Endosome de recyclage, Rab11 et les Rab11-FIPs

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Lors de l’entrée des cellules en mitose, les cellules s’arrondissent, menant à une réduction dramatique de la surface de la membrane plasmique. Il semble que cette réduction soit causée en partie par une diminution de la fusion du RE avec la membrane plasmique, sans changement dans le taux général d’endocytose (Boucrot and Kirchhausen 2007). Le transport de vésicule du RE et la fusion de ces vésicules avec la membrane plasmique reprend lors de la cytocinèse, menant à la récupération de la surface totale de la membrane plasmique des cellules filles (Boucrot and Kirchhausen 2007). La fusion des vésicules provenant du RE avec la membrane plasmique en cytocinèse semble importante puisque leur inhibition mène à des défauts de cytocinèse (Low, Li et al. 2003, Boucrot and Kirchhausen 2007, Albertson, Cao et al. 2008).

Rôle de Rab11 et de Nuf lors de la cellularisation de l’embryon de Drosophile

Un modèle d’étude des régulateurs de la cytocinèse est la cellularisation de l’embryon de Drosophile. Lors du développement de l’embryon de la Drosophile, il y a d’abord des séries rapides de divisions cellulaires sans cytocinèse. Tous les noyaux partagent ainsi le même cytoplasme, produisant un syncytium. Le syncytium subit ensuite un processus de formation cellulaire, c’est-à-dire que chacun des noyaux sera entouré d’une membrane plasmique. Ce processus est appelé « cellularisation » et nécessite des réarrangements du cytosquelette d’actine et de microtubule, fait intervenir plusieurs régulateurs clés de la cytocinèse (Mazumdar and Mazumdar 2002) et requiert le trafic vésiculaire dépendent de Rab11.

Différentes études du laboratoire du Dr Sullivan suggèrent que Nuf, conjointement avec Rab11, régule la dynamique de l’actine lors de la cellularisation de l’embryon de Drosophile. D’abord, Nuf et Rab11 se retrouvent au RE péricentrosomal dépendamment de la liaison de Nuf à la dynéine (Riggs, Fasulo et al. 2007). Des embryons de Drosophile mutants pour Nuf ou Rab11 échouent à former un sillon de clivage lors de la cellularisation, et cause des défauts sévères d’organisation de l’actine et des défauts d’intégrité de la membrane (Riggs, Rothwell et al. 2003). Certaines évidences suggèrent que Nuf régule la distribution de la RhoGEF2 lors de la cellularisation et agit ainsi dans la voie de signalisation de Rho1 (RhoA chez les mammifères) (Cao, Albertson et al. 2008). L’activation spécifique de la petite GTPase

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Rho1, en une zone préétablie de la membrane plasmique spécifie la zone de contraction ainsi que l’assemblage de l’anneau de contraction (Prokopenko, Brumby et al. 1999, Kimura, Tsuji et al. 2000, Tolliday, VerPlank et al. 2002).

Rab11 et FIP3 lors de la cytocinèse de cellules en culture

Dans les cellules humaines, des résultats du groupe du Dr Prekeris montrent que Rab11 et FIP3 régulent la cytocinèse tardive (Wilson, Fielding et al. 2005). D’abord, Wilson et al. montre qu’entre 20 et 30% des cellules déplétées en Rab11 ou en FIP3 présentent de la binucléation et que le temps d’abscission de ces cellules est significativement augmenté. Cet article montre aussi que des vésicules FIP3 se déplacent du RE péricentrosomal jusqu’au sillon de clivage/midbody lors de la cytocinèse. Il est intéressant de noter que bien que Rab11 soit nécessaire pour recruter FIP3 sur les membranes, un mutant de FIP3 qui ne lie pas Rab11 est tout de même recruté au midbody (Wilson, Fielding et al. 2005).

Fielding et al. démontrent ensuite une nouvelle interaction entre les FIPs de classe II et Arf6, et montrent que Rab11 et Arf6 peuvent lier simultanément FIP3 ou FIP4. Ils observent que Arf6 est nécessaire au recrutement de FIP3 et Rab11 au midbody par sa liaison au membre de l’exocyste Exo70p, qui est lui-même localisé au midbody (Fielding, Schonteich et al. 2005). Il avait déjà été suggéré que Arf6 interagisse avec le complexe de l’exocyste au midbody (Prigent, Dubois et al. 2003, Gromley, Yeaman et al. 2005).

Schiel et al. identifient ensuite les différents cargos acheminés au midbody par les endosomes FIP3 lors de la cytocinèse tardive (Schiel, Simon et al. 2012). Les auteurs se sont intéressés aux différentes protéines appelées secretory carrier membrane proteins (SCAMPs, 5 protéines chez l’humain, un orthologue chez la Drosophile), de par la capacité de SCAMP3 à lier TSG101 (Aoh, Castle et al. 2009), un membre du complexe de l’exocyste, et de par la localisation endosomale des protéines SCAMPs (Castle and Castle 2005). Les auteurs montrent que SCAMP2 est localisée au pont intercellulaire dépendamment de FIP3 et que 4 à 10% des cellules au sein de la population totale montrent de la binucléation suivant la co- déplétion de SCAMP2et de SCAMP3. En procédant ensuite à une immunoprécipitation de vésicules FIP3 suivie de spectrométrie de masse pour identifier les protéines contenues dans ces vésicules, les auteurs ont identifié la protéine p50RhoGAP. Ils ont par la suite observé que

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p50RhoGAP distribue de façon FIP3 dépendante au midbody et que sa déplétion mène à des défauts de cytocinèse de l’ordre de 8 à 12% au sein de la population totale. Enfin, les auteurs montrent que les protéines SCAMP2-3 et p50RhoGAP sont nécessaires pour dépolymériser les filaments d’actine lors de la cytocinèse tardive. Ces filaments d’actine présents dans le pont intercellulaire doivent être dépolymérisés afin de permettre le recrutement du complexe ESCRT au midbody (Schiel, Simon et al. 2012). Le complexe ESCRT est indispensable pour l’étape finale d’abscission (Guizetti, Schermelleh et al. 2011).

Le complexe du centralspindlin serait impliqué lors du trafic vésiculaire

Le centralspindlin est un complexe hétérotétramérique composé de deux molécules de la kinésine-6, MKLP1 (ou Pavarotti -Pav- chez la Drosophile), et de deux molécules de MgcRacGAP, comprenant un domaine GAP prédit pour cibler les membres de la famille des Rho (Mishima, Kaitna et al. 2002, Mishima, Pavicic et al. 2004, Pavicic-Kaltenbrunner, Mishima et al. 2007). Le centralspindlin régule l’activation spécifique de RhoA dans la zone de contraction préétablie en mobilisant la RhoGEF Ect2 (Tatsumoto, Xie et al. 1999, Yuce, Piekny et al. 2005, Nishimura and Yonemura 2006, Hutterer, Glotzer et al. 2009), régule l’assemblage de l’anneau de contraction (Zhao and Fang 2005, D'Avino, Takeda et al. 2008) et l’activité kinésine de MKLP1 est essentiel à la formation du fuseau central (Mishima, Kaitna et al. 2002). Certains régulateurs de la cytocinèse, dont Nesd chez la Drosophile et son orthologue SHBCP1 chez l’humain, peuvent lier les membres du centralspindlin (Montembault, Zhang et al. 2010, Asano, Hasegawa et al. 2014).

Le groupe de Prekeris a montré que MgcRacGAP lie directement FIP3, indépendamment de la liaison de FIP3 à Rab11 ou à Arf6, et que cette interaction a lieu principalement en fin de cytocinèse. La déplétion de MKLP1 abolit le recrutement de FIP3 au midbody. Puisque Ect-2 possède une affinité plus grande pour MgcRacGAP que FIP3, il a été suggéré que FIP3 serait recrutée au midbody par MgcRacGAP suivant le départ de Ect2 du midbody (Simon, Schonteich et al. 2008).

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Chez la Drosophile, la division méiotique des spermatocytes est un modèle d’étude de la cytocinèse. Rab11 est un régulateur clé de la cytocinèse des spermatocytes et des pertes de fonction de rab11 mènent à des défauts de cytocinèse de l’ordre de 15 à 40%, dépendamment des allèles de rab11 utilisés. Rab11 est enrichie au Golgi (et non dans une population RE pericentrosomale) et au sillon de clivage lors de la cytocinèse. Une perte de fonction de rab11 affecte principalement la stabilité du pont intercellulaire et la distribution de vésicules dérivées du Golgi. La distribution de Rab11 au sillon de clivage est dépendante de sa liaison à son effecteur Fwd (Giansanti, Belloni et al. 2007). Rab11 colocalise avec Fwd sur les membranes du Golgi. Fwd est nécessaire pour l’enrichissement des vésicules Rab11 en PtdIns4P et Rab11 régule le transport de ces vésicules au sillon de clivage. Rab11 régule la cytocinèse en aval de Fwd, tel que démontré par des interactions génétiques entre fwd et rab11 (Polevoy, Wei et al. 2009).

GOLPH3, un effecteur de Rab11, localise sur des membranes enrichies en PtdIns4P chez les spermatocytes et une perte de fonction de GOLPH3 mène à des défauts de cytocinèse. GOLPH3 stabilise le sillon de clivage et régule en partie la localisation du complexe du centralspindlin et de Rab11 en interagissant avec Pav et avec Rab11 (Sechi, Colotti et al. 2014).

Une mutation dans le gène brunelleschi (bru), soit une sous-unité du complexe TRAPPII, mène à des défauts de cytocinèse chez les spermatocytes. bru et rab11 interagissent génétiquement et une perte de fonction de bru empêche la distribution de Rab11 au sillon de clivage. bru interagit génétiquement aussi avec fwd, suggérant que bru participe au déplacement de membrane entre le Golgi et le sillon de clivage (Robinett, Giansanti et al. 2009) (Table 1.III).

FIPs de classe I

Bien que le rôle des Rab11-FIPs de classe II lors de la cytocinèse a été démontré dans différents modèles cellulaires, aucune étude n’a montré de fonction pour les Rab11-FIPs de classe I dans ce processus cellulaire. Il a toutefois été observé que FIP5 localise au midbody lors de la cytocinèse des cellules MDCK (Madin-Darby canine kidney) (Li, Mangan et al. 2014).

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Table 1.III : Sommaire des protéines régulant la distribution de Rab11 et leur localisation subcellulaire, leur fonction cellulaire et le taux de bi ou multinucléation associé à leur perte de

fonction sont indiqués.

Protéine Localisation Fonction Défaut de

cytocinèse Ref. Fwd Golgi Phosphatidylinositol 4-_kinase ~100%

(Polevoy, Wei et al.

2009) GOLPH3 Golgi Trafic membranaire _{depuis le Golgi} >70%

(Sechi, Colotti et al.

2014)

Bru Golgi Trafic membranaire

depuis le Golgi >80%

(Robinett, Giansanti et

al. 2009) Arf6 Endosome, membrane

plasmique, midbody Trafic membranaire >80%

(Dyer, Rebollo et

al. 2007) Pavarotti Fuseau central, midbody Membre du complexe

centralspindlin >75%

(Goshima and Vale

2003)