Les hélices de dynamine se resserrent en présence de GTP

Toutes les études expérimentales ont démontré que l’une des principales propriétés de l’hélice de la dynamine est sa capacité à se contracter en présence de GTP. In vivo, l’inhibition de l’activité GTPase de la dynamine par des inhibiteurs ou des mutants, favorise la formation de cous allongés ayant un Figure 29 | Modèle de constriction original pour la scission membranaire par la dynamine.

La dynamine oligomérisée en hélice autour du tube membranaire (A) rétrécit par constriction la bicouche lipidique membranaire, ce qui génère une hémifission du feuillet interne (B). Puis par constriction plus importante, la scission de la membrane est réalisée.

Source : Adaptée de Antonny et al., 2016

Figure 28 | La dynamine entraine la scission du tube lipidique par l’hydrolyse du GTP.

Représentation d’un tubule lipidique fixé aux extrémités (lignes pleines) sur lequel de la dynamine préassemblée est additionnée de GTP entrainant la coupure du tubule. La dynamine se désassemble (têtes de flèches blanches) juste après la scission (site de scission marqué par la ligne en pointillé).

rayon de membrane d’environ 10 nm, en accord avec la taille des hélices en absence de nucléotide (Chen et al., 2004; Danino et al., 2004; Liu et al., 2013; Marks et al., 2001; Roux et al., 2010; Sweitzer and Hinshaw, 1998; Takei et al., 1995). Les tubes membranaires entourés dans l’hélice de dynamine sont plus resserrés pendant l’hydrolyse du GTP ou en présence d’analogues non hydrolysables du GTP (Chen et al., 2004; Danino et al., 2004; Mears et al., 2007; Sundborger and Hinshaw, 2014; Sweitzer and Hinshaw, 1998; Zhang and Hinshaw, 2001). La conformation de l’hélice la plus resserrée est observée avec le mutant K44A de la dynamine qui présente une faible affinité pour le GTP, inhibant partiellement son activité GTPase et donc de fission. Ainsi, avec des concentrations en GTP super saturantes, la dynamine K44A peut être piégée soit dans un état lié au GTP, soit dans un état de transition d’hydrolyse du GTP. Le tube de membrane enveloppé par ce mutant présente un rayon luminal interne de 3,7 nm (Figure 30) (Sundborger and Hinshaw, 2014). Cet état super-restreint est obtenu par assemblage d’une double hélice et est également observé après des réactions de courtes durées contenant de la dynamine de type sauvage et du GTP.

La constriction de l’hélice de dynamine correspond à une torsion de l’hélice autour du tube membranaire qui peut être visualisée par la rotation de billes attachées aux dynamines oligomérisées dans l’hélice (Morlot et al., 2010, 2012), ou encore par observation des structures de cryo-EM qui présentent soit 14 dimères de dynamine par tour en absence de GTP (Chen et al., 2004), 13 dimères avec du GMPPCP (Zhang and Hinshaw, 2001) et 11 dimères avec le mutant K44A en présence de GTP (Sundborger and Hinshaw, 2014). La même activité de torsion pourrait entrainer l’allongement du pas de l’hélice dans le cas où le tube de membrane ne peut pas être resserré (Faelber et al., 2011; Lenz et al., 2008; Marks et al., 2001; Stowell et al., 1999). Dans le filament hélicoïdal, les domaines G des échelons voisins sont disposés de telle sorte que leurs sites de liaison nucléotidique sont situés en face Figure 30 | Reconstruction 3D de tubules lipidiques super-resserrés K44ADynGTP.

(A) Structure de la dynamine, illustrant les domaines conservés. (B) Structure cristalline de la dynamine 1

humaine sans nucléotides (Faelber et al., 2011) montrant l’organisation de la protéine. La position de la mutation unique K44A dans le domaine G est indiquée par la flèche rouge ; les extrémités N- et C-terminales de la protéine sont indiquées. (C-D) Images de coloration négative (C) et de cryo-EM (D) de tubules recouverts de dynamine

K44ADynGTP à faible (gauche) et fort (droite) grossissements. Barre d’échelle, 50 nm. (E) Vue finale de la carte de densité 3D K44ADynGTP. La carte est subdivisée en trois densités radiales colorées en vert, bleu et jaune. Le diamètre extérieur est de 37 nm et la lumière intérieure de 3.7 nm. (F) Vue de côté de la carte 3D K44ADynGTP

montrant l’assemblage d’hélice à deux départs marquées 1 et 2 avec un pas hélicoïdal de 202 Å et une distance axiale entre sous-unités voisines de 101 Å.

les uns des autres (Chappie et al., 2011a). Lors de la liaison nucléotidique, les domaines G opposés dimérisent et stimulent ainsi leur activité GTPase (Figure 26D, E). L'hydrolyse du GTP lié modifie la position du domaine G par rapport au domaine BSE et fournit l'énergie mécanique nécessaire pour contracter l'hélice et éventuellement sectionner la membrane (Figure 29 et Figure 31) (Chappie et al., 2010, 2011a). Une étude récente utilisant la technique de cryo-EM avec une résolution de 3,75 Å a permis de mettre en exergue l’organisation d’un polymère hélicoïdal de la dynamine 1 humaine liée au GMPPCP (analogue non hydrolysable du GTP), mettant en évidence le pliage du domaine BSE sous l’effet des forces générées par l’interaction des dimères GTPase (dimères G-G, Figure 26E). Ces forces sont ensuite transférées à travers le domaine « tige » puis vers le domaine PH sur la membrane plasmique (Figure 31) (Kong et al., 2018).

Figure 31 | Orientation du domaine BSE par rapport aux dimères des domaines GTPases et modèle d’assemblage de la dynGTP à l’état super-resserré.

(A) Asymétrie des domaines GG dans le dimère dynGMPPCP en cryo-EM révèle un coude unique (flèche rose) dans l’hélice (rose) située entre le domaine G et BSE, dans le monomère marqué B. La ligne rouge en pointillée indique l’interface G2. (B) Superposition des monomères A et B des domaines GG de dynGMPPCP en cryo-EM illustre la grande asymétrie entre les domaines BSE (couleur bleue pour le domaine plié et couleur jaune pour le domaine non plié). Les acides aminés T, L et P (en rouge) sont importants pour la formation du coude de l’hélice. (C) Modèle d’un dimère de dynamine avec les deux domaines BSE non pliés (rose). La dynamine normalement courbée a été remplacée par une dynamine non courbée alignée sur le domaine GTPase. A droite, les domaines PH associés avec le domaine BSE coudé et non coudé se situent dans les densités les plus fortes et les plus faibles, respectivement. (D) Modèle d’assemblage et de rétrécissement de la dynamine. Le tétramère de dynamine s’enroule autour du tube lipidique dans un état lié au GTP sous la forme d’une seule hélice qui est interrompue par l’hydrolyse du GTP, permettant à une seconde hélice de s’assembler et de former la double hélice.