L’endocytose indépendante de la clathrine et des cavéoles

En plus de l’endocytose dépendante des cavéoles, d’autres voies d’internalisation clathrine indépendantes mais nécessitant l’action de la dynamine ont également été décrites. Ainsi, des études ont mis en évidence que le récepteur à l’interleukine-2 (IL-2) s’internalise par l’intermédiaire de petites invaginations de membranes non recouvertes de manteau (Lamaze et al., 2001; Sauvonnet et al., 2005; Subtil et al., 1994). Cette voie est dépendante du cholestérol et on retrouve ces invaginations au niveau de radeaux lipidiques (Lamaze et al., 2001). Ces vésicules possèdent une taille (50 à 100nm) et une concentration de récepteurs conservées, sous-entendant l’implication de protéines encore non identifiées dans le recrutement de ces récepteurs au niveau du site d’endocytose. Cette voie semble être également dépendante de la polymérisation de l’actine et des protéines RhoA et Rac1 (Grassart et al., 2008; Lamaze et al., 2001; Sauvonnet et al., 2005). Le récepteur à l’EGF (Epidermal Growth Factor) a été décrit comme étant endocyté de manière clathrine dépendante. Néanmoins, il semblerait qu’en présence de concentration élevée d’EGF, ce récepteur emprunte également d’autres voies d’internalisation indépendantes de la clathrine et des cavéoles (Lund et al., 1990; Sigismund et al., 2005). D’autres voies indépendantes de la clathrine ont également été décrites dont la voie flotiline qui permet l’internalisation de phase fluide, de différentes protéines dont CD59 (Ait-Slimane et al., 2009) et également des protéoglycanes (Payne et al., 2007). On retrouve également la voie CLIC/GEEC (Clathrin Independant Carrier/ GPI-AP (GlycosylPhosphatidylInositol Anchored Proteins) enriched Early Endosomal Compartments). Cette voie permet, par l’intermédiaire de protrusion en forme de tubules, l’internalisation de protéines possédant une ancre GPI. Elle est dépendante du cholestérol et de sphingolipides (Chadda et al., 2007; Sharma et al., 2004) mais n’est pas associée à un manteau protéique (Kirkham et al., 2005). Des études ont également montré que l’actine est un acteur majeur de la régulation de cette voie initiée par le recrutement de GBF1 (Golgi-specific Brefeldin Aresistance guanine nucleotide exchange factor 1) (Gupta et al., 2009), un facteur d’échange pour les petites protéines G de la famille Arf, qui va permettre par l’intermédiaire d’une voie de signalisation en aval d’Arf1 le recrutement de la machinerie de polymérisation de l’actine. Arf1 activé par GBF1 va recruter la protéine ARHGAP10 (Rho GTPase Activating Protein 10) à L’endocytose indépendante de la clathrine et des cavéoles 27 la membrane plasmique (Kumari and Mayor, 2008) qui va réguler l’activité de la protéine Cdc42 (Cell division control protein 42 homolog) et permettre le recrutement de la protéine WASP (Wiskott–Aldrich Syndrome Protein) permettant la polymérisation de l’actine (Chadda et al., 2007). Il a également été mis en évidence le rôle d’une protéine à domaine BAR dans ce processus. La protéine GRAF1 (GTPase regulator associated with focal adhesion kinase-1) se trouve colocalisée avec les cargos de cette voie dans des cellules Hela (Lundmark et al., 2008). De plus, par une approche de siRNA, il a été mis en évidence que la diminution d’expression de GRAF1 dans les cellules perturbait cette internalisation. Néanmoins son rôle précis n’est pas encore défini. GRAF1 pourrait agir en contrôlant l’activité de Cdc42 par l’intermédiaire de son domaine RhoGAP, mais pourrait également participer à la déformation de la membrane grâce à son domaine BAR (Figure 14).

L’endocytose à grande échelle

Il existe également des voies d’endocytose à grande échelle qui permettent l’internalisation de molécules de grandes tailles dans des vésicules pouvant aller jusqu’à 2µm de diamètre. Ces voies regroupent la macropinocytose et la phagocytose. La macropinocytose est provoquée par la formation de protrusions membranaires qui vont fusionner pour former de grandes vésicules irrégulières, appelées macropinosomes (Johannes and Lamaze, 2002). Les macropinosomes sont des structures dynamiques qui permettent l’internalisation de molécules de grandes tailles comme par exemple des bactéries. La phagocytose, quant à elle, est utilisée par des cellules spécialisées comme les macrophages, les cellules dendritiques et les neutrophiles. Elle permet également l’internalisation de grosses molécules comme des bactéries ou des cellules à l’intérieur des phagosomes, médiée par différents récépteurs. Elle s’effectue à partir de pseudopodes qui vont s’étendre autour du corps étranger et l’englober (Flannagan et al., 2012). Les petites protéines G de la famille Rho, en régulant la machinerie de polymérisation de l’actine (Beemiller et al., 2010; Higgs and Pollard, 2000; Innocenti et al., 2005), jouent un rôle majeur dans ces deux processus. Par différentes voies de signalisation, les récepteurs à la surface des cellules vont permettre l’activation des protéines Rho, Rac et Cdc42. Ces dernières vont pouvoir ainsi recruter le complexe Arp2/3 qui va permettre le branchement de filaments d’actine au niveau du complexe de phagocytose (Figure 15).

Les protéines à domaine BAR

Les cellules eucaryotes sont caractérisées par une multitude de processus physiologiques impliquant la déformation de membrane, comme par exemple l’endocytose, l’exocytose, l’angiogenèse ou la migration cellulaire. Dans la majorité des cas le remodelage dynamique de la membrane nécessite l’association réversible de protéines possédant des capacités de déformation et notamment des protéines de la superfamille à domaine BAR. A. Structure Le domaine BAR (Bin/Amphiphysin/Rvs) a été identifié comme étant un domaine très conservé, partagé par les protéines de levure Rvs161 et Rvs167 (Reduced viability after starvation) et les protéines de mammifères Amphiphysin et Bin (bridging interactor) (David et al., 1994). Il est composés de 3 hélices α en coiled-coil qui se dimérisent (Peter et al., 2004) et forment ainsi une surface chargée positivement qui va être capable d’interagir avec les phospholipides chargés négativement des membranes cellulaires. Ils sont généralement trouvés associés à un second site de liaison aux phospholipides comme une hélice α amphypatique, à un domaine PH ou un domaine PX (Phox homology domain) (Figure 16) (Safari and Suetsugu, 2012). Bien qu’il n’existe pas un motif de séquence caractéristique, au niveau structural les domaines BAR sont assez bien conservés. Ils possèdent une géométrie caractéristique en forme de «banane» leur permettant de sentir les courbures et/ou de déformer les membranes. Il existe 3 types différents de domaines BAR possédant des degrés de courbures variables: les domaines BAR/N-BAR, les domaines F-BAR (Fer-cyp4 Homology) et les domaines I-BAR (inverted) (Figure 17) (Frost et al., 2009; Qualmann et al., 2011). 

Fonctions

Les protéines à domaine BAR possèdent également des domaines d’interaction protéineprotéine, permettant l’association à différents partenaires nécessaires à leur fonction. Ainsi de nombreuses protéines à domaine BAR sont capables d’interagir via leur domaine SH3 avec des protéines possédant des domaines riches en Proline, comme notamment les protéines N-WASP (Neural Wiskott–Aldrich Syndrome Protein), WASH (Wiskott–Aldrich syndrome protein and SCAR homologe) et WAVE (Wasp family Verprolin homologous protein) impliquées dans la polymérisation de l’actine (McMahon and Gallop, 2005). Les protéines à domaine BAR sont des régulateurs de la déformation de la membrane, intervenant aussi bien dans la formation d’invaginations que de protrusions. De nombreuses études ont mis en évidence que l’endophiline (Itoh and De Camilli, 2006; Peter et al., 2004) et la syndaptine (Wang et al., 2009), possédant respectivement des domaines N-BAR et FBAR, induisent la formation de tubules sur des liposomes. Les domaines I-BAR permettent la formation de filopodes. La protéine IPSp53, suite à son interaction avec Cdc42, est recrutée à la membrane plasmique et induit, grâce à sa courbure convexe et au recrutement des facteurs de polymérisation de l’actine, la formation des filopodes (Ahmed et al., 2010). De nombreuses protéines à domaine BAR sont impliquées dans l’endocytose dépendante de la clathrine. En effet, des études ont mis en évidence le rôle de ces protéines à différentes étapes de la formation de la vésicule. Ainsi la protéine FCHO (Fer/Cip4 Homology domainOnly) semble impliquée dans les étapes précoces de la formation de la vésicule en s’associant au PIP2 et initiant la déformation de la membrane par l’intermédiaire de son domaine F-BAR (McMahon and Boucrot, 2011). Les protéines à domaine N-BAR amphiphysine, SNX9 (Sorting Nexin 9) et endophiline interviennent également dans ce processus de déformation membranaire mais aussi dans les étapes tardives en permettant le recrutement de la dynamine nécessaire à la fission de la vésicule. Au cours de ma thèse, je me suis plus particulièrement intéressée à l’endophiline.