L'intégrité des organelles

En plus de la membrane plasmique et des compartiments endosomaux, des études récentes indiquent la présence de protéines régulatrices de l'actine au sein de diverses organelles. Notamment la localisation et l'activité de Cdc42 au Golgi 35°, et tout récemment de RhoA à

la mitochondrie 351, appuient le rôle potentiel pour la dynamique de l'actine dans l'intégrité

et les fonctions de ces organelles. Nous verrons que les membranes de ces organelles sont susceptibles de recruter le même genre de complexes de régulation de la polymérisation d'actine retrouvés à la membrane plasmique et aux endosomes.

La polymérisation d'actine au Golgi

L'appareil de Golgi est le point de convergence entre les voies de sécrétion et d'endocytose. Cette organelle gère le trafic membranaires des protéines nouvellement synthétisées au niveau du réticulum endoplasmique (RE) ou internalisées à la membrane plasmique (pour synthèse, voir 352). Sa morphologie se caractérise par une empilade de

plusieurs citernes aplaties qui communiquent entre elles par l'intermédiaire de tubules et de vésicules. Certaines données indiquent que la dynamique de l'actine participe à l'équilibre entre les entrées et les sorties vésiculaires au niveau du Golgi, ce qui assure l'intégrité de ses fonctions. D'une part, le démantèlement du cytosquelette d'actine par des agents chimiques affecte l'organisation du Golgi 353'354. De plus, un grand nombre de protéines

impliquées dans la régulation du cytosquelette d'actine, notamment Cdc42 et Arp2/3, se retrouvent au Golgi 355. La formation de comète d'actine pour propulser des vésicules en

provenance du TGN vers la membrane plasmique a été discutée auparavant. Les études actuelles tentent d'élucider les mécanismes par lesquels la dynamique de l'actine au Golgi facilite la formation vésiculaire durant la sécrétion.

Au moins deux types de vésicules sont formés à partir du Golgi. Des vésicules recouvertes de clathrine sont formées à partir du TGN et des vésicules recouvertes de COPI sont formées dans les portions latérales du cis Golgi et à l'interface entre le Golgi et le RE. La petite GTPase Arfl est impliquée dans la formation de ces deux types de vésicule, entre

autres en recrutant les protéines de recouvrement (COPI ou clathrine) de même que des complexes de polymérisation d'actine dépendante de Arp2/3. Au niveau du cis Golgi, Arfl- GTP recrute COPI et Cdc42-GTP 356. Cdc42 facilite la polymérisation d'actine au cis Golgi

par N-WASP/Arp2/3 35°. Arfl-GTP recrute également des GAPs pour Cdc42, par exemple

ARHGAP10 pour assurer le cycle dynamique de polymérisation/dépolymérisation d'actine au Golgi 357. De plus, Cdc42 régulerait le transport successif de la vésicule recouverte de

COPI le long des microtubules. La dissociation de COPI et de Cdc42 permettrait l'interaction de la vésicule recouverte de COPI avec la dynéine, le moteur responsable du

T C O

transport le long des microtubules . La formation des vésicules au niveau du cis Golgi assurerait le transport rétrograde entre le Golgi et le RE qui sert entre autres à redistribuer les lipides et les protéines résidentes du Golgi et du RE ayant été amenées par le transport antérograde 35°.

Au niveau du TGN, Arfl-GTP couple le recrutement de la clathrine avec le recrutement d'un complexe formé de la cortactine et de la dynamine 2. La cortactine stabiliserait le branchement de filaments d'actine par son interaction directe avec Arp2/3 tandis que la dynamine 2 faciliterait la fission de la vésicule . D'ailleurs, l'inhibition de l'interaction entre la dynamine 2 et la cortactine, ou la dynamine 2 et la syndaptine, bloque le transport protéique post-Golgi ' ' . Curieusement, même si N-WASP est essentielle à la propulsion des vésicules issues du TGN, N-WASP serait présent uniquement dans le cis Golgi et absent du TGN355.

La dynamique de l'actine et la mitochondrie

Puisque la mitochondrie contribue à plusieurs processus fondamentaux comme la production d'ATP, la biosynthèse de certains métabolites, la régulation du calcium, la production de ROS et l'apoptose, la régulation fine de ses déplacement et de sa position est critique pour l'homéostasie de la cellule. Chez plusieurs types cellulaires, la majorité des mitochondries sont distribuées à travers le cytoplasme et cette distribution est assurée par l'intégrité des microtubules 361. Cependant, tandis que les mitochondries se déplacent à

grande vitesse le long des microtubules dans la région juxtanucléaire, la majorité des mitochondries retrouvées en périphérie de la cellule sont quasi immobiles ou se déplacent très lentement. Des études réalisées dans des cellules neuronales suggèrent que

l'immobilité des mitochondries en périphérie de la cellule est causée par l'ancrage des mitochondries au cytosquelette d'actine au site où la demande en ATP est importante. Dans les cellules neuronales, l'intégrité du cytosquelette d'actine serait requise pour l'ancrage des mitochondries dans des sites éloignés du corps cellulaire comme les synapses, le cône de croissance et les nœuds de Ranvier, qui consomment beaucoup d'énergie362. L'activité

de RhoA et de son effecteur mDial au niveau des mitochondries contribuerait à l'ancrage des mitochondries au cytosquelette d'actine, tant chez les cellules neuronales de drosophile que chez les fibroblastes de mammifère351. Cette étude révèle que l'ancrage des

mitochondries avec le cytosquelette d'actine est associé avec leur élongation, tandis que l'inhibition de RhoA induit la fragmentation des mitochondries. Ceci suggère que la régulation de la fusion des mitochondries serait reliée avec leur ancrage au cytosquelette d'actine351.

En condition physiologique normale, la taille et le nombre des mitochondries sont régulés par l'équilibre entre les événements de fission et de fusion mitochondriale. La GTPase de haut poids moléculaire DRP-1 de la famille des dynamines, contribue à la fission des mitochondries 363. D'après une étude récente, les filaments d'actine faciliterait la fission en

recrutant la DRP-1 au niveau des mitochondries . Selon cette étude, les fonctions de la mitochondrie sont perturbées lorsque l'actine est déstabilisée, évoquant la participation de la dynamique de l'actine à la régulation des fonctions mitochondriales par le contrôle des événements de fission. D'ailleurs, des études récentes réalisées chez la levure supportent un rôle pour la dynamique de l'actine dans la régulation du vieillissement et de l'apoptose par la mitochondrie 173. Puisque l'ancrage et la fusion des mitochondries semblent dépendre de

RhoA/Dial, on peut supposer qu'une voie de signalisation distincte soit impliquée dans la fission des mitochondries.

Vu la tâche structurale et fonctionnelle cruciale de la dynamique de l'actine pour assurer le maintien de la morphologie cellulaire, l'adhérence, la migration, la division cellulaire, l'endocytose, le trafic intracellulaire, etc., des altérations dans la régulation du cytosquelette d'actine devraient avoir un impact significatif sur la capacité d'une cellule à répondre correctement à son environnement pour maintenir sa survie. Il est donc étonnant que la dynamique de l'actine ait reçu si peu d'attention en tant qu'élément régulateur potentiel de

différents mécanismes de mort cellulaire. Pourtant, on pourrait supposer que les changements dans la dynamique de l'actine puissent engendrer un stress mécanique ou favoriser la formation d'un complexe de signalisation qui activerait plusieurs voies de signalisation de la mort cellulaire programmée. On pourrait même penser que la dynamique de l'actine puisse contribuer, par son rôle dans le trafic membranaire, à la communication entre les organelles pour établir la connexion entre les différents processus de mort cellulaire. À l'inverse, des perturbations dans le trafic membranaire normal auquel participe le cytosquelette d'actine sont susceptibles de causer des dysfonctions au sein des organelles impliquées dans la régulation de l'apoptose, notamment la mitochondrie, qui pourraient déclencher différents mécanismes de mort cellulaire.

Les techniques nouvelles de microscopie à fluorescence en temps réel permettent désormais d'étudier la régulation spatiale et temporelle de la dynamique de l'actine et de jeter un regard nouveau sur le rôle de l'actine dans la régulation de processus cellulaires cruciaux, telle que la mort cellulaire programmée. Jusqu'à maintenant, la difficulté majeure dans l'élucidation des mécanismes moléculaires qui relient l'actine à la signalisation de la mort cellulaire est l'absence d'un modèle d'étude pertinent. Nous verrons que la protéine virale E4orf4 de l'adénovirus, en plus d'avoir contribué à la découverte de voies de signalisation de mort cellulaire alternatives dans les cellules transformées, représente un outil moléculaire unique pour identifier les composantes de la machinerie de mort cellulaire régulées par la dynamique de l'actine.