CHAPITRE III : LIS1, UNE MOLECULE INDISPENSABLE DANS LA VIE CELLULAIRE 67
II. Fonctions moléculaires 70
2. Régulation de la Dynéine 73
2.2. Régulation de l’activité motrice 76
Figure 22 : La dynéine interagit avec la dynactine qui recrute des adaptateurs spécifiques
(A) Représentation de l’interaction entre la dynéine et la dynactine. La dynactine interagit
avec les chaines intermédiaires de la dynéine. (B) La dynactine recrute de nombreux adapteurs spécifiques aux structures à véhiculer. Hook et FIP interviennent dans le transport des organites et des endosomes. Trak et Milton sont spécifiques de la relocalisation des mitochondries. Spindly entre en jeu lors de la mitose pour permettre l’accrochage des microtubules aux kinétochores. BicD et Egl interviennent pour le transport des ARNm. HkRP3 est mis en place pour la polarisation des granules lytiques vers la synapse immunologique des cellules NK. Enfin la ninéine est un potentiel adaptateur car interagit avec la dynéine et est spécifique des centrosomes mais il reste à déterminer la fonction de la ninéine associée à la dynéine.
2.2. Régulation de l’activité motrice
Il est solidement établi depuis de nombreuses années que Lis1 joue un rôle essentiel dans la régulation spatiale de nombreuses structures cellulaires. Cette régulation nécessite l’activité de la dynéine qui est finement modulée par Lis1. L’association de Lis1 à la dynéine nécessite les protéines Nde1 ou NdeL. En effet, in vitro, l’absence de ces protéines ne permet pas l’interaction de Lis1 avec la chaine lourde de la dynéine. Nde1/NudeL interagit avec la région de sept domaines WD40 de Lis1 et avec les chaines intermédiaires de la dynéine. Le complexe Lis1-Nde1/NudeL interagit avec la dynéine et favorise le recrutement de la
dynactine (388). Le complexe dynactine interagira ensuite avec les adaptateurs des structures d’intérêt. De nombreux modèles existent concernant les mécanismes de régulation de la dynéine par Lis1 :
Lis1 initie le déplacement de la dynéine à partir des extrémités positives des microtubules :
Des expériences in vitro, démontrent que la vitesse de déplacement de la dynéine sur les microtubules est considérablement augmentée en présence de Lis1 (389). Cependant, des expériences in vivo chez Aspergilus nidulans démontrent le contraire (390). De manière intéressante, NudE et la dynactine interagissent avec le même site d’interaction sur la chaine intermédiaire de la dynéine. Des analyses biochimiques révèlent que la dynactine et NudE entrent en compétition pour interagir avec ce domaine. Ces données suggèrent fortement que la dynactine dissocie le complexe NudE-Lis1 de la dynéine pour activer la migration (391). Supportant cette idée, le suivi de la migration d’endosomes par kymographie, démontre que Lis1 ne colocalise pas avec les endosomes durant leur mouvement au contraire de la sous unité p25 de la dynactine (390, 392). Ceci suggère que Lis1 initie le mouvement de la dynéine sur les microtubules mais ne régule pas sa vitesse de déplacement lors du transport d’organelles (Fig. 23).
Figure 23 : Lis1 initie le
déplacement de la dynéine
Lis1 est recrutée à la dynéine par les molécules NudE/NudEL et stabilise la
dynéine sur les
microtubules. L’interaction de la dynactine avec la dynéine conduit à la libération de la dynéine de Lis1 et donc à son déplacement
Lis1 recrute et stabilise la dynéine aux extrémités positives des microtubules :
Lis1 est fortement concentrée aux extrémités positives des microtubules et n’est pas détectée au cours du déplacement des objets cellulaires par la dynéine. Lis1 peut conduire au recrutement de la dynéine à l’extrémité positive des microtubules en favorisant l’interaction de la dynactine avec EB1 et CLIP170 (393, 394). Cela permet le recrutement de IQGAP1 au niveau du cortex cellulaire, ce que nous discuterons dans la partie « Fonctions cellulaires » (395). Par ailleurs, en favorisant l’interaction de la dynactine avec EB1 et CLIP170, Lis1 favorise le recrutement de la dynéine au niveau des kinétochores lors de la mitose (396, 397) (Fig. 24).
Figure 24 : Lis1 stabilise la
dynéine aux extrémités positives des microtubules
Lis1 est recrutée à la dynéine par les molécules NudE/NudEL et stabilise la
dynéine sur les
microtubules. Le
recrutement de la dynactine conduit à l’association de la dynéine avec CLIP170 ce qui le stabilise au niveau des kinétochores et du cortex cellulaire
Lis1 facilite le transport des gros chargements par la dynéine
Lis1 est importante pour le déplacement des structures cellulaires telles que les noyaux, les vésicules et d’autres structures cellulaires (390, 397-399). Cependant, il a été clairement observé que l’extinction du gène pafah1b1 conduit à un défaut de migration majeur de lysosomes de taille importante alors que les petits lysosomes sont moins affectés (400). Ces données suggèrent que la fonction de Lis1 sur la dynéine dépend du chargement à transporter. Une publication récente démontre, dans des lignées cellulaires COS-7, que le complexe Lis1-dynéine-Nde1 permet de maintenir l’interaction entre la dynéine et les
microtubules. Lis1 serait seulement importante pour l’initiation du transport des charges légères mais contribuerait au transport des charges lourdes tout au long de leur déplacement sur les microtubules. Dans ce cas précis, Lis1 permettrait de maintenir l’interaction de la dynéine avec les microtubules et son cargo (401) (Fig. 25).
Figure 25 : Lis1 facilite le
transport de chargements de taille importante
Lis1 est recrutée à la dynéine
par les molécules
NudE/NudEL et stabilise la dynéine chargée de grands cargos sur les microtubules pour maintenir une tension suffisante entre la dynéine et les microtubules. Pour les petits chargements, Lis1 n’est pas indispensable.
Sur le plan moléculaire, des études de diffraction aux rayons X et de microscopie électronique révèlent que Lis1 interagit avec la région AAA3/4 de la dynéine (389). L’interaction de la dynéine avec les microtubules n’impacte pas l’hydrolyse de l’ATP dans le domaine AAA1. Lis1 exerce des modifications structurales sur la dynéine et modifie ainsi l’affinité du domaine MTBD pour les microtubules. Cet effet dépend du statut nucléotidique du domaine AAA3. En absence de nucléotide ou en présence d’ADP dans cette région, Lis1 augmente l’affinité de la dynéine pour les microtubules. Cependant, Lis1 fragilise cette interaction lorsque le domaine AAA3 fixe une molécule d’ATP. Le statut nucléotide du domaine AAA3 régule les modes d’interaction de Lis1 avec la dynéine. Par microscopie électronique et reconstruction atomique du complexe dynéine et Lis1, les auteurs ont révélé que deux domaines en hélice d’un dimère de Lis1 se fixe sur la dynéine en présence d’ATP. L’un interagit avec le domaine AAA3 alors que l’autre contacte la région coiled-coil de la chaine lourde faisant l’intermédiaire entre le moteur et le domaine MTBD. Au contraire, en absence de nucléotide ou en présence d’ADP, seulement une hélice interagit avec la
dynéine au niveau de AAA3. En présence d’ATP, l’interaction d’un domaine en hélice de Lis1 fragiliserait le domaine coiled-coil et déstabiliserait l’interaction de la dynéine avec les microtubules entrainant son décrochement (402) (Fig. 26).
Figure 26 : L’état nucléotidique
de AAA3 régule l’activité de Lis1 vis-à-vis de la dynéine
La présence d’ATP sur le domaine AAA3 conduit à l’interaction d’une hélice de Lis1 avec le domaine coiled-coil
de AAA6 entrainant la
déstabilisation. En présence d’ADP ou sans nucléotide, l’hélice interagit seulement au AAA5 et stabilise la dynéine sur les microtubules.