De l’assemblage des vésicules jusqu’à leur fusion

Il est important de rappeler les nombreuses étapes du trafic vésiculaire afin de situer les Rabs dans ce processus cellulaire.

1.1.3.1. Manteau protéique des vésicules

La plupart des vésicules bourgeonnent d’un domaine spécialisé d’une membrane en s’entourant d’un manteau protéique. Ce manteau protéique sert premièrement à concentrer les protéines membranaires en une région spécialisée qui formera ensuite la membrane de la vésicule de transport. Deuxièmement, ce manteau moule la vésicule en devenir. En effet, les protéines du manteau forment généralement un treillis courbé ressemblant à un ballon de soccer (Brodsky 2012).

Il y a trois classes de manteau protéique, soit la i) clathrine (Pearse 1976), ii) COPI (cytosolic coatomer complex I) (Letourneur, Gaynor et al. 1994) et iii) COPII (cytosolic coatomer complex II) (Barlowe, Orci et al. 1994). Alors que les manteaux à base de COPI ou COPII interviennent plutôt dans le transport de vésicule du E.R. et entre les membranes du Golgi, les manteaux à base de clathrine se retrouvent généralement sur les vésicules émanant du TGN ou de la voie d’endocytose (Brodsky 2012).

1.1.3.2. La famille des Arfs contrôle l’assemblage du manteau protéique Les Arfs régulent l’assemblage des manteaux à base de clathrine et de COPI (Donaldson, Kahn et al. 1991), alors que Sar1 régule plutôt l’assemblage des manteaux à base de COPII (Barlowe, Orci et al. 1994). Lorsqu’une vésicule est en développement sur une membrane, une Arf-GEF présente à la membrane active sa Arf cible. L’activation des Arfs permet à ces protéines de s’ancrer fermement à la membrane via une hélice amphipatique en N-terminal et de recruter les protéines du manteau via différents mécanismes cellulaires selon la Arf impliquée (Gillingham and Munro 2007).

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1.1.3.3. Les phosphatidylinositols identifient certains organites et certains domaines membranaires

La famille des phospholipides membranaires dérivés du phosphatidylinositol (Ptdln), appelée phospho-inositides (PIPs), accomplit plusieurs importantes fonctions cellulaires. Les Ptdlns peuvent suivre des cycles rapides de phosphorylation et de déphosphorylation aux positions 3’, 4’ et 5’ sur leur groupement inositol pour produire différentes classes de PIPs. La distribution de PIPs varie d’un organite à l’autre, et parfois même d’une région à l’autre sur une membrane continue. Les PIPs influencent le trafic vésiculaire en recrutant différentes protéines régulatrices du trafic vésiculaire qui possèdent des domaines de liaison à une classe de PIP particulière (Bohdanowicz and Grinstein 2013). Par exemple, dans la voie d’endocytose, les PIPs phosphorylés aux résidus 4’ et 5’ de leur groupement inositol, appelés PtdIns(4,5)P2, recrutent des protéines accessoires essentielles au recrutement de la clathrine

(Rohde, Wenzel et al. 2002).

1.1.3.4. La dynamine régule le bourgeonnement des vésicules

Lorsque les vésicules à manteau de clathrine se forment sur la membrane, il y a recrutement de la protéine soluble à activité GTPase, la dynamine, qui s’assemble tel un anneau autour du cou de la vésicule en formation à l’aide de son domaine de liaison au PtdIns(4,5)P2 (Grinstein, Yelin et al. 2013). La dynamine promeut la fission de la membrane

dont le mode d’action reste toujours à élucider. La vésicule détachée de la membrane perd rapidement son manteau de clathrine (Brodsky 2012).

1.1.3.5. Implication des Rabs depuis le bourgeonnement des vésicules jusqu’à leur fusion à la membrane cible du compartiment receveur Vu la diversité et l’omniprésence de membrane dans la cellule, les vésicules de transport doivent être très sélectives dans la reconnaissance de la membrane cible du compartiment receveur et cette sélectivité est assurée, entre autres, par les Rabs et leurs effecteurs.

Il est généralement admis que chacune des Rabs régule une route de transport précise (Bhuin and Roy 2014). Par exemple, la voie d’endocytose fait intervenir plusieurs Rabs

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différentes. Rab5 est impliquée dans l’internalisation de cargos depuis la membrane plasmique et régule le transport de ces cargos jusqu’au EE (Gorvel, Chavrier et al. 1991, Bucci, Parton et al. 1992). De son côté, le remplacement de Rab5 par Rab7 est important pour la maturation du EE en LE (Rink, Ghigo et al. 2005, Poteryaev, Datta et al. 2010). Rab4 et Rab35 régulent le recyclage rapide de cargo depuis le EE jusqu’à la membrane plasmique (van der Sluijs, Hull et al. 1992, Marat and McPherson 2010). Pour sa part, Rab11 est localisée au RE et au TGN et régule le transport de vésicule du RE à la membrane plasmique, du TGN au RE ou du TGN à la membrane plasmique (Urbe, Huber et al. 1993, Ullrich, Reinsch et al. 1996, Casanova, Wang et al. 1999). Rab14 régule un compartiment endosomal impliqué dans le recyclage de cargo à la membrane plasmique, distinct du compartiment Rab11 (Linford, Yoshimura et al. 2012).

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Figure 1.3 : Illustration du rôle de certaines Rabs lors du trafic vésiculaire. Rab11, qui fait l’objet de cette thèse, est illustré en rouge.

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Les Rabs influencent et régulent plusieurs étapes du trafic vésiculaire selon le type d’effecteur que ces Rabs recrutent.

i) D’abord, des évidences montrent que les Rabs peuvent concentrer et séquestrer les cargos à la membrane du compartiment donneur avant l’invagination de la vésicule (Diaz and Pfeffer 1998, McLauchlan, Newell et al. 1998).

ii) Certains effecteurs des Rabs sont des moteurs moléculaires qui assurent le mouvement des vésicules sur le cytosquelette d’actine ou de microtubule jusqu’à la membrane cible. Dans d’autres cas, les effecteurs permettent de faire le pont entre une Rab et un moteur moléculaire (Lapierre, Kumar et al. 2001, Hales, Vaerman et al. 2002, Li, Satoh et al. 2007).

iii) D’autres effecteurs des Rabs sont des facteurs d’arrimage (tethering factor). L’arrimage des vésicules est défini comme la connexion initiale depuis un long trajet entre une vésicule de transport et la membrane cible (Cao, Ballew et al. 1998). Cette étape permet de capturer et stabiliser les vésicules avant leur fusion prochaine avec la membrane du compartiment receveur. Aussi, l’arrimage est impliqué dans la spécificité des routes à suivre, puisque les Rabs lient un facteur d’arrimage particulier sur la membrane cible. Les facteurs d’arrimage peuvent être divisés en deux catégories : les protéines avec de longs coiled-coil et les larges complexes multiprotéiques (exocyste) (Heider and Munson 2012).

iv) Il a été suggéré que les Rabs soient impliquées dans le processus de fusion des vésicules en interagissant directement ou indirectement avec le complexe SNARE (Sogaard, Tani et al. 1994).

1.1.3.6. Le complexe SNARE promeut la fusion membranaire

Lorsqu’une vésicule de transport est stabilisée sur la membrane cible, cette vésicule libère son contenu par fusion membranaire. Les protéines du complexe SNARE (soluble NSF[N-ethylmaleimide-sensitive factor] attachment protein receptors) catalysent les réactions de fusion entre les membranes en rapprochant les bicouches des membranes plasmiques et vésiculaires, telles des fermetures éclair. Les SNARES associées aux vésicules (v-SNAREs) et les SNAREs à la membrane cible (t-SNAREs) forment un complexe appelé trans-SNAREs qui permet la fusion finale entre la vésicule et la membrane de l’organite (Sollner, Bennett et al.

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1993, Sollner, Whiteheart et al. 1993). Aussi, ces protéines apportent une couche supplémentaire de spécificité lors du transport vésiculaire en s’assurant que seules les vésicules ayant amerri à la membrane cible appropriée puissent fusionner. Il y a au moins 35 protéines de ce complexe dans les cellules des mammifères, et toutes sont associées à un organite spécifique des voies d’exocytose ou d’endocytose (Sudhof and Rothman 2009).