Le complexe Rétromère

Découvert chez la levure sous la forme d’un heptamère, le Rétromère est majoritairement localisé aux endosomes précoces et associé à des évènements de triage. En effet, le Rétromère interagit avec le domaine cytosolique d’une large gamme de protéines liées à la membrane des endosomes précoces. Le recrutement du Rétromère est un signal pour la formation de tubules et le recyclage de cargos spécifiques (Harbour et al. 2010).

On peut cependant distinguer deux sous-complexes. Un premier hétérotrimère composé des sous-unités VPS35 (Vacuolar Protein Sorting-Associated Protein 35), VPS29 et VPS26A ou B formant un complexe de 150 kDa (Figure 6). Ce trimère est considéré comme le cœur du Rétromère, il sera par la suite nommé CSC (Cargo Selective Complex) (Hierro et al. 2007). Les sous-unités VPS29 et VPS26 interagissent avec les domaines C- terminal et N-terminal de VPS35, respectivement. Les sous unités VPS26 A et B sont deux paralogues permettant la formation de deux complexes du Rétromère avec des fonctions distinctes (Kerr et al. 2005). En effet, le Rétromère a été initialement caractérisé comme étant impliqué dans le trafic rétrograde de CI-MPR de l’endosome précoce vers le Golgi. Or, le complexe du Rétromère formé avec la sous-unité VPS26B est incapable de lier le CI-MPR (Bugarcic et al. 2011). La surexpression de VPS26B inhibe l’expression de VPS26A et induit

la dégradation lysosomale de CI-MPR. De plus, les complexes formés par VPS26A ou B arborent des localisations sensiblement différentes puisque VPS26B est associé à des endosomes plus avancés dans leur maturation comparativement à VPS26A (Bugarcic et al. 2011).

Le trimère formé par VPS35-VPS29-VPS26 est associé à un dimère composé des SNX1/2 et SNX5/6. Il existe quatre possibilités de dimère, SNX1 peut être associé soit à SNX5 soit à SNX6. De même, SNX2 peut être associé à SNX5 ou SNX6. Les SNX1,2,5 et 6 sont des protéines possédant un domaine PX et un domaine BAR (Wassmer et al. 2009). Le domaine PX permet l’association avec la membrane de l’endosome précoce qui est riche en PI(3)P (Ellson et al. 2002). Le domaine BAR permet d’induire des courbures de la membrane et de participer à la formation de tubules. L’interaction entre le CSC et les dimères SNX1/2 et SNX5/6 a été mis en évidence par des expériences d’imagerie confocale et de co- immunoprécipitation (Kurten et al. 2001). Cependant, des données récentes d’imagerie à haute résolution suggèrent que ces deux sous complexes occupent des microdomaines distincts sur l’endosome. Aussi, des études de déplétion des membres du Rétromère par l’approche CRISPR/Cas9 suggèrent que le CSC n’est pas impliqué dans le transport rétrograde de CI-MPR (Kvainickas et al. 2017). D’autres données montrent que le trimère VPS35, 29 et 26 est bien impliqué dans le transport rétrograde de CI-MPR à la différence qu’ici le CSC interagit avec la golgine-GCC88 (Cui et al. 2019). Par ailleurs, le transport rétrograde du CI-MPR régulé par les SNX1 et 5 nécessite la golgine-245 (Shin et al. 2017). Ainsi, les dimères SNX1/2 et SNX5/6 semblent avoir des fonctions indépendantes du CSC. Enfin, des données montrent que le CSC est aussi associé aux SNX3 et SNX27 qui ne possèdent pas de domaine BAR (Temkin et al. 2011; Harterink et al. 2010). Par ailleurs,

SNX1/2 et SNX5/6. Ainsi, le Rétromère apparait comme un complexe versatile dont la constance est maintenue par la présence du CSC composé des sous-unités VPS35, VPS29 et VPS26, lesquelles sont associées à des SNX (Figure 6). Enfin, le Rétromère est principalement recruté aux endosomes via SNX3 ou RAB7 (Harrison et al. 2014).

Les dernières études de cristallographie ont permis de mettre en évidence les manteaux membranaires formés par le CSC en association avec SNX1, SNX3 et SNX27 (Kovtun et al. 2018; Lucas et al. 2016). À la différence des manteaux de clathrine, COPI et COPII qui forment des sphères, le manteau formé par le Rétromère et SNX1 arbore une structure symétrique en hélice (Figure 6). On distingue deux niveaux avec une couche inférieure composée de la juxtaposition de SNX1 qui courbe la membrane, et le trimère du CSC qui forme la couche extérieure du manteau. Les données montrent que le CSC est relié à SNX1 par la sous unité VPS26, et que VPS35 et VPS29 forment un V où VPS35 représente la base et VPS29 le sommet. Dans cette structure, VPS29 est orienté vers le cytosol, et seul SNX1 semble être en contact avec la membrane de l’endosome (Lucas et al. 2016). De plus, SNX1 forme des dimères induisant des pseudo boucles sur de courtes distances permettant une plasticité dans la courbure de la membrane. Du fait de l’hétérogénéité de l’ancrage de SNX1 à la membrane, la sous-unité VPS26 peut s’ancrer dans différentes orientations respectant des espaces plus ou moins grands. La présence d’espace et la variabilité dans l’orientation du CSC permet donc l’interaction de VPS29 avec différents partenaires protéiques.

De manière différente, lorsque le CSC est associé à SNX3, il forme des structures en T. SNX3 interagit avec le domaine C-terminal de VPS26 et N-terminal VPS35 au sommet du T. Ici, SNX3 et VPS26 sont tous les deux en contact avec la membrane plasmique (Figure 6).

(A) Structure en forme de T formée par le Rétromère lorsque celui-ci est associé à SNX3. VPS26 et VPS35 interagissent avec SNX3, et seules VPS26 et SNX3 sont en contact avec la membrane. (B) Structure en forme de T formée par le Retromère en association avec SNX27. De la même manière que pour SNX3, seules SNX27 et VPS26 sont en contact avec la membrane. (C) Modèle de l’organisation du Rétromère en association avec les SNX possédant un domaine BAR. Ici, le CSC n’est plus en contact avec la membrane et est orienté vers le cytosol. Ce sont les SNX qui permettent l’ancrage à la membrane. (D) Modèle d’organisation des complexes de Rétromère pour former un manteau et induire des courbures de la membrane. (Figure tirée de Lucas et al. 2016, autorisation d’emprunt de la figure obtenue de Elsevier)

Figure 6 : Structures cristallographiques des différents manteaux formés par le Rétromère

Il a été montré que l’interface entre VPS26 et SNX3 forme une poche permettant la reconnaissance de cargos tels que DMT1-II (Lucas et al. 2016). De même, lorsque le CSC est associé à SNX27, il arbore une structure similaire à celle du CSC avec SNX3, en forme de T, où le domaine PDZ de SNX27 interagit avec VPS26. Ici VPS26 est aussi en contact avec la membrane de l’endosome et l’interaction de VPS26 avec SNX27 stabilise fortement l’interaction du domaine PDZ avec les différents cargos. SNX3 et 27 ne possédant pas de domaine BAR, c’est le recrutement d’effecteurs tels que MON2, DOP1B et ATP9A par le CSC qui induit les courbures de la membrane et la formation de tubules (McGough et al. 2018). Longtemps le trimère VPS35, 29 et 26 a été considéré comme le sous-complexe régulant la sélection du cargo. Il semble que la réalité soit plus complexe et que les SNX associées au CSC jouent aussi un rôle important dans la sélection des cargos.

Le CSC joue un rôle dans la sélection des cargos triés par interactions directes avec ceux-ci. En effet, plusieurs études montrent que VPS26 et VPS35 interagissent directement avec le domaine cytosolique des cargos endosomals (Seaman 2012). La plupart des cargos reconnus par le Rétromère possède un motif aromatique et hydrophobique F/W-L-M/V (McNally et Cullen 2018). Longtemps VPS35 a été considéré comme la seule plateforme de sélection des cargos. Cependant, des études montrent que VPS26 permet d’induire le recyclage de Sorl1 par interaction avec son domaine cytosolique via la reconnaissance du motif FANSHY (Phe-Ala-Asn-Ser-His-Tyr) (Fjorback et al. 2012).

Du fait de sa versatilité, le Rétromère est impliqué dans le triage d’un grand nombre de cargos. Par exemple, lorsqu’il est associé à SNX3, le Rétromère est impliqué dans les transports rétrogrades de Wls, un récepteur à WNT, ainsi que du CI-MPR (Belenkaya et al. 2008). Ce même complexe est impliqué dans le transport rétrograde du récepteur de DMT1- II (Lucas et al. 2016). Aussi, des données montrent que SNX12 et SNX3 possèdent des

fonctions similaires et sont tous deux impliqués dans le recyclage du récepteur à la transferrine (Priya et al. 2017).

En association avec SNX27, le Rétromère régule principalement le recyclage de cargos de l’endosome à la membrane plasmique. Le domaine PDZ de SNX27 a été caractérisé pour interagir avec des centaines de protéines transmembranaires tels que des GPCR ou des canaux ioniques (Gallon et al. 2014). Aussi, il a été montré que le Rétromère lié à SNX27 permet le recyclage à la membrane plasmique du récepteur  adrénergique de type II (2AR) via la reconnaissance du domaine cytosolique FERM de 2AR (Temkin et al. 2011). Par ailleurs, l’association de CSC avec SNX27 induit le recyclage à la membrane plasmique de GLUT1 (Kvainickas et al. 2017). En effet, la déplétion de VPS35 inhibe le recyclage à la membrane plasmique du récepteur GLUT1, limitant l’import de glucose. Enfin, il a été montré que le domaine PDZ de SNX27 permet le recrutement et le recyclage à la membrane plasmique de cargos phosphorylés tels que le NMDA (Clairfeuille et al. 2016).

Lorsqu’il est associé au dimère SNX1/2 SNX5/6, le Rétromère régule le transport rétrograde de cargos tels que le CI-MPR et joue aussi un rôle important dans l’inhibition de la voie de dégradation. En effet, le Rétromère permet le recrutement de RME-8 (Receptor mediated endocytosis 8) et de TBC1D5 (TBC1 domain family member 5) qui inhibent respectivement le complexe ESCRT et RAB7 tous deux impliqués dans la voie de dégradation lysosomale (Norris et al. 2017). Par ailleurs, l’inhibition de RAB7 par le Rétromère joue un rôle important dans la régulation de la mitophagie et de la signalisation mTORC1 au lysosome (Kvainickas et al. 2019). Ainsi, le Rétromère est impliqué dans le devenir d’un grand nombre de cargos et joue un rôle important dans l’homéostasie cellulaire et d’autant plus dans les cellules à forte activité sécrétrice. En effet, des mutations dans les

sous-unités du Rétromère sont impliquées dans de nombreuses pathologies neurodégénératives telles que la maladie de parkinson ou d’Alzheimer (Brodin et Shupliakov 2018).

Le Rétromère n’est pas seulement impliqué dans la sélection de cargos. En effet, le sous complexe CSC, initialement identifié comme le cœur de sélection des cargos, régule l’ensemble des évènements de triage via le recrutement d’une large gamme d’effecteurs. Comme il a été mentionné, le CSC permet la sélection de cargos et l’induction de courbures de la membrane via l’interaction avec les SNX à domaine BAR ou la protéine MON2 (McGough et al. 2018). Le CSC permet aussi de délimiter les domaines de maturation des endosomes par l’inhibition de RAB7 ou ESCRT (Norris et al. 2017). Enfin, le CSC via l’interaction de VPS35 avec FAM21 permet le recrutement aux endosomes du complexe WASH (Wiskott Aldrich Syndrome protéine et SCAR Holomogue) qui est impliqué dans la régulation de la polymérisation de l’actine (Gomez et Billadeau 2009). De la même manière que pour les évènements d’endocytose, la polymérisation de l’actine aux endosomes joue un rôle important dans la régulation des évènements de triage.