δ’autophagie basale assure l’homéostasie des cellules via le renouvellement des protéines et organites et permet le maintien d’un niveau d’énergie nécessaire au bon fonctionnement de la cellule. Cependant, l’autophagie est induite dans les cellules en réponse à plusieurs stimuli internes et externes. En effet, l’autophagie est induite en réponse à une carence nutritionnelle, la diminution du taux d’ATP cellulaire, le stress lié au réticulum endoplasmique, les dommages liés à l’ADN et la mitochondrie, l’hypoxie, le stress oxydatif et l’accumulation de protéines malformées. δes infections par des agents pathogènes constituent également une source de stress qui induit l’autophagie (Kroemer et al., 2010). δ’autophagie est également stimulée suite à l’inhibition de certains processus biologiques tels que l’apoptose et la dégradation par le protéasome (Eisenberg-Lerner et al., 2009; Wu et al., 2010). Plusieurs stimuli externes ont été décrits comme des inducteurs de l’autophagie notamment les agents chimiothérapeutiques utilisés pour les traitements des cancers parmi lesquels on peut citer la Rapamycine et le 4OH-Tamoxifène.
2.2)-Mécanisme cellulaire de l’autophagie
δe processus moléculaire de l’autophagie comporte déjà un important nombre d’acteurs (Tableau 2) mais cette liste est toujours en constante évolution et de nombreuses questions demeurent encore à l’heure actuelle. Néanmoins, on peut définir un schéma général de l’autophagie dans les cellules.
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Levure Mammifères Rôle
Atg1 ULK1 Protéine kinase du complexe d’initiation, cible de mTOR,
Atg13 mAtg13 Protéine du complexe d’initiation, cible de mTOR
Atg17 FIP200 Protéine du complexe d’initiation, essentielle à la stabilité et la
phosphorylation d’UδK1 et mAtg1γ
ND Atg101 Protéine du complexe d’initiation, essentielle à la stabilité et la
phosphorylation basale d’UδK1 et mAtg1γ Atg29 ND Protéine du complexe d’initiation chez la levure
Atg31 ND Protéine du complexe d’initiation chez la levure
Atg9 mAtg9 Protéine membranaire, transporteur de lipides
ND Vmp1 Protéine transmembranaire, recrutement de Beclin1et les composants du complexe PI3Kinase de classe III au phagophore
Atg2 ND Protéine se liant à Atg18,
impliquée dans le complexe Atg9-Atg18-Atg2 Atg18 WIPI-1,2,3,4 Protéine se liant aux PI3P
ND DFCP1 Protéine se liant aux PI3P
ND Alfy Protéine se liant aux PI3P
Atg27 ND Essentielle au transport d’Atg9
Atg6 Beclin1 Régulateur positif de l’autophagie, protéine du complexe PIγkinase de
classe III, suppresseur de tumeur Atg14 Atg14 Se lie à Beclin1 et active l’autophagie
Vps34 hVps34 PI3 kinase de classe III
Vps38 UVRAG Participe au complexe PI3kinase de classe III, rôle dans la maturation des autophagosomes Vps15 p105 Sous-unité régulatrice de la kinase Vps34
ND Rubicon Régulateur négatif de la fusion des autophagosomes avec les composants du système d’endocytose
ND Ambra1 Protéine du complexe PI3kinase de classe III,
régulateur positif de l’autophagie
Atg12 Atg12 Protéine conjuguée à Atg5
Atg5 Atg5 Formation du complexe Atg12-Atg5-Atg16L Atg16 Atg16L Détermine le site de conjugaison de LC3
Atg7 Atg7 Protéine activatrice (E1)
Atg10 Atg10 Protéine conjugatrice (E2),
active la conjugaison d’Atg1β sur Atg5
Atg3 Atg3 Protéine conjugatrice (E2), active la conjugaison des protéines Atg8 sur un phospholipide
ATG8 LC3/GABARAP/ GABARAPL1/
GABARAPL2
Protéines conjuguées à un phospholipide,
essentielles pour l’élongation et la fermeture des autophagosomes Atg4 Atg4A-D Autophagines, responsables du clivage des protéines de la famille Atg8 Atg15 ND Lipase essentielle pour la dégradation des autophagosomes et de leur
contenu
Atg22 ND Protéine vacuolaire, importante pour la dégradation des autophagosomes et de leur contenu
57 Sur le plan cellulaire, l’autophagie est initiée en réponse à divers stimuli (paragraphe 2.1) et débute par la séquestration du matériel à dégrader (protéines ou organites) à l’intérieur de doubles membranes pré-existantes dans la cellule appelées phagophores (Figure 8). L’origine de ces phagophores n’est pas encore connue et fait toujours l’objet d’un débat scientifique (Tooze & Yoshimori, 2010). Certaines études décrivent que ces doubles membranes pourraient prendre origine au niveau du réticulum endoplasmique. En effet, Axe et collaborateurs ont mis en évidence la présence d’un compartiment riche en PIγP (Phosphatidyl-inositol-3-phosphate) au niveau du RE, appelé omégasome, qui semblerait être un bon candidat pour servir d’origine pour les nouveaux phagophores (Axe et al., 2008; Simonsen & Stenmark, 2008). Récemment, un nouvel acteur moléculaire de l’autophagie, Atg14L, a été identifié. Atg14L est localisée au niveau du RE et permet le recrutement du complexe PI3K de classe III nécessaire pour les premières étapes de l’autophagie. Cette découverte renforce donc l’hypothèse selon laquelle le RE serait à l’origine des phagophores (Matsunaga et al., 2010). D’autres équipes ont décrit la mitochondrie et l’appareil de golgi comme sources potentielles des membranes nécessaires à la formation des autophagosomes. En effet, Atg9, la seule protéine transmembranaire présente à la fois au niveau du site de formation des vésicules et au niveau de la mitochondrie et du réseau trans golgien, est supposée jouer le rôle de transporteur de lipides entre les deux sites. Il n’est donc pas à exclure qu’elle peut transporter des membranes de ces compartiments jusqu’au site de formation des vésicules suggérant ainsi que l’appareil de golgi et la mitochondrie pourraient également être une source de membranes pour la formation des vésicules autophagiques (Hailey et al., 2010; He & Klionsky, 2007). La membrane plasmique a également été proposée comme source de membrane pour les phagophores. En effet, des résultats ont montré l’interaction de la protéine Atg16δ avec la chaine légère de la clathrine de la membrane plasmique. De plus, des vésicules ATG16L1 positives ont été retrouvées au niveau de la membrane plasmique ou localisées à proximité des autophagosomes (Ravikumar et al., 2010).
Les phagophores, contenant le matériel cellulaire destiné à être dégradé, vont alors subir une étape d’élongation jusqu’à la formation complète des autophagosomes. Chez les mammifères, les autophagosomes deviennent matures après fusion avec les compartiments d’endocytose (endosomes précoces et tardifs ou corps multivésiculaires) pour donner les amphisomes (Figure 8) (Liou et al., 1997; Razi et al., 2009). Ensuite, ces amphisomes fusionnent avec les lysosomes afin de générer les autophagolysosomes. Finalement, ce processus s’achève par une étape de dégradation qui implique la lyse de la membrane interne
58 de l’autophagosome et la dégradation de son contenu par les hydrolases du lysosome (Figure 8).
δ’essor de l’étude de l’autophagie depuis une vingtaine d’années est due principalement à la découverte dans les années 1990 des gènes de l’autophagie (Atg) chez la levure Saccharomyces cerevisae. Depuis cette époque, une longue liste de gènes Atg, dont les homologues ont été décrits chez les eucaryotes supérieurs, a été établie (voir Tableau 2). Ces premières découvertes ont permis de franchir un grand pas dans la recherche de nouveaux effecteurs moléculaires de l’autophagie dans plusieurs organismes tels que Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, Saccharomyces cerevisae, Dictyostelium discoideum, Mus musculus et Homo sapiens.