Mise à jour:


BC4223 Mécanismes moléculaires

Trafic intracellulaire des protéines

2 Déplacement des vésicules

Pour aller directement à la page:

Lodish et al (2003) Molec. Biol Cell, pp.707-22

 

 


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Trafic.2.1  Fission des vésicules 

description générale

GTPase 

Mécanisme à base de clathrine

Protéines impliquées: clathrine, adaptine


Cavéoles

Trafic.2.2 Déplacement et aiguillage des vésicules

Rôle du CSQ

Mécanisme d'aiguillage

Trafic 2.3  Fusion des vésicules

Déplacement et aiguillage des vésicules

Fis

3.2.1

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Fission en vésicules

(Bourgeonnement)


reconaissance de protéines de la membrane du compartiment source (membrane donneuse) devant être incluses dans la vésicule

formation d'une enveloppe protéique autour d'un puits et d'une vésicule

détachement de la vésicule de la membrane d'origine

relargage de l'enveloppe protéique et formation d'une vésicule simple

 

(déplacement la vésicule résultante et fusion sur le compartiment cible)



Phénomène controlé par des protéines spécialisées

Requiert énergie

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Principaux systèmes connus

clathrine: membrane plasmique -> vésicule de découplage ou lysosomes ou endosome=> rétrograde

                  Golgi trans -> endosome => antérograde

COPII: RER -> Golgi cis -=> antérograde

COPI: Golgi cis -> RER => rétrograde




Etapes:

1- recrutement de quelques clathrines par une protéine déjà associée sur membrane (AP180, epsine, amphiphysine)
ces clathrines serviront de point de départ pour la formation d'une cage

2- liaison de l'adaptine sur les récepteurs chargés

3- liaison de clathrine sur adaptine => formation de vésicules enveloppées
formation étape pas étape d'un puits enveloppé jusqu'à l'étape finale ou le puits n'est retenu sur la membrane que par un mince filet

4- dynamine coupe la membrane (cou du puit) pour que le puits enveloppé au stage final de formation devienne une vésicule enveloppée

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Composantes de base d'une vésicule/puits enveloppé

protéines de l'enveloppe (clathrine + adaptine, COPII,COPI): armature, courbure, liaison avec récepteur chargé, GTPase

cargo: matériel transporté

récepteur: liaison spécifique avec cargo, liaison (si chargé) avec enveloppe

GTPase: fourniture énergie au processus, régulation (ARF = clathrine, COPI; Sar1 => COPII)

V-SNARE (vesicule-soluble NSF-attachment protein receptor): identification de la source de la vésicule, liaison avec T-SNARE (sur la cible)

 

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Role de la GTPase

Plusieurs protéines de même famille impliquées dans controle de formation de vésicules: SAR, ARF, RAB

Petite protéine: environ 20 kDa

 

Soluble dans le cytoplasme si complexée avec GDP (GTPase•GDP)

Echange GDP/GTP par facteur d'échange associé à la membrane

facteur d'échange

GTPase•GDP + GTP GTPase•GTP + GDP

GTPase•GTP: changement conformationel, déploiment du bout N-terminal hydrophobe

ancrage de GTPase•GTP sur la membrane donneuse

interaction protéine enveloppe avec GTPase•GTP et récepteur chargé


ce cycle se reproduit pour chaque protéine d'enveloppe ce qui entraine la formation puis le détachement de la vésicule

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quand l'enveloppe est complète la vésicule enveloppée se détache de la membrane donneuse

le démantellement de l'enveloppe se fait par les réactions inverses

auto-hydrolyse du GTP par la GTPase

GTPase

GTPase•GTP GTPase•GDP + Pi

repliment du bout hydrophobe N-terminal

détachement de la GTPase•GDP de la membrane de la vésicule

détachement de la protéine de l'enveloppe de la membrane vésiculaire

cela se reproduit pour chaque protéine de l'enveloppe, ce qui entraine le démantellement completde l'enveloppe et la production d'une vésicule sans enveloppe capable de se fusionner sur la membrane réceptrice

 

 

 

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Mécanisme à base de clathrine

 mieux connu  => mécanisme à haute capapcité

Récepteur membranaire

  • protéine transmembranaire
  • partie extracellulaire a affinité avee ligand

partie cytoplasmique a affinité avec molécule adaptatrice (adaptine) 

    seulement lorsque le récepteur est chargé (séquence d'internalisation)  ?

 

 

 

ARF: GTPase dont le role et mécanisme vus précédemment

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Adaptine

  • interagit avec récepteur chargé
  • recrutement de la clathrine
  • interagit avec clathrine

 

Clathrine

  • affinitté avec certaines protéines G (ancrage initial sur la membrane)
  • affinité avec adaptine
  • peut former des complexes (cages) avec d'autres clathrines
  • courbure de la membrane (en "tirant" peu à peu une vésicule)

 

Au fur et à mesure que les ligands s'attachent à des récepteurs, ceux-ci se lient à des adaptines, ces dernières se lient à des clathrine qui "tirent" sur la membrane pour former un puits enveloppé.

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Les clathrines continuent de tirer sur la membrane jusqu`à la formation presque complète d'une vésicule enveloppée (puits enveloppé très prononcé).

La séparation finale de la molécule de la membrane se ferait grace à des dynamines qui se polymérisent autour du "cou" de la vésicule et qui "coupent" la vésicule du reste de la membrane (phénomène consommant du GTP)

action de la dynamine 

En même temps ou immédiatement après la rupture et la formation de la vésicule l'enveloppe autour de la vésicule est complète et il y a apparition de la vésicule enveloppée libre dans le cytoplasme. 

 


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La vésicule migre plus vers l'intérieur du cytoplasme (le long de microtubules????)

L'enveloppe autour de la vésicule se démantèle et un endosome apparait. Les triskélions et l'adaptine peuvent alors recommencer leur role.

Le démanellement est lié à l'hydrolyse du GTP par ARF (GTPase) tel que vu prédemment

 

 

Le processus peut impliquer dans une même vésicule plusieurs récepteurs et ligands différents pourvus qu'ils aient une destination commune (e.g. vésicule de découplage)

 

Le démantèlement de l'enveloppe de clathrine nécessite de l'ATP, conférant une directionalité au processus.

 

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Clathrine

chaine lourde (HC)

  • 180 kDa
  • environ 50 nm
  • recourbé (courbure d'une sphère)
  • sensible aux protéase (charnière)
  • forme des triskélions et des cages
  • interaction avec ATPase
  • interaction avec adaptine et ARF•GTP
  • courtes hélices disposées ± perpendiculairement à l'axe des domaines (entassées au niveau proximal), plus éloignée au niveau distal

chaine légères (LC)

  • 35-40 kDa
  • 2 formes distinctes (LCa et LCb)
  • tige hélicoïdale (10 heptades)
  • bouts non hélicoïdaux
  • interaction avec partie proximale des chaines lourdes

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triskélions ("trimères de clathrine")


  • hexamères: 3 chaines lourdes + 3 chaines légères
  • structure recourbée
  • capacité de former des cages de clathrine
  • 3 pattes (chaque chaine lourde + la chaine légère)
  • Forme non planaire

structure partie proximale de la chaine lourde

 

Triskélion

assemblage de 3 chaines lourdes ayant chacune un domaine terminal (boucle), distal et proximal

les pattes du triskélions sont composées d'une chaine lourde

chaque clathrine est associée à deux autres au niveau du pivot ("hub)

le point de courbure entre les domaines terminaux et distaux est appelé charnière

 

 

 

 Marsh et McMahon (1998) Science 285: 215 (fig. 1C)

 boucle => s'attacher sur l'adaptine

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Cages de clathrine

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les triskélions ont la capacité de s'imbriquer un dans l'autre

sphère d'environ 50-100 nm de diamètre

par exemple in vitro: 36 triskélions -> sphère de 12 pentagones + 8 hexagones (+ autres variantes possibles)

in vivo: 60 triskélions = 20 hexagones + 12 pentagones pour atteindre la courbure observée in vivo

les domaines proximaux de 3 triskélions forment une arrête d'un coté de chaque polygones

chaque coté de polygone est déliminité par 2 pattes et chaque patte contribue à deux cotés

les pattes sont imbriquées ensemble 

arretes sont constituées des pattes proximales (2) et distales (2):   D - P - P - D

On peut former des cages in vitro sans autres composantes: processus +/- spontané

visualiser une cage et sa formation


 

 

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Adaptine

aussi appelée particule d'assemblage (assembly particle), AP2, HA2, complexe 100/50)

plusieurs sous-unités

  • a: 50 kDa
  • b: 105 kDa
  • m
  • s

organisées en polymères a2 b2 m2 s2

 

Marsh et McMahon (1998) Science 285: 215 (fig. 3)

 

capacité d'interagir avec clathrine (boucle terminale) au niveau d'une "oreille"

capacité d'interagir avec la partie cytoplasmique des récepteurs (séquence d'internalisation) via sous-unité u2 de la base

YxxΦ  = tyr- x-x-(gros acide aminé hydrophobe)

autres combinaisons possibles   W x x L  =  trp - x - x - leu

capacité d'agir avec d'autres protéines au niveau d'une autre "oreille"

structure de base du complexe

 

 

plusieurs types: AP1, AP2, CGA dont les roles et distinctions sont peu comprises

 


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Mécanisme

composantes impliquées

récepteurs (sur membrane)

clathrine (triskélions) (solubles dans le cytoplasme)

adaptine (AP2) (solubles dans le cytoplasme)

dynamine (solubles dans le cytoplasme)

EPS15 (solubles dans le cytoplasme)

amphiphysine (solubles dans le cytoplasme)

 

Marsh et McMahon (1998) Science 285: 215 (fig. 2)

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cage de clathrine = ± 50 nm de diam, vésicule membranaire en que telle environ 40 nm de diam.

ATPase nécessaire pour le démantellement des cages

=> mécanisme est irréversiblement unidirectionnel

internalisation seulement des récepteurs ayant une séquence d'internalisation dans une conformation spécifique (=> exclusion des autres protéines membranaires)

 

même modèle pour certains autres processus de fission de membrane intracellulaires (mais pas tous)

clathrine ± semblable à COP ("coat protein) du golgi

adaptine ± semblable à AP1

 

 

 

 

 

 

 

 

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 Cavéoles

microdomaines de la membranes
fortement impliqués dans les activités de signalisation cellulaire

riches en cholestérol

riches en ac. gras longs ( ac. arachidonique)

riches en protéines impliquées dans la signalisation

présence de protéines palmoylées (SRC)

récepteurs (varie selon type cell.) EGF, EGFP, insuline

striatine: protéine de support ("scaffold")

mécanisme dinternatlisation à base de cavéoles ?????????   douteux

systèmes grande capacité: NON

système à faible capacité

élimination des récepteurs chargés

??????????

3.2.2

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Déplacement et aiguillage des vésicules

 Rôle du CSQ

  

Microtubules servent de rails sur lesquel les vésicules se déplacent

 

Moteurs moléculaires:

kinésine: centre vers périphérie (centrifuge, rétrograde)

dynéine cytoplasmique: périphérie vers centre (centripète, antérograde)

 

(Hirokawa (1998) Science 279:519-26, fig 4b)

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Mécanisme d'aiguillage

bonne vésicule doit livrer le bon contenu ("cargo") vers la bonne destination et revenir (vide) à son point de départ pour recommencer le cycle

 

 

exemples:

mb plasmique -> endosome: clathrine + AP2 (retour à l'origine?)

golgi -> lysosome: clathrine + AP1 (retour à l'origine?)

RER -> golgi cis: COP (+ retour à l'origine))

entre les citernes du Golgi -> COP (+ retour à l'origine)

 

modèle d'un mécanisme général d'aiguillage

certaines parties des fonctions sont fournies par les protéines impliquées dans la fusion et la fission des vésicules

 

 

 

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3.2.3

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Fusion des vésicules

 

processus complexe ayant à surmonter de nombreux obstacles

  • têtes les phospholipides ont souvent la même charge => répulsion électrosatique
  • protéines membranaires ayant un effet stérique bloquant interaction directe des membranes
  • bris de deux membranes stables et mélange de parties hyrophile et hydrophobes => thermodynamiquement défavorisé

mécanisme commence à être compris depuis 2-3 ans mais encore confus à cause du grand nombre de protéines impliquées

basé sur des protéines SNARE

SNARE: soluble NSF-attachment protein receptor (NSF = N-ethylmaleimide sensitive fusion protein)

 

famille v-SNARE ("vesicule-SNARE"): sur la vésicule (VAMP, etc. ) = marqueur de destination

famille t-SNARE ("target-SNARE") : sur le compartiment de destination (cible ou receveur) = récepteur du marqueur de destination

v- et t- SNARE

  • fournissent une reconnaissance initiale correcter entre vésicule et destination
  • débutent le processus d'arrimage

 

les SNARE permettent l'interaction entre la vésicule

 

protéines SNAP: permettent la fusion des deux membranes (celle de la vésicule et celle du compartiment de destination)

autres protéines complètent le processus: complexe SNARE (synaptobrévine, syntaxine, SNAP-25), a-SNAP, b-SNAP)

 

Role de du Ca: important mais mal compris

Régulation par certains messagers chimiques (PIP2....)

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modèle général simplifié

 

 

 

 

 

un modèle de la fusion des vésicules présynaptiques

 

 

mécanisme de fusion des membranes

Adaptable adaptors for coated vesicles Margaret S Robinson Trends in Cell Biology

BC4223

Page de Didier Gauthier

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