondries et recrute PARKIN. PARKIN peut ensuite ubiquitinyler les protéines mitochondriales qui seront reconnues par p62, permettant leur dégradation sélective par mitophagie.

autophagosomes. En effet, NIX/BNIP3L peut interagir grâce à son motif LIR avec LC3, GABARAP et GABARAPL1 localisées aux autophagosomes permettant ainsi la séquestration et la dégradation des mitochondries par mitophagie (Novak et al., 2010) (Figure 10•).

Les protéines PARKIN et PINK1 sont impliquées dans la dégradation sélective des mitochondries endommagées et dysfonctionnelles en réponse à la dépolarisation de la membrane (Matsuda et al., 2010) (Figure 10‚). Les gènes codant PARKIN et PINK1 sont

mutés dans la maladie de Parkinson, mettant en évidence l’importance de la dégradation des mitochondries endommagées dans le maintien de l’homéostasie cellulaire (Kitada et al., 1998; Valente et al., 2004). Suite à un dommage aux mitochondries, PINK1 s’accumule au niveau de la membrane externe des mitochondries endommagées permettant la translocation de PARKIN, une ligase E3 de l’ubiquitine, du cytoplasme à la membrane de ces organites. Une fois localisée aux mitochondries, la protéine PARKIN ubiquitinyle les protéines mitochondriales telles que VDAC1 (voltage dependent anion channel 1), mitofusine 1 et mitofusine 2 conduisant à leur reconnaissance par p62 et à leur dégradation par autophagie sélective comme décrit précédemment (Voir paragraphe I.3.a. « Généralités ») (Gegg et al., 2010; Geisler et al., 2010; Tanaka et al., 2010) (Figure 10_‚). En effet, comme décrit précédemment, p62 en tant

qu’adaptateur crée un lien entre les protéines mitochondriales ubiquitinylées et l’autophagosome. Néanmoins, l’implication de p62 dans l’induction de la mitophagie par PARKIN est encore soumise à controverse (Ding et al., 2010; Geisler et al., 2010; Lee et al., 2010b; Narendra et al., 2010; Okatsu et al., 2010). Dans les mitochondries saines, PINK1 est importée au niveau de la membrane interne de la mitochondrie où elle est clivée par PMPCB (mitochondrial-processing peptidase) et PARL (presenilin-associated rhomboid-like protease) conduisant à sa dégradation. Ceci empêche l’accumulation de PINK1 au niveau de la membrane externe et donc la mitophagie de mitochondries saines (Jin et al., 2010; Meissner et al., 2011). Récemment, il a été mis en évidence que la protéine AMBRA1 localisée à la membrane des mitochondries peut interagir avec LC3 via son motif LIR afin de favoriser la mitophagie dépendante de PARKIN (Strappazzon et al., 2015). De plus, cette étude a suggéré qu’un fort taux de protéine AMBRA1 à la membrane des mitochondries peut induire une mitophagie indépendante de PARKIN et p62. Une implication de la protéine ULK1 dans la mitophagie a également été mise en évidence. En effet, la phosphorylation d’ULK1 par AMPK au niveau de sa Ser555 régule son recrutement au niveau des mitochondries endommagées permettant ainsi leur dégradation par mitophagie (Tian et al., 2015).