Régulation par endocytose et/ou recyclage

Il est bien établi que l'endocytose des ligands DSL dans la cellule émettrice du signal constitue une étape cruciale pour la trans-activation de Notch; et la nature transmembranaire

des ligands serait à la base de ce processus de signalisation (Musse, Meloty-Kapella et al. 2012). Le processus d'endocytose régulant l'activité des ligands DSL consiste en un mode particulier d'internalisation clathrine-dépendante incluant la machinerie d'ubiquitination des ligands, les adaptateurs endocytiques « Epsin-like », la dynamine, la clathrine, l'auxiline, et l'actine (Parks, Klueg et al. 2000, Itoh, Kim et al. 2003, Chen and Casey Corliss 2004, Overstreet, Fitch et al. 2004, Wang and Struhl 2004, Eun, Banks et al. 2008, Banks, Cho et al. 2011, Meloty-Kapella, Shergill et al. 2012).

Bien que l'endocytose des ligands DSL soit absolument requise pour l'activation de la signalisation Notch, le mécanisme exact par lequel l'internalisation des ligands dans la cellule émettrice du signal induit l'activation de Notch dans la cellule réceptrice demeure controversé, et n'est pas encore complètement élucidé. Il existe deux modèles dominants, non- mutuellement exclusifs, de l'activation de Notch par l'endocytose des ligands. Selon le premier modèle, appelé « modèle de recyclage », l'endocytose des ligands survient avant leur interaction avec le récepteur Notch, et elle est nécessaire pour assurer le recyclage des ligands afin de les rendre actifs. Selon le deuxième modèle, appelé « modèle de force de traction », l'endocytose des ligands a lieu après leur interaction avec le récepteur Notch et elle est requise pour générer une force de traction mécanique afin de dissocier le récepteur et activer sa protéolyse. À savoir qu'il existe de nombreuses évidences dans la littérature qui soutiennent l'un ou l'autre des deux modèles, ou qui montrent que ces deux modèles d'endocytose se produisent de façon séquentielle pour activer la signalisation des ligands DSL.

Le « modèle de recyclage » postule que les ligands nouvellement synthétisés et adressés à la membrane plasmique sont incapables de trans-activer le récepteur Notch, et qu'une étape supplémentaire d'internalisation, trafic, et recyclage à la surface cellulaire est requise pour que les ligands acquièrent un potentiel de signalisation. Selon ce modèle, les adaptateurs « Epsin-like » favorisent l'internalisation sélective d'une sous-population de ligands ubiquitinés afin qu'ils soient convertis au cours de leur trafic dans les endosomes de recyclage en molécules de ligands actives (Wang and Struhl 2004, Heuss, Ndiaye-Lobry et al. 2008). À savoir que la nature des modifications conférées aux ligands au cours de ce processus de recyclage afin d'activer leur signalisation demeure inconnue. Ainsi, il a été suggéré que le recyclage pourrait assurer la concentration et le regroupement des ligands, leur localisation à

des microdomaines membranaires comme les « radeaux lipidiques », ou le recrutement de co- facteurs spécifiques pour leur activation (Chitnis 2006, Le Borgne 2006, Nichols, Miyamoto et al. 2007, Heuss, Ndiaye-Lobry et al. 2008). En effet, les « radeaux lipidiques » constituent des microdomaines membranaires riches en cholestérol et en sphingolipides, et ils sont connus pour leur rôle essentiel dans la signalisation cellulaire en permettant la formation de « signalosomes », où les protéines sont concentrées dans des microenvironnements favorables à leur activation. Cependant, les évidences les plus puissantes en faveur du rôle du recyclage des ligands dans l'activation de la signalisation Notch proviennent d'études de la division asymétrique des cellules précurseurs de l'organe sensoriel chez la mouche. Dans ce modèle, la spécification du destin cellulaire est un événement Notch-dépendant qui nécessite l'activation du ligand Delta par recyclage dans une seule des cellules-filles (Emery, Hutterer et al. 2005). Ce recyclage est finement régulé par la petite GTPase Rab11 (Emery, Hutterer et al. 2005) et par le composant du complexe de l'exocyste Sec15 (Jafar-Nejad, Andrews et al. 2005), et il implique une relocalisation de Delta des membranes basolatérales jusqu'aux structures apicales riches en actine (Rajan, Tien et al. 2009, Benhra, Vignaux et al. 2010). Toutefois, ce mécanisme de régulation de l'activité des ligands par recyclage semble spécifique aux tissus polarisés étant donné qu'il n'est pas requis dans d'autres événements développementaux Notch- dépendants (Li, Satoh et al. 2007, Windler and Bilder 2010, Banks, Cho et al. 2011).

Par contre, le « modèle de force de traction » postule que l'endocytose des ligands DSL liés aux récepteurs est requise de manière plus générale pour induire des changements conformationnels au niveau des récepteurs afin de favoriser les clivages activateurs de Notch (Gordon, Arnett et al. 2008); ce processus ne pouvant pas être stimulé par la simple interaction entre les ligands et les récepteurs. Ceci est en accord avec le fait que l'activation protéolytique de Notch implique la trans-endocytose du NECD dans la cellule présentatrice du ligand afin d'induire la signalisation (Klueg and Muskavitch 1999, Parks, Klueg et al. 2000, Nichols, Miyamoto et al. 2007, Hansson, Lanner et al. 2010). Ainsi, l'endocytose des ligands serait capable d'exercer une force de traction mécanique sur le récepteur pour dissocier les sous- unités de l'hétérodimère Notch et pour exposer le site de clivage par ADAM qui est normalement masqué par la NRR du récepteur en l'absence de ligand (Musse, Meloty-Kapella et al. 2012). Des études de microscopie à force atomique confirment ce modèle en montrant

que Delta a une grande affinité de liaison à Notch (Ahimou, Mok et al. 2004), justifiant ainsi la résistance des interactions ligands-récepteurs à l'importante force d'endocytose requise pour les changements conformationnels et la dissociation du récepteur. Plus récemment, des analyses biophysiques ont fourni l'évidence claire que les cellules présentatrices des ligands génèrent des forces mécaniques suite aux interactions avec le récepteur Notch, et que ces forces sont requises pour l'activation de la signalisation. Ces études portent sur l'usage des pinces optiques pour mesurer la force de rupture de cellules exprimant le ligand Dll1 et liées à des billes Notch1 piégées au laser. Ces essais ont ainsi exclu un rôle de l'endocytose et du recyclage dans la modulation de la liaison des ligands au récepteur Notch1, et ont révélé une machinerie d'endocytose mise en place suite à l'interaction avec le récepteur afin d'exercer la force de traction requise pour l'activation de la signalisation (Meloty-Kapella, Shergill et al. 2012, Shergill, Meloty-Kapella et al. 2012).