Rôle de l’actine dans les CIE

Le cytosquelette d’actine a été impliqué dans de nombreuses voies d’endocytose. Bien que chez la levure, l’actine soit indispensable pour plusieurs étapes de la formation des vésicules à clathrine, chez les mammifères, l’actine semble plus importante dans le cadre des CIE. En effet, de nombreuses protéines controlant les CIE sont des régulateurs de la polymérisation de l’actine. Dans cette partie, je décrierai rapidement le fonctionnement de l’actine et de sa machinerie moléculaire ainsi que son rôle dans les CIE.

1.4.2.1 Fonctionnement de l’actine et de sa machinerie

Le filament d’actine, également nommé F-actine, est un polymère d’actine à structure asymétrique. Son extrémité (+) nommée « barbed end » est composée d’actine associée à l’ATP, tandis qu’à son extrémité (-) nommée « pointed end », l’ATP a été hydrolysée en ADP (Dominguez & Holmes, 2011). L’initiation d’un filament d’actine est défavorable thermodynamiquement, les dimères et trimères formés spontanément dans la cellule étant très instables. De plus l’actine monomérique peut être séquestrée en s’associant à des protéines comme la profiline ou Tβ4 (thymosine-β-4), empêchant ainsi l’association des monomères d’actine en filament. La présence de protéines permettant l’initiation (Arp2/3) puis l’élongation des filaments d’actine (NPF) est donc nécessaire (Figure 17A). Dans la cellule, les filaments d’actine peuvent être longs et linéaires, ils sont alors de type câblé. Ils peuvent éventuellement être maintenus entre eux par des protéines comme les fascines formant ainsi des faisceaux d’actine (Edwards & Bryan., 1995). Les protéines de la famille des formines et de la famille EVH (ENA/VASP Homology protein) sont impliquées dans la polymérisation des filaments câblés. Les filaments d’actine peuvent également être de type branché, dans ce cas, la formation d’un nouveau filament d’actine s’effectue à partir d’un filament préexistant. Le complexe protéique Arp2/3 (Actin related protein 2/3) est indispensable à ce processus (Firat-Karalar & Welch, 2011). En effet, les sous unités Arp2 et Arp3 ont une structure similaire à l’actine et permettent ainsi, en présence d’ATP, de mimer un début de filament d’actine (Robinson et al., 2001). L’initiation d’un nouveau filament d’actine va pouvoir se faire avec un angle de 70° par rapport au premier (Pollard., 2007) (Figure 17B). Le rendement de cette initiation est augmenté par les NPF (Nucleating Promoting Factor) de type 1 tels que

32 les complexes N-WASP et WAVE ou de type 2 tels que la cortactine ou HS1 (Haematopoietic lineage cell-Specific gene protein 1).

Les NPF de type 1 possèdent un domaine WH2 (Wiskott-Aldrich homology region 2) responsable de la liaison à l’actine monomérique ainsi qu’un domaine WCA (WH2, Connector region, Acidic region) qui leurs permet de lier Arp2/3. Le rapprochement par les NPF de Arp2/3, liés au brin d’actine mère, avec les monomères d’actine facilite la nucléation du filament d’actine branché. Bien qu’il existe d’autres NPF1, je ne parlerai ici que de WAVE et N-WASP qui ont un rôle important au niveau de la membrane plasmique. Ces protéines doivent être activées pour que le domaine WH2 soit démasqué (Derivery et al., 2009; Miki et al, 1998). L’activation de N-WASP s’effectue par interaction compétitive de Cdc42 (Cell division control protein 42 homolog) ou de Rac1 (Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1) sur le domaine CRIB (Cdc42/Rac interactive binding) de N-WASP qui est impliqué dans la séquestration du domaine WH2 (Figure 18). Cdc42 et Rac1 sont donc des activateurs de la Figure 17 : Schémas de la polymérisation de l’actine et du rôle d’Arp2/3 dans la polymérisation de l’actine branchée

A) L’association d’actine-ATP est beaucoup plus rapide au bout + du polymères. L’hydrolyse de l’ATP en ADP va induire le recrutement, du côté – du filament d’actine, de facteurs qui vont favorisés la dépolymérisation de l’actine (cofiline). La profiline va pouvoir s’associer aux monomères d’actine-ADP, les séquestrer et favoriser l’échange de nucléotides pour former de l’actine-ATP. Adapté de Nurnberg et al, 2011

B) Le complexe Arp2/3 va mimer un nouveau brin d’actine, la polymérisation d’un nouveau filament va se faire avec un angle de 70° par rapport au premier. Adapté de Splettstoesser 2006

33 polymérisation de l’actine. En ce qui concerne le complexe WAVE, il est activé par Rac1 qui, de la même manière que pour WASP, permet au domaine WH2 d’être exposé. Bien que N-WASP et WAVE aient un mécanisme d’activation similaire lors de la polymérisation d’actine branchée, ils ont été impliqués dans des mécanismes d’endocytose différents.

Figure 18 : Exemple d’une NPF de type 1 (N-WASP) et son mécanisme d’activation

Les NPF de type 1, comme N-WASP, sont intrinsèquement inactifs, le domaine WH2 étant masqué. L’interaction de Cdc42 ou de Rac1 sur le domaine CRIB libère le domaine WCA qui peut interagir avec un monomère d’actine (représenté par le rond rouge rempli d’un G) et le complexe Arp2/3; permettant la polymérisation d’actine branchée. Adapté de Le Clainche & Carlier, 2008

Les NPF de type 2, ont une activité d’initiation du filament d’actine bien plus faible que celle des NPF de type1. Les seuls NPF de type 2 connus sont la cortactine et son homologue HS1 dans les cellules hématopoïétiques. Cette protéine permettrait de stabiliser le complexe Arp2/3 associé au filament d’actine (Weaver et al, 2002) et agit en synergie avec N-WASP sur la polymérisation de l’actine, puisque la cortactine peut, grâce à un domaine SH3, interagir avec ce complexe (Weaver et al, 2002).

1.4.2.2 Implication de l’actine et sa machinerie dans les CIE

Les plateformes formées par l’actine et la machinerie qui régule sa polymérisation semblent importantes dans toutes les CIE. Ainsi, la perturbation de la dynamique de l’actine par des inhibiteurs qui bloquent sa polymérisation ou sa dépolymérisation inhibent la formation des CLIC (Clathrin Independent Carier) dans la plupart de ces voies. Il a été montré récemment que la réorganisation de l’actine est nécessaire pour la scission de tubes lipidiques formés in-vitro (Romer et al., 2010). Les travaux sur le rôle de l’actine dans l’endocytose sont plus faciles à mener in vitro puisque dans la cellule, l’actine est aussi impliquée dans l’assemblage des lipides et des protéines (Gowrishankar et al., 2012). L’actine et sa machinerie peuvent être recrutés et activés de différentes façons selon les voies d’endocytose et les cargos internalisés. Cette activation peut impliquer le recrutement de régulateurs de la polymérisation de l’actine

34 comme Cdc42 pour la voie CLIC/GEEC (GC), RhoA pour la voie IL2R ou Rac1 pour le récepteur nicotinique par exemple (Kumari et al., 2008). L’actine serait impliquée aussi bien dans la déformation de la membrane plasmique lors de l’endocytose de cargos CIE que dans la fission des vésicules portants ces cargos (Doherty and McMahon., 2009).