Formation de vésicules et endocytose

La formation d’une vésicule nécessite la courbure de la membrane. Cette courbure peut se faire par simple compaction de lipides (Römer et al., 2007) mais également à l’aide de protéines dites de manteau telles que la Clathrine, les systèmes COPI/COPII (coat protein),

Figure 33 : Différentes voies d’entrée dans la cellule

Adapté de Major et Pagano, Nature reviews Molecular Cell Biology, 2007

Il existe différentes voies d’entrée dans la cellule comme la phagocytose, la micropinocytose ou l’endocytose. Plusieurs types d’endocytoses ont été décrites en fonction du types de protéines, de manteau ou non, impliquées. Ainsi on distingue l’endocytose Clathrine ou Cavéoline dépendante impliquant toutes deux des protéines de types protéines de manteau ou l’endocytose CLIC/GEEC, RhoA dépendante, Flotiline dépendante ou encore ARF6 dépendante qui n’impliquent pas des protéines de manteau.

49 ESCRTs (endosomal sorting complex required for transport) ou encore le complexe retromère (Brodsky, 2012). Ces protéines sont capables de s’assembler et sont recrutées à la membrane à l’aide de protéines intermédiaires qui interagissent avec des composants membranaires tels que les PIs. L’assemblage des protéines du manteau organise alors les protéines intermédiaires permettant en retour l’accumulation de certains composants membranaires et l’exclusion d’autres composants. La cellule utilise différents types de protéines de manteau en fonction des compartiments en jeu lors du transport des vésicules.

L'endocytose est un des processus du trafic membranaire qui implique la formation d’une vésicule au niveau de la membrane plasmique. Elle permet à la cellule d’internaliser à la fois une molécule située à l’extérieur de la cellule et à la fois des macromolécules ou protéines situées au niveau de la membrane plasmique. Il existe plusieurs moyens pour la cellule d’internaliser des molécules telles que la phagocytose, la micropinocytose ou l’endocytose (Kumari et al., 2010) (Figure 33). De plus, plusieurs types d’endocytose ont été décrits en fonction du type de protéines, de manteau ou non, impliquées. Ainsi on distingue l’endocytose Clathrine ou Cavéoline dépendante (Revues : McMahon and Boucrot, 2011; Parton and Simons, 2007), impliquant toutes deux des protéines de types protéines de manteau ou l’endocytose CLIC/GEEC (clathrin-independent carriers/ GPI-anchored protein enriched endosomal compartment), FEME (fast endophiline mediated endocytosis), RhoA dépendante, Flotiline dépendante ou encore ARF6 dépendante qui n’impliquent pas des protéines de manteau (Boucrot et al., 2014; Kumari et al., 2010; Mayor and Pagano, 2007). La vésicule une fois formée, peut être détachée de la membrane plasmique notamment grâce à l’actine et à la GTPase Dynamine qui s’associe au niveau du cou de la vésicule et permet la fusion des deux bicouches lipidiques et donc la scission de la vésicule (Bonifacino and Glick, 2004; Girao et al., 2008). Après internalisation de la vésicule par endocytose, les protéines de manteau, si elles ont été nécessaires, sont retirées pour permettre la fusion de la vésicule avec l’endosome précoce ou son retour direct à la membrane plasmique.

Les PIs jouent un rôle majeur dans le trafic vésiculaire en recrutant certaines protéines spécifiques en fonction du type de compartiment. Leur action sur le trafic vésiculaire peut être de plus coordonnée avec des GTPases, les protéines RAB. Ainsi, les PIs, dont le PI(4,5)P2, jouent un rôle fondamental dans les processus d’internalisation de molécules tels que l’endocytose. Un exemple bien caractérisé est celui du rôle du PI(4,5)P2 et de la protéine RAB5 dans l’endocytose Clathrine dépendante.

Mécanisme d'internalisation

Effecteur et domaine

de liaison à PI(4,5)P2 ^{Fonction de l'effecteur}

Endocytose Clathrine dépendante

AP2 ^{Adressage du cargo et} recrutement de la Clathrine Epsine (ENTH) ^{Lien entre actine et}

endocytose Amphiphysine

Interagit avec la Dynamine lors de la scission de la vésicule

Intersectine (PH) Régule AP2

AP180/CALM (ANTH) Nuclée la Clathrine Dynamine (PH) Scission de la vésicule Hip1R/Sla2 (ANTH) ^{Lien entre actine et}

endocytose Endocytose

Caveoline dépendante

Dynamine (PH) Scission de la vésicule FEME (fast

endophiline mediated endocytosis)

Dynamine (PH) Scission de la vésicule Endocytose

CLIC/GEEC ^{GRAF1 (PH)}

Interagit avec CDC42, requis pour l'endocytose CLIC/GEEC Macropinocytose N-WASP Forme les “cup“ d'actine

Phagocytose Dynamine (PH)

Extension de la membrane autour de la vésicule phagocytée

Tableau 5 : Les effecteurs de PI(4,5)P2 et leur rôle dans les différents mécanismes d’internalisation de molécule

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a. Le PI(4,5)P2 et les premières étapes d’internalisation de la

vésicule

Le PI(4,5)P2 est impliqué dans de nombreux processus permettant l’internalisation de molécules externes ou membranaires. En effet, il peut être requis pour la phagocytose ou encore la macropinocytose (Croisé et al., 2014) mais également l’endocytose (Tableau 5) en participant aux processus d’endocytose Clathrine (Di Paolo and De Camilli, 2006) ou Cavéoline (Fujita et al., 2009) dépendants. D’autres PIs, tels que le PI(3,4)P2 peuvent également être impliqués dans certains processus endocytiques (Boucrot et al., 2014). Les PIs, servent à recruter certaines protéines effectrices. Dans la majorité des processus, le PI(4,5)P2 est nécessaire au recrutement de la Dynamine (Schink et al., 2016). Cependant, ce dernier recrute également de nombreux effecteurs dans le processus d’endocytose Clathrine dépendant (Schink et al., 2016) notamment la protéine AP2 (Rohde et al., 2002). Les APs (Adaptator Proteins) sont des protéines adaptatrices hétérotétramériques qui se localisent spécifiquement dans certains compartiments vésiculaires et permettent de recruter la Clathrine. Seul AP2 se localise au niveau de la membrane plasmique. Ainsi, après son interaction avec PI(4,5)P2, AP2 recrute la Clathrine au niveau de la membrane plasmique pour permettre l’endocytose (Figure 33). Trois chaines lourdes et trois chaines légères de Clathrine s’associent alors en forme de triskèle pour constituer le manteau de Clathrine qui présente des hexagones et des pentagones caractéristiques (McMahon and Boucrot, 2011). De plus, le PI(4,5)P2 permet également de générer la courbure de la membrane plasmique nécessaire à la formation de la vésicule en recrutant l’Epsine1 (Ford et al., 2001). Notons enfin que l’actine est également importante pendant l’endocytose Clathrine dépendante et est particulièrement nécessaire chez la levure. La polymérisation de l’actine (l’extrémité (+) vers la membrane) permet notamment de stabiliser l’élongation de la vésicule. La polymérisation de l’actine est activée grâce à la Myosine I et WASP qui activent le complexe ARP2/3 et qui sont recrutés au site d’endocytose notamment grâce à la Dynamine et au lipides de la membrane (Granger et al., 2014).