Formation des vésicules intra-luminales (ILV) des endosomes

La formation des ILV qui est une caractéristique des endosomes (endosome multivésiculé) est sous la dépendance d’une machinerie moléculaire spécialisée et très conservée à travers les espèces, les complexes ESCRT.

1.3.2.1 Découverte des ESCRT

Figure 30 : L’ubiquitination adresse les protéines membranaires vers la voie de dégradation Les récepteurs membranaires endocytés vont être ubiquitinés sur leur partie cytoplasmique, ils seront alors pris en charge par les complexes ESCRT, incorporés au sein des ILV et dégradés au niveau du lysosome. Adapté de Schmidt and Teis, 2012

57 Des études menées chez saccharomyces cerevisae ont conduit à l’identification de gènes impliqués dans l’adressage des protéines à la vacuole (équivalent du lysosome chez les mammifères) (Rothman and Stevens, 1986). Une cinquantaine de mutants impliqués dans le trafic endocytaire, appelés Vps (Vacuolar protein sorting) ont pu être classés en sous famille (Bryant and Stevens, 1998). En 1992, l’équipe de Raymond remarqua qu’une partie de ces mutants induisaient l’accumulation d’endosomes tardifs aberrants. Ce phénomène était dû à un défaut de formation des endosomes multivésiculés (EMV), qui furent appelés compartiments de classe E. L’absence de vésicules dans les endosomes de classe E a permis d’établir le lien entre la formation des ILV et la dégradation des cargos. Les protéines associées ont été appelées Vps de classe E et sont au nombre de 17. Ces Vps de classe E sont impliquées dans le transport des protéines destinées à la vacuole et plus particulièrement dans leur adressage dans les ILV ainsi que dans la formation des ILV. Les Vps de classe E sont conservées depuis la levure jusqu’aux mammifères et la plupart font partie de la machinerie de transport endosomal ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) (Table 2).

58 Table 2: Nomenclature des protéines ESCRT chez la levure et les mammifères. Adapté de Hanson et Cashikar 2012

1.3.2.2 Mécanisme de formation des ILV par les ESCRT

Comme je l’ai précédemment mentionné, les récepteurs endocytés ubiquitinés sont incorporés dans les ILV. Ce mécanisme particulier de bourgeonnement s’opère depuis le cytosol vers la lumière de l’endosome et est sous la dépendance de la machinerie moléculaire ESCRT.

Cette famille de protéines est composée de quatre complexes protéiques, nommés en fonction de leur ordre de recrutement : ESCRT-0 (Katzmann et al., 2003), ESCRT-I (Katzmann et al., 2001), ESCRT-II (Babst et al., 2002) et ESCRT-III (Babst et al., 2002) (Figure 31). Les autres Vps de classe E sont des protéines accessoires des complexes ESCRT qui permettent leur

59 recrutement comme Bro1 (Alix chez les mammifères), ou leur désassemblage comme la protéine chaperonne AAA ATPase Vps4 (Babst et al., 1997).

La formation des ILV a lieu dès l’endosome précoce et est initiée par le complexe ESCRT-0, composé des protéines STAM (Signal Transducing Adaptor Molecule)/Hse1 et Hrs (Hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrat)/Vps27. La protéine Hrs est recrutée sur la partie cytoplasmique ubiquitinée du récepteur transmembranaire via un domaine d’interaction à l’ubiquitine. Hrs reconnait également le PI3P à la membrane de l’endosome via un domaine FYVE. Enfin, la queue C-terminale d’Hrs contient un domaine de liaison avec Tsg101 (Tumor susceptibility gene 101)(Bache et al., 2003) et transfère ainsi la partie ubiquitinée de la protéine à dégrader sur le complexe ESCRT-I composé des protéines TSG101, Vps 28, Vps 37 et MVB 12 (Katzmann et al., 2001 ; Chu et al., 2006; Morita et al., 2007). Les protéines cargo ubiquitinées passent ensuite d’ESCRT-I à ESCRT-II, qui est formé des protéines Vps36, Vps22 et Vps25, nous avons à ce stade un bourgeon vésiculaire. Ce complexe ESCRT-II permet de faire le lien (via Vps 25) entre ESCRT-I et ESCRT-III. Le complexe ESCRT-III est quant à lui constitué des protéines Vps20, Vps24, Vps2 (CHMP2 A/B chez les mammifères), et Vps32/SNF7 (Sucrose Non Fermenting) (CHMP4 A/B/C chez le mammifères). Ce complexe possède la capacité de fission de l’ ILV en cours de formation. En effet, lorsque le complexe ESCRT-III est associé à la membrane endosomale, il permet, en polymérisant, le rapprochement des feuillets de la bicouche lipidique et donc la fission et l’individualisation de la vésicule. La dissociation du complexe ESCRT-III est nécessaire pour que la fission de la vésicule puisse avoir lieu (et soit libérée dans la lumière de l’endosome), cette fonction est assurée par l’ ATP-ase Vps4.

60 1.3.2.3 Formation des ILV par le LBPA

Le LBPA (Lyso BiphosPhatidic Acid) est un phospholipide non conventionnel enrichie dans les endosomes multivésiculés (EMV) (Kobayashi et al., 1998). Le LBPA a été impliqué dans la formation des ILV puisque l’utilisation d’anticorps dirigés contre ce lipide, bloque la formation des ILV et désorganise la morphologie des EMV (Kobayashi et al., 1998). De plus, in vitro, des liposomes acides préparés à partir de LBPA forment spontanément des ILV analogues aux vésicules observées dans les EMV (Matsuo et al., 2004). La protéine accessoire des complexes ESCRT, Alix, est impliquée dans la formation des ILV dépendante du LBPA (Matsuo et al., 2004). Ces travaux suggèrent que l’enrichissement en LBPA au niveau des endosomes permet un processus de vésiculation à l’origine de la formation d’une population d’EMV.

Plus récemment, le LBPA a été impliqué dans le processus de back-fusion permettant aux ILV, de fusionner avec la membrane de l’EMV et de libérer le contenu dans le cytosol. Ce mécanisme permet ainsi au contenu de l’ILV d’échapper à la dégradation dans le lysosome. Ce processus de back-fusion, utilisé par certains virus pour infecter la cellule hôte, serait étroitement contrôlé par le LBPA et la protéine Alix (Alg-2 Interacting protein X) de façon calcium dépendante (Bissig et al., 2013). Alix interagirait de façon calcium dépendante, avec

Figure 31 : Formation des endosomes multivésiculés par la machinerie ESCRT

Représentation schématique de l’assemblage séquentiel des complexes ESCRT sur la face cytosolique de la membrane endosomale. Les complexes ESCRT sont recrutés par un signal ubiquitine sur les cargos à dégrader. Ces complexes permettent à la fois la prise en charge des cargos à dégrader et leur internalisation dans des ILV. Le complexe ESCRT-0 qui reconnait le récepteur ubiquitiné n’est pas représenté sur ce schéma. Adapté de Gruenberg and Stenmark, 2004.

61 le LBPA, via une boucle flexible hydrophobe qui change de conformation quand Alix s’associe à la membrane de l’endosome (Bissig et al., 2013). L’association d’Alix avec CHMP4 serait aussi impliquée dans la régulation de ce processus de back-fusion (Bissig et al., 2013).