Caractéristiques des voies d’endocytose

La voie la mieux caractérisée est l’endocytose dépendante de la clathrine dont la définiton morphologique est l’observation au niveau de la membrane des vésicules d’une couche dense aux électrons constituée d’un réseau géométrique organisé de molécules de clathrine et d’adaptateurs. D’autres protéines sont impliquées dans la régulation de la formation des puits, notamment Eps15. Le récepteur de la transferrine est un exemple de protéine internalisée par la voie clathrine et la transferrine peut donc être utilisée comme sonde de cette voie. Ainsi, une mutation particulière sur Eps15 conduit à l’inhibition de l’endocytose de la transferrine médiée par récepteur. C’est le premier dominant négatif identifié pour cette voie (Mayor and Pagano, 2007)..

La dynamine est une protéine impliquée, directement ou non, dans le pincement de la membrane avant la fission des vésicules. Elle est donc impliquée dans la voie dépendante de la clathrine, mais également dans d’autres voies d’endocytose (cavéoles et d’autres) et interagit avec de nombreux partenaires, notamment le cytosquelette d’actine (cf . Fig. 45). L’expression d’un dominant négatif de la dynamine (K44A) empêche donc l’entrée de ligands par les voies dépendantes de la clathrine et des cavéoles. De plus, l’expression d’un mutant négatif de l’intersectine, une protéine d’échafaudage régulant la formation des vésicules couvertes par la clathrine et qui interagit avec la dynamine, inhibe la voie d’entrée dépendante de la clathrine.

3.2.2.2.2 Les voies indépendantes de la clathrine mais dépendantes de la dynamine

Parmi les voies indépendantes de la clathrine, on peut distinguer celles qui sont dépendantes de la dynamine de celles qui ne le sont pas. Au sein de ces deux groupes, l’implication de certaines petites GTPases permet de distinguer plusieurs sous-groupes (cf. Fig. 46). La classification en voies « régulées » par Cdc42, RhoA et ARF6 est basée sur le fait que l’interférence dans l’activité des différentes GTPases affecte l’internalisation des marqueurs d’une des voies d’endocytose indépendantes de la clathrine (cf. Tab. 8). Ce qui ne veut pas dire qu’une certaine GTPase est impliquée dans un mécanisme particulier d’endocytose. En effet, ces voies ont été définies à l’origine par des mutants de ces GTPases qui sont susceptibles d’affecter de nombreux processus cellulaires (Mayor and Pagano, 2007).

L’endocytose dans des cavéoles est sans doute la voie dépendante de la dynamine la mieux détaillée. Les cavéoles sont caractérisées par la présence d’une protéine, la cavéoline-1, qui lie le cholestérol. La dynamine est impliquée dans le détachement des cavéoles de la membrane. Des analyses biochimiques et protéomiques ont montré que la membrane des cavéoles est enrichie en sphyngolipides et en cholestérol, en protéines de signalisation et en protéines ancrées au GPI regroupées (Mayor and Pagano, 2007). Cette voie est donc caractérisée par la présence de cavéoline-1, la localisation dans les DRMs et est dépendante de la dynamine. Les cavéoles sont des structures relativement stationnaires et leur internalisation est en général induite. Les molécules cargo des cavéoles sont très divers (lipides, protéines, pathogènes,…) et les mêmes cargo peuvent être internalisés par divers mécanismes selon les types cellulaires ou les conditions. Ceci suggère l’existence de mécanismes d’endocytose redondants pouvant être utilisés par certaines molécules cargo.

Mécanismes d’endocytose indépendants de la clathrine Inhibiteurs ou protéines de

dominants négatifs (DN)

Cavéoles Régulé par RhoA

Régulé par Cdc42

Régulé par Arf6 DN de la Dynamine-2 (K44A) Inhibe Inhibe Pas d’effet Pas d’effet

DN de ARF6 ND ND Pas d’effet Inhibe

Déplétion du cholestérol Inhibe ND Inhibe Inhibe

Modification de la polymérisation de l’actine (LatA, CytoD, Jas)

Inhibe Inhibe Inhibe Inhibe

Toxine B de C. difficile Pas d’effet Inhibe Inhibe ND

DN de RhoA Pas d’effet Inhibe Pas d’effet ND

DN de CDC42 Pas d’effet Pas d’effet Inhibe ND

Tab. 8 Tableau récapitulatif des caractéristiques des mécansimes d’endocytose indépendants de la clathrine. AP-180 : adaptator protein-180 ; ARF6 : ADP-ribosylation Factor 6 ; CDC42 : cell-division cycle-42 ; CytoD : cytochalasine D ; DN : dominant négatif ; Jas : jasplakinolide ; LatA : latrunculine  ND : non déterminé . Adapté de (Mayor and Pagano, 2007).

Fig. 46 Schéma des critères de classification des mécanismes d’endocytose. D’après (Mayor and Pagano, 2007).

Composition lipidique Cholestérol

Composants des rafts Sphyngolipides

Mécanisme de fission Dynamine

Dépendant des lipides

GTPases Cdc42 Arf6 RhoA Composants du manteau Clathrine Cavéoline Adaptateurs Régulation Kinases Phosphatases Ubiquitylation Cytosquelette d’actine Actine

Protéines se liant à l’actine Protéines régulant l’actine Cargo Ligand, Récépteur Fluide Protéines ancrées au GPI Molécules d’adhésion Toxine Virus, Bactérie

Un deuxième mécanisme d’endocytose indépendant de la clathrine est une voie dépendante de la petite GTPase RhoA. Cette voie a été découverte en étudiant l’internalisation de la chaîne β du récepteur de l’interleukine-2 (IL-2R-β), mais elle est également utilisée lors de l’internalisation d’autres protéines dans des cellules immunitaires ou des fibroblastes (Lamaze

et al., 2001).

3.2.2.2.3 Les voies indépendantes de la clathrine et de la dynamine

Une voie indépendante de clathrine et de la dynamine a été identifiée suite à l’observation des effets de l’expression d’un mutant de la dynamine-1 dans les cellules Hela, le blocage de l’endocytose médiée par récepteur et une augmentation de l’entrée par phase fluide via un processus indépendant de la clathrine et de la dynamine. Un caractère commun des voies indépendantes de la dynamine semble être l’implication des petites GTPases, soit un membre de la famille Rho (Cdc42), soit un membre de la famille Arf (Arf6) (Mayor and Pagano, 2007).

Le rôle de Cdc42 dans l’endocytose indépendante de la dynamine a été mis en évidence pour la première fois lors de l’étude des effets d’un inhibiteur de RhoGTPases, la toxine B de

Clostridium difficile, et des effets de l’expression d’un dominant négatif de Cdc42 sur

l’internalisation de protéines ancrées au GPI. Cette voie est notamment utilisée par la toxine cholérique (en plus de la voie clathrine et des cavéoles), par la toxine vacuolisante VacA d’Helicobacter pylori et par une protéine végétale, la ricine, et représente le mécanisme principal d’internalisation par phase fluide dans de nombreux types cellulaires.

Le rôle de Arf6 a été suggéré dans l’endocytose indépendante de la clathrine et de la dynamine de plusieurs protéines, notamment les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I), de l’intégrine β, de la carboxypeptidase A (CPE), de la E-cadhérine et des protéines ancrées au GPI. Cependant, il faut noter que le rôle direct de Arf6 dans l’internalisation n’a pas été explicitement établi (Mayor and Pagano, 2007).

Par ailleurs, l’internalisation de certaines toxines fait intervenir plusieurs voies d’entrée ou un combinaison de celles-ci. Ainsi, la toxine cholérique et la toxine Shiga se lient à des récepteurs glycolipidiques (GM1 et Gb3 respectivement) qui sont associés aux DRMs mais

elles sont internalisées dans des vésicules couvertes de clathrine et aussi dans des voies indépendantes de la clathrine. Il se peut donc que des microdomaines membranaires puissent recruter la clathrine selon la protéine cargo. Si plusieurs voies d’entrée d’une toxine peuvent co-exister, dans certains cas seules certaines vont permettre à la toxine d’exercer son activité. Les voies ne sont donc pas forcément fonctionnellement équivalentes. Ainsi, dans le cas de la toxine cholérique, les traitements inhibant la voie dépendante de la clathrine n’a que peu d’effet sur son activité intracellulaire (inhibition de la synthèse protéique) alors que les traitements inhibant l’endocytose indépendante de la clathrine ont un effet notable sur celle-ci (Lamaze et al., 2001).

Une multitude de cargo (ligand, récepteur, fluide, toxines,…) peut être internalisée dans différentes voies d’endocytose qui sont caractérisées par de nombreux paramètres, comme la nature de la composition lipidique du domaine membranaire (lipid rafts ou non), la composition du manteau couvrant les vésicules (clathrine, cavéoline,…), le cytosquelette d’actine et les RhoGTPases impliquées (Cdc42, Arf6, RhoA), le mécanisme de fission (dépendant de la dynamine ou non) (cf. Fig. 46). Certaines voies, comme l’endocytose dépendante de la clathrine, sont maintenant bien connues, mais certaines voies indépendantes de la clathrine commencent seulement à être caractérisées et il en existe probablement d’autres. De plus, plusieurs mécanismes d’endocytose d’un même cargo peuvent exister dans différents systèmes cellulaires ou dans différentes conditions.

Fig. 47 Schéma du cycle des vésicules synaptiques dans les terminaisons nerveuses. Les voies « longues » de recyclage sont dépendantes de la clathrine et comprennent une voie directe (a, bleu clair) et peut-être une voie indirecte (b, bleu foncé) passant par les endosomes précoces. Les voies rapides de recyclage feraient intervenir deux mécanismes, « kiss and run » et « kiss and stay ». D’après (Danglot and Galli, 2007).

Fig. 49 Schéma de l’internalisation de TeNT (en vert) au niveau des terminaisons nerveuses cholinergiques périphériques, de son transport rétrograde axonal, et de sa migration transynaptique vers les neurones inhibiteurs cibles. D’après (Lalli et al., 2003)

Neurone moteur Neurone inhibiteur Neurotoxines internalisées Jonction neuro-musculaire Transport rétrograde axonal TeNT TeNT BoNTs transcytose