La formation des corps multivésiculés au cours de la voie endolysosomale

a) La voie endolysosomale

L’endocytose est un processus fondamental de la vie cellulaire consistant en l’internalisation de portions de la membrane plasmique, de protéines membranaires et de leurs ligands vers des compartiments intracellulaires. Les protéines membranaires sont internalisées vers des endosomes soit de façon constitutive, comme dans le cas des récepteurs impliqués dans l’approvisionnement cellulaire en nutriments tels que le récepteur à la transferrine, soit de façon induite par la liaison de leurs ligands, comme dans le cas des récepteurs de mort ou les récepteurs de type tyrosine kinase. La voie majeure d’internalisation des protéines membranaires est la voie dite dépendante de la clathrine qui passe par la formation de structures spécialisées à partir de la membrane plasmique. Ces structures sont caractérisées par la présence d’un manteau protéique constitué majoritairement du complexe adaptateur AP-2 et de la clathrine. AP-2 contrôle la polymérisation de la clathrine à la membrane et sélectionne les molécules à internaliser. Les récepteurs endocytés se retrouvent très rapidement au niveau de l’endosome dit précoce (EE : early endosome). C’est à ce niveau que le tri des molécules transmembranaires endocytées se fait. Les molécules peuvent être recyclées à la membrane plasmique ou adressées vers d’autres compartiments cellulaires comme l’appareil de Golgi (TGN : Trans Golgi network) ou des compartiments tardifs de l'endocytose pour y être dégradées. La morphologie tubulo-vésiculaire et l’acidité intra-vésiculaire (pH=6) sont les caractéristiques essentielles de cet endosome précoce. Les molécules destinées à la surface cellulaire sont très rapidement adressées dans le compartiment de recyclage (RE : recycling endosome) tandis que les récepteurs de surface destinés à la dégradation passent dans les compartiments tardifs de la voie endocytaire composés de trois populations endosomales : les corps multivésiculaires (CMV ou MVB : multivesicular body ou encore appelé ECV : endosomal carrier vesicles), les endosomes tardifs (LE : late endosome) et les lysosomes (Mukherjee et al., 1997) (Figure 22). Un signal de tri permettant d’adresser les molécules vers les endosomes de recyclage (RE) ou vers la dégradation est l’ubiquitine puisque seuls les récepteurs de surface ubiquitinylés sont triés et

Figure 22 : La voie endolysosomale (Grunberg et al 2004).

Les molécules internalisées se retrouvent dans un premier dans un compartiment endosomal précoce (EE : early endosome). Les récepteurs « housekeeping » sont recyclés à la membrane directement à partir de ce compartiment ou via les endosomes de recyclage (RE : recycling endosome). Les autres molécules, telles que les récepteurs de signalisation ubiquitinylés, sont incorporés dans des vésicules intraluminales situées dans le compartiment endosomal multivésiculé appelé MVB (Multivesicular Bodies). Les MVB fusionnent ensuite avec les endosomes tardifs (LE: Late endosome). Une partie de ces endosomes tardifs peut fusionner avec l’appareil de Golgi permettant le recyclage de certaines molécules tandis que les autres endosomes tardifs fusionnent avec le lysosome conduisant à la dégradation de ces vésicules intraluminales.

incorporés dans les vésicules intraluminales des corps multivésiculés. Ce compartiment fusionnera avec les endosomes tardifs qui fusionneront à leur tour avec les lysosomes permettant ainsi l’hydrolyse et la destruction de ces protéines (Gruenberg and Stenmark, 2004). L’idée communément admise est que la formation des corps multivésiculés est l’étape qui isole la plateforme de signalisation du récepteur du reste de la cellule et permet d’inactiver la cascade induite par la liaison du ligand au récepteur.

La formation des CMV nécessite trois complexes protéiques hétéroligomériques : ESCRT-I, ESCRT-II et ESCRT-III (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) qui s’associent de façon séquentielle sur la face cytosolique de la membrane endosomale. Ces complexes protéiques permettent la formation de vésicules depuis la membrane endosomale vers la lumière de ce compartiment (Jang et al., 2002) (Katzmann et al., 2002) (Raiborg et al., 2003) (Figure 23).

b) Les ESCRTs

Les protéines composant les complexes ESCRTs ont été initialement décrits chez la levure grâce aux mutants Vps (Vacuolar protein sorting) de classe E. La mutation des protéines Vps empêche le tri des protéines trans-membranaires en provenance de l’appareil de Golgi ou de la membrane plasmique vers la vacuole des levures (équivalent du compartiment lysosomal chez les eucaryotes supérieurs) et conduit à l’apparition d’un compartiment endosomal multi-lamellaire aberrant appelé compartiment de classe E. Des homologues des vps ont été décrits chez plusieurs espèces des nématodes à l’homme ce qui complexifie notablement la classification (Figure 24). 10 des 18 gènes de type classe E codent pour des sous-unités des complexes ESCRTs (Figure 24) (pour revue, (Slagsvold et al., 2006) (van der Goot and Gruenberg, 2006) (Malerod and Stenmark, 2007)).

La première étape de tri des récepteurs est réalisée par un complexe de deux protéines Vps27/Hrs (Hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrat) et Hse1/STAM (Signal Transducing Adaptor Molecule). Cette étape se fait dès l’endosome précoce. Ce complexe, aussi appelé ESCRT 0 est recruté sur les parties cytoplasmiques mono- ou poly-ubiquitinylées de protéines membranaires et qui seront transférées sur le complexe ESCRT-I via l’interaction de Vps27/Hrs avec Vps23 (Li et al., 1999a). ESCRT-I est constitué de trois sous-unités : Vps23 (connu chez les mammifères sous le nom de Tsg101), Vps28 et Vps37. Les cargos protéiques ubiquitinylés passent ensuite du complexe ESCRT-I au complexe

Figure 23 : Les ESCRTs permettent le tri des protéines ubiquitinylées et la formation des corps multivésiculés (Slagsvold et al 2006, Raiborg et al 2003).

A. La première étape de tri des récepteurs est réalisée par un complexe aussi appelé ESCRT-0 composé de deux protéines Vps27/Hrs (Hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrat) et Hse1/STAM (Signal Transducing Adaptor Molecule) dès les endosomes précoces. Ce complexe interagit avec les protéines mono- ou poly-ubiquitinylées et les transfère sur le complexe ESCRT-I via l’interaction de Vps27/Hrs avec Vps23/Tsg101.Le complexe ESCRT-I est constitué de trois sous-unités : Vps23, Vps28 et Vps37. Les cargos protéiques ubiquitinylés passent ensuite du complexe ESCRT-I au complexe ESCRT-II, formé à partir des sous-unités Vps22, Vps25 et Vps36. Le complexe ESCRT-III est enfin recruté sur la membrane endosomale via son interaction avec la sous-unité Vps25 d’ESCRT-II. Le complexe ESCRT-III est constitué de Vps20, Vps24, Vps2, et Vps32. Lorsque le complexe ESCRT-III est associé à la membrane endosomale, il permet son bourgeonnement vers la lumière de l’endosome sous forme de vésicules. C’est la dissociation membranaire du complexe ESCRT-III par l’ATP-ase Vps4 de type AAA qui permet le décrochage des vésicules de la membrane vers la lumière endosomale résultant en une structure de corps multivésiculaires.

B. Les récepteurs protéiques ubiquitinylés, une fois endocytés à la membrane plasmique, sont dirigés depuis les endosomes précoces vers les endosomes de tri. C’est à la surface membranaire de ces endosomes de tri que les complexes ESCRTs sont localisés et permettront la formation des corps multivésiculés (CMV ou MVE).

A

Introduction

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ESCRT-II, formé des protéines Vps36, Vps22 et Vps25. Le complexe ESCRT-III est ensuite recruté sur la membrane endosomale via son interaction avec Vps25 d’ESCRT-II. Le complexe ESCRT-III est constitué de Vps20, Vps24, Vps2, et Vps32/SNF7 (Sucrose Non Fermenting). Vps2 et Vps32 sont aussi appelées respectivement chez les mammifères CHMP2 A/B (CHarged Multivesicular body Protein 2) et CHMP4 A/B/C. Lorsque le complexe ESCRT-III est associé à la membrane endosomale, il permet son bourgeonnement vers la lumière de l’endosome sous forme de vésicules. La dissociation membranaire du complexe ESCRT-III est nécessaire pour que la vésicule en bourgeonnement soit achevée et libérée dans la lumière de l’endosome. C’est une ATP-ase appelée Vps4 qui permet la dissociation du complexe ESCRT-III. Sa mutation entraîne un blocage de la voie endolysosomale (Figure 23) (Fujita et al., 2003).