Rab4

Étant donné que la Rab4 est une composante importante de ma thèse, je décris ici plus en détails cette petite GTPase. Comme mentionné plus tôt, la Rab4 régule le recyclage rapide de protéines cargo à partir des endosomes précoces. La diversité des protéines cargos recyclées s’explique par l’interaction de cette Rab GTPase avec un grand éventail de protéines effectrices qui assurent la communication entre les différentes voies de trafic intracellulaire en plus d’assurer un transport adéquat entre les compartiments. Les voies d’endocytose Rab5 positives et de recyclage Rab4 positives sont reliées par des protéines effectrices communes à ces deux Rab GTPases telles que Rabaptin 5, Rabenosyn-5 et Rabip 4/4’. Rabaptin 5 possède un domaine de liaison à la Rab5 au niveau de son extrémité C-terminale en plus d’avoir un domaine de liaison pour Rab4 en N-terminale (Vitale et al., 1998). En complexe avec Rabex5, une Rab5 GEF, Rabaptin 5 régule la fusion homotypique entre endosomes et la fusion hétérotypique entre les vésicules de clathrine et les endosomes via Rab5 (Zhang et al., 2014). Elle coordonne ensuite l’export et le recyclage des protéines cibles vers la surface plasmique en liant la Rab4 active (Vitale et al., 1998).

Rabenosyn-5, aussi connue comme la protéine ZFYVE20 (Zinc finger FYVE

domain-containing protein 20), est impliquée dans le recyclage du récepteur à la

transferrine (TfR) en interagissant avec Rab5 et Rab4 (Navaroli et al., 2012). La présence de Rabenosyn-5 favorise l’association endosomale entre Rab5 et Rab4 et diminue celle entre Rab4 et Rab11, favorisant le recyclage rapide du récepteur de la transferrine (TfR) (de Renzis et al., 2002). De plus, elle est impliquée dans la formation et la maturation des mélanosomes via son interaction avec Rab4. En effet, Rab4 régule le transport de protéines cargos comme la PMEL (pre-melanosomal protein), la tyrosinase (TYR) et la TYRP1 (tyrosinase-related protein 1) des endosomes précoces vers les mélanosomes, un organite intracellulaire ressemblant aux lysosomes contenus dans les mélanocytes (Nag et al., 2018). Au niveau de la peau et des yeux, la maturation des mélanosomes est essentielle à la coloration et à la photoprotection (Wasmeier et al., 2008). La Rab4 active se lie tout d’abord à la Rabenosyn-5 dans les endosomes, puis le duo interagit avec la protéine adaptatrice 3 (AP-3), responsable du transport vers les lysosomes ou compartiments connexes et la protéine motrice KIF3 (Kinesin-like protein). Par la suite, le complexe peut

(via Rabaptin-5) dans les mélanosomes afin d’engendrer les processus de formation des fibrilles et de production de mélatonine (Nag et al., 2018).

Rab4 joue un rôle important dans la translocation du transporteur de glucose de type 4 (GLUT4) dans les adipocytes et les cardiomyocytes (Cormont et al., 1996) de même que les cellules musculaires squelettiques (Bryant et al., 2002). L’insuline stimule le transport du glucose dans les muscles et les tissus adipeux en promouvant la translocation de GLUT4 des compartiments intracellulaires de réserve vers la membrane plasmique (Mari et al., 2006). Elle favorise également l’échange du GDP pour le GTP sur la Rab4, la rendant ainsi active et apte au transport antérograde de GLUT4. En absence d’insuline, GLUT4 est internalisé puis trié vers des compartiments spécifiques où il sera emmagasiné jusqu’à une prochaine utilisation. L’interaction de Rabip4/4’ avec Rab4 permet le triage de GLUT4 au compartiment d’emmagasinage par les voies endosomales de recyclage (Mari et al., 2006).

Certaines protéines effectrices relient les voies Rab4- et Rab11-positives. Par exemple, la protéine GRIPAP1 (GRIP1-associated protein1, aussi appelée GRASP1) promeut la maturation des endosomes Rab4 positifs en endosomes de recyclage Rab11 positifs. Cette protéine endosomale spécifique aux neurones interagit avec la protéine GRIP1 (Glutamate receptor interacting protein 1) et forme un complexe avec les récepteurs à l’AMPA. Au niveau des neurones, le recyclage endosomal est une étape clé pour l’apport des récepteurs à l’AMPA aux synapses glutamatergiques. Ces récepteurs sont importants pour une transmission synaptique rapide, c’est pourquoi ils sont continuellement régulés par les mécanismes d’endocytose et de recyclage (Chiu et al., 2017). La protéine RCP (Rab coupling protein, connue aussi comme Rab11FIP1) interagit également avec Rab4 et Rab11 au niveau des phagosomes. Elle interagit plus fortement avec la Rab11, qu’elle soit active ou non, tandis que son interaction avec la Rab4 dépend de la liaison de cette dernière au GTP. Les cellules phagocytaires nécessitent un relargage rapide de constituants membranaires afin de générer des vésicules de phagocytose. En interagissant avec les Rab11 et 4, RCP régule l’absorption de particules étrangères à éliminer et le recyclage membranaire respectivement (Damiani et al., 2004).

Une étude basée sur le cancer du sein associe les processus d’endocytose et d’exocytose Rab5- et Rab4-dépendants à la dissémination tumorale via un mécanisme d’invasion protéolytique (Frittoli et al., 2014). L’invasion des cellules tumorales dépend de

leur capacité à franchir la membrane basale et à remodeler la matrice extracellulaire (MEC). Afin de faciliter cette migration, les cellules cancéreuses ont développé certaines stratégies invasives dont l’une est la formation d’invadosomes (Kedziora et al., 2016). D’ailleurs, ces cellules clivent de façon protéolytique la MEC via la libération dirigée de protéases par les invadosomes (Hotary et al., 2006; Itoh et Seiki, 2006). Dans cette étude, les auteurs montrent que la Rab5A est nécessaire à la formation de ces invadosomes en réponse à des facteurs de croissance comme le facteur de croissance épidermique (EGF) et le facteur de croissance des hépatocytes (HGF) en régulant le trafic intracellulaire de protéines cargos essentielles à leur maturation telles que la MT1-MMP (membrane-type 1

matrix metalloprotease) et l’intégrine 3 (Frittoli et al., 2014). La MT1-MMP est d’abord

internalisée grâce à l’action de la Rab5 puis, lorsqu’il y a formation d’invadosomes, la métalloprotéase est recyclée par la voie de recyclage rapide Rab4-dépendant. Les voies d’internalisation et de recyclage sont couplées via la liaison d’une protéine effectrice commune aux deux Rab GTPases, soit la Rabenosyn-5 (Frittoli et al., 2014). Comme mentionné, les invadosomes sont également formés d’intégrines. Malgré que plusieurs y soient localisées, un rôle plus important a été attribué aux intégrines 1 et 3 (Destaing et

al., 2011). Parmi celles-ci, seule l’intégrine 3 se retrouve dans les invadosomes formés via

l’action des Rab5 et Rab4, ce qui suggère qu’elle est acheminée aux invadosomes conjointement avec la MT1-MMP (Frittoli et al., 2014). Le rôle joué par la Rab4 dans le recyclage de ces deux protéines est crucial à la dissémination tumorale puisqu’une déplétion de cette Rab GTPase altère la protéolyse de la matrice ainsi que le comportement invasif des cellules du cancer du sein. En effet, dans les cas de carcinomes du sein invasif, la Rab4 est la Rab GTPase qui est la plus fréquemment amplifiée afin d’augmenter leur potentiel métastatique (Frittoli et al., 2014).

Finalement, une autre étude associe Rab4 à la pathologie du lupus érythémateux disséminé (LED), une maladie systémique auto-immune chronique caractérisée par une altération de l’homéostasie des mitochondries dans les cellules T marquée par une accumulation de celles-ci (Caza et al., 2014). Le renouvellement normal et continuel des mitochondries dans ces cellules implique un transport endosomal adéquat régulé par Rab4/HRES-1. En effet, Rab4/HRES-1 agit comme protéine régulatrice sélective de

des organelles (Caza et al., 2014). L’autophagie est un mécanisme fondamental pour la survie cellulaire et un dysfonctionnement de celle-ci mène à l’apparition de plusieurs maladies comme les maladies neurodégénératives, les cancers et les maladies inflammatoires comme le LED (Talaber et al., 2014). Cette macroautophagie, ou mitophagie, est initiée par la translocation de Drp1 du cytosol à la mitochondrie, ce qui engendre la fission, la fragmentation et la dégradation lysosomale de cette dernière. Dans les cas de LED, une augmentation du transport endosomal de Drp1 vers les lysosomes est observée. Cette hausse de dégradation de Drp1, causée par une surexpression de Rab4/HRES-1 qui régule son transport endosomal dans les cellules T, crée une accumulation de la masse des mitochondries (Talaber et al., 2014). En effet, la dégradation de Drp1 favorise les mécanismes de fusion mitochondriale augmentant ainsi leur masse, en plus de contribuer à la production d’anticorps antinucléaire et à l’apparition de néphrite contribuant à la pathogenèse du LED (Caza et al., 2014). La surexpression de Rab4/HRES- 1 à l’origine de cette pathogenèse suggère que cette Rab GTPase serait une cible potentielle pour de futurs traitements.

En somme, Rab4 est une protéine très importante pour le transport vésiculaire au niveau de la cellule et un dysfonctionnement de celle-ci entraîne des conséquences marquantes pour le bien-être du corps humain. Il est donc crucial d’en étudier les fonctions et d’en savoir le maximum sur ses partenaires d’interactions et sur les protéines qui contrôlent son activation.