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Aperçu des mécanismes de l’endocytose

L’absorption de nutriments et d’autres molécules est fondamentale à la survie des cellules. Une étude européenne a examiné le mécanisme grâce auquel les cellules régulent l’internalisation des macromolécules et des nutriments.
Aperçu des mécanismes de l’endocytose
La membrane cellulaire constitue l’interface entre les cellules et leur microenvironnement. Elle gère un certain nombre de processus vitaux tels que la communication entre les cellules, l’attachement aux matrices extracellulaires et le mouvement. Afin d’absorber les nutriments et les molécules de signalisation, les cellules utilisent un processus d’internalisation et de transport appelé endocytose dépendante de la clathrine (EDC).

Bien que le dérèglement de l’EDC est impliqué dans diverses maladies, le mécanisme régulant ce processus n’est que peu connu. Les scientifiques du projet CME-REG financé par l’UE ont essayé de définir le mécanisme qui déclenche ce processus, en se concentrant sur les composantes centrales clés: les lipides de la membrane plasmique, la charge à transporter et les protéines adaptatrices. «Notre objectif était de disséquer les étapes de l’endocytose et d’identifier les principaux facteurs déterminants de régulation qui pourraient être également la cause de certaines maladies associées à une défaillance de signalisation cellulaire», explique la Dr Zuzana Kadlecova, coordinatrice du projet.

Régulation de l’EDC

Lors de l’EDC, afin de pénétrer dans les cellules, les nutriments et les macromolécules s’attachent aux récepteurs dans des zones spécifiques de la partie extérieure de la membrane cellulaire. L’absorption ultérieure s’effectue dans de petites vésicules recouvertes à l’extérieur par un manteau protéique de clathrine. L’imagerie des cellules vivantes montre que le processus de l’EDC commence par la localisation de la clathrine et d’autres protéines adaptatrices de la région cytoplasmique dans des puits tapissés de clathrine (CCP).

Pour capturer et analyser la dynamique du processus de l’EDC, les scientifiques ont élaboré un plan de travail utilisant une imagerie quantitative par fluorescence des cellules vivantes de la membrane basale dans des cellules qui présentent de faibles modifications de la séquence de la principale protéine endocytique, l’AP2. L’AP2 est l’une des protéines les plus conservées au cours de l’évolution, tant chez les levures que chez les êtres humains, et les études biochimiques précédentes ont révélé que les complexes AP2 jouent un rôle bien déterminé dans la création de structures CCP. Étonnamment, l’AP2 peut changer instantanément de forme et modifier en même temps sa fonction et localisation. Toutefois, l’ordre des étapes impliquées dans le passage de l’AP2 vers son mode actif, prêt à agir et à capturer la charge, restait inexpliqué jusqu’à présent.

Grâce aux analyses des cellules vivantes au microscope, les chercheurs ont pu visualiser des milliers de CCP en même temps. Des algorithmes de suivi des particules et des analyses mathématiques complexes ont également été utilisés, afin d’analyser en détail les étapes de l’EDC et les changements de conformation séquentiels qui activent l’AP2 pour lancer et stabiliser la formation des CCP.

L’équipe a découvert que la charge attachée à l’AP2 est absolument nécessaire pour la stabilisation du puits croissant dans la membrane plasmique, ainsi que pour sa maturation. Les cellules avec des mutations dans les sous-unités AP2 spécifiques ont manifesté une polymérisation de la clathrine considérablement plus faible dans les régions CCP, en mettant clairement en évidence l’importance des sites de fixation caractéristiques pour l’activation de l’AP2.

Les conclusions du projet CME-REG étayent le modèle du changement de conformation de l’AP2, où la protéine passe d’un état fermé à charge inaccessible à une conformation active ouverte. Les résultats du projet démontrent que la régulation de l’AP2 gère ces changements de conformation et est responsable de la stabilisation des CCP naissants.

Impact des résultats

Grâce à une approche fortement interdisciplinaire, les scientifiques du projet CME-REG ont réussi à comprendre les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la régulation des étapes initiales de l’EDC. La Dr Kadlecova a pu expliquer en temps réel comment l’AP2 organise la sélection de la charge à internaliser et identifier son rôle en tant que conducteur ou ensemble CCP, de sa formation jusqu’à sa fin.

Bien que les résultats du projet soient obtenus au niveau de la cellule, ils peuvent être probablement extrapolés aux situations in vivo. Comme l’AP2 joue un rôle indispensable dans le développement embryonnaire normal, les résultats offrent des connaissances fondamentales sur les phénomènes se produisant en début de vie. Il est important de souligner que ces conclusions fournissent une base pour la compréhension de l’étiologie moléculaire de nombreuses maladies associées à l’endocytose altérée.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

CME-REG, endocytose dépendante de la clathrine (EDC), AP2, puits tapissés de clathrine (CCP)