Deux motifs sont reconnus pour détecter le pathogène et activer l’autophagie. Ce sont les « eat-me signal » et ils sont reconnus par des adaptateurs permettant le recrutement de LC3 et l’activation de l’autophagie sélective (Boyle and Randow, 2013) (Figure 11).
1- Signaux « Eat-me »
Ubiquitine
Le premier signal « eat-me » décrit est l’ubiquitine. En effet, lors de leur entrée dans le cytoplasme de nombreux pathogènes dont les bactéries intracellulaires sont ubiquitinés (Collins et al., 2009 ; van Wijk et al., 2012). Ceci implique des E3 ubiquitine ligases cellulaires. Cependant, les enzymes activées et les types d’ubiquitination ajoutés diffèrent en fonction du pathogène (Casanova, 2017). Il est ainsi suggéré lors d’une infection bactérienne par Salmonella thyphimurium que l’ubiquitine ligase LRSAM1 soit impliquée (Huett et al., 2012), mais les mécanismes de recrutement et d’activation de LRSAM1 ainsi que le substrat de cette ubiquitination restent mal connus (Kohler and Roy, 2017). D’autres ubiquitine ligases sont également décrites pour leur rôle dans l’autophagie sélective dirigée contre les
Introduction
56 pathogènes telles que SMURF1 (Orvedahl et al., 2011), Parkin (Manzanillo et al., 2013) et la famille des TRIM (Sparrer and Gack, 2018). Les mécanismes d’activation et substrats de ces ligases restent également peu connus (protéines de surface du pathogène ? protéines cellulaires associées aux pathogènes ?) (Boyle and Randow, 2013) mais l’ubiquitination est une étape clef, nécessaire pour restreindre la prolifération des pathogènes (Celli, 2012). Différentes chaînes d’ubiquitine peuvent être associées aux pathogènes, notamment de type K48 et K63 (Grumati and Dikic, 2018).
Galectine
Le second signal « eat-me » est le recrutement des galectines (Gal). Les Gal sont des senseurs présents dans le cytosol qui détectent les β-galactosides (Varki et al., 1999). Ces sucres sont principalement présents dans les régions intra-luminales et sont donc normalement absents du cytosol (Randow and Youle, 2014). Or, le cycle infectieux de la plupart des pathogènes induit une étape de rupture membranaire afin d’atteindre le cytosol, ce qui entraîne l’exposition de ces galactosides (Dupont et al., 2009). Ils sont alors reconnus comme un signal de danger par les Gal1, Gal3, Gal8 et Gal9 (Thurston et al., 2012). A l’heure actuelle, seule la Gal8 a été impliquée dans l’activation de l’autophagie en réponse aux pathogènes bactériens (Thurston et al., 2012) et viraux (Montespan et al., 2017). L’implication des autres Gal dans ce processus reste à être déterminée (Boyle and Randow, 2013).
Ces deux signaux « eat-me » sont reconnus par les adaptateurs afin d’activer l’autophagie pour dégrader le cargo ainsi marqué.
2- Adaptateurs
Différents adaptateurs sont ainsi décrits dans l’autophagie sélective et sont regroupés sous le terme SLR (Sequestosome Like Receptor), ils comprennent : p62 (aussi nommé sequestosome 1) et son paralogue NBR1, NDP52 et son paralogue Tax1BP1, et l’optineurine (Randow and Youle, 2014).
Tous ces adaptateurs contiennent un motif LIR (LC3 Interacting Region) qui permet de recruter tous les membres de la famille LC3 ainsi qu’un motif de liaison à l’ubiquitine (UBA) (Zaffagnini and Martens, 2016). Parmi ces adaptateurs, NDP52 fait figure d’exception car c’est le seul à présenter un motif de reconnaissance des galectines (Kim et al., 2013) (Figure 12).
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57 de
Figure 11: L’autophagie sélective
Le cargo à dégrader est reconnu selon deux signaux, nommés signaux « eat-me » :
(i) la rupture de membrane qui expose des β-galactosides, menant au recrutement de Gal8. (ii) l’ubiquitination du cargo
Ces signaux induisent le recrutement d’adaptateurs permettant l’interaction avec LC3.
Figure 12: Les différents domaines des adaptateurs de l’autophagie sélective
Les adaptateurs présentent des motifs d’interactions avec LC3 (LIR), ainsi qu’un domaine d’interaction avec l’ubiquitine (UBA).
NDP52 a un LIR particulier (cLIR) qui lui permet d’interagir spécifiquement avec LC3-C. NDP52 possède également un domaine UBA et un domaine d’interaction avec Gal8 (GalR).
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58 p62 et NBR1
p62 est le premier adaptateur de l’autophagie identifié chez les mammifères et a d’abord été décrit pour son rôle dans la dégradation d’agrégats protéiques (Pankiv et al., 2007). Depuis, son rôle dans l’autophagie dirigée contre les pathogènes a été mis en évidence pour les bactéries (Zheng et al., 2009) et les virus (Sumpter and Levine, 2011). Le domaine UBA de p62 interagit préférentiellement avec les chaînes d’ubiquitine de type K63 (Gomes and Dikic, 2014) et son interaction avec l’ubiquitine est favorisée par sa phosphorylation (Pilli et al., 2012). En plus des domaines UBA et LIR conservés entre tous les adaptateurs, p62 présente des domaines permettant son interaction avec des partenaires cellulaires tels que TRAF6 ou les protéine kinase C atypiques, connectant p62 à l’activation de l’immunité innée et notamment celle du facteur de transcription NF-κB (Trocoli and Djavaheri-Mergny, 2011).
Quant à NBR1, son rôle dans l’autophagie dirigée contre les pathogènes est controversé. Ainsi, NBR1 est recruté lors d’infection par Salmonella typhimurium mais n’est pas indispensable pour l’activation de l’autophagie (Zheng et al., 2009). NBR1 peut interagir directement avec p62 (Lamark et al., 2003) et participe à la dégradation des agrégats protéiques (Odagiri et al., 2012) et des peroxysomes (Deosaran et al., 2013).
NBR1 et p62 sont eux même substrats de l’autophagie (Leyva-Paredes et al., 2016) et le niveau de p62 dans la cellule peut être suivi comme marqueur de la dégradation par autophagie (Klionsky et al., 2016).
Optineurine (OPTN)
Cet adaptateur reconnaît spécifiquement l’ubiquitine et présente également une différence d’affinité pour l’ubiquitine en se liant aux chaînes de type K63 mais pas aux chaînes K48 (Gleason et al., 2011). Le rôle de l’OPTN dans l’autophagie sélective est notamment décrit dans le contexte de la dégradation de mitochondries (Wong and Holzbaur, 2014) mais il présente également une fonction dans la dégradation de bactéries (Wild et al., 2011). L’affinité de l’OPTN pour LC3 est faible mais elle est augmentée par sa phosphorylation (Wild et al., 2011). La kinase impliquée dans cette modification post-traductionnelle est TBK1, et le rôle de cette kinase sera détaillé plus tard dans ce chapitre.
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59 NDP52 et Tax1BP1
NDP52 est le seul adaptateur à reconnaître Gal8 et donc à répondre aux signaux de danger induits par les ruptures de membrane (Boyle and Randow, 2013). Cet adaptateur présente également un domaine d’interaction avec LC3 non canonique (cLIR) permettant son interaction spécifique avec la forme LC3-C (von Muhlinen et al., 2012) (Figure 12). NDP52 présente une fonction essentielle dans la dégradation de bactéries comme Salmonella typhimurium, notamment en recrutant la kinase TBK1 (Thurston et al., 2009) qui est nécessaire pour l’activation de l’autophagie en réponse à l’infection bactérienne.
Le rôle de Tax1BP1 dans l’activation de l’autophagie sélective est peu décrit et semble surtout impliqué dans les étapes de maturation de l’autophagosome. Ceci se fait par l’interaction de Tax1BP1 avec la myosine VI (Tumbarello et al., 2012). La myosine VI permet de lier les autophagosomes à la voie d’endocytose, via le système ESCRT, afin de favoriser leur fusion avec les lysosomes (Tumbarello et al., 2013). NDP52 et l’OPTN sont également décrits pour avoir cette fonction (Tumbarello et al., 2012). Cette étape est essentielle pour la maturation des autophagosomes et l’élimination de pathogènes dont Salmonella thyphimurium (Verlhac et al., 2015 ; Tumbarello et al., 2015).
Tous ces adaptateurs en se liant spécifiquement aux signaux « eat-me » permettent de recruter LC3 et d’activer l’autophagie. Cependant les mécanismes par lesquels les adaptateurs transmettent le signal de dégradation aux facteurs de l’autophagie (ULK1, Beclin1) sont encore en cours d’étude notamment chez la levure (Vlahakis and Debnath, 2016).