Trafic vésiculaire
Adaptines : AP-3

Sommaire

adaptines (AP ou Adaptor Protein) sont une famille de complexes hétérotétramères apparentés qui fonctionnent comme des revêtements pour le tri des cargos de protéines membranaires intégrales dans le système endomembranaire.

Elles engagent et accumulent des cargos sur une membrane source en se liant aux signaux de tri situés dans les domaines cytoplasmiques du cargo.
Elles recrutent une couche externe et/ou d'autres protéines accessoires pour générer des transporteurs qui facilitent la livraison du cargo à sa destination.

AP-3 joue un rôle unique dans le tri des cargaisons vers les LRO Lysosome-Related Organelles), et des mutations dans les gènes codant pour deux sous-unités AP-3 chez l'homme provoquent des formes rares de syndrome de Hermansky-Pudlak ou HPS (The road to lysosome-related organelles: Insights from Hermansky-Pudlak syndrome and other rare diseases 2019).

Structure de AP-3

AP-3, comme les autres AP, est un hétérotétramère stable et se compose des quatre sous-unités d'adaptine δ, β3, μ3 et σ3. Les gènes qui codent pour ces sous-unités sont hautement conservés tout au long de l'évolution eucaryote avec des orthologues de la levure à l'homme.

Complexes AP-3
(Figure : vetopsy.fr d'après Ammann et coll)

1. Les hommes expriment :

une adaptines δ, partageant 81 % d'identité et 88 % de similarité au niveau des acides aminés,
deux β3 (β3A et β3B),
deux μ3 (μ3A et μ3B),
deux ς3 (ς3A et ς3B).

Chez les mammifères, chacune des sous-unités β3, μ3 et σ3 a deux variantes et forment deux complexes.

Le complexe AP-3A est formé par δ, β3A et μ3A et l'une ou l'autre des sous-unités σ (σ3A ou σ3B) est exprimé de manière ubiquitaire dans la plupart des tissus et cellules (AP-3: an adaptor-like protein complex withubiquitous expression1997).
Le complexe neuronal AP-3B est formé par l'expression des sous-unités β3B et μ3B qui s'assemblent formant avec δ et σ3A ou σ3B pour fonctionner dans le tri du cargo vers les vésicules synaptiques et les cellules neuroendocrines (Roles of BLOC-1 and Adaptor Protein-3 Complexes in Cargo Sorting to Synaptic Vesicles 2009).

Localisation et trafic des adaptines
(Figure : vetopsy.fr d'après Park et Guo)

2. Des mutations dans les gènes codant pour les sous-unités δ ou β3A provoquent des défauts dans la biogenèse des LRO et, dans certains cas, à des défaillances dans le tri des cargos vers les lysosomes (Mutations in AP-3D1 associated with immunodeficiency and seizures define a new type of Hermansky-Pudlak syndrome 2016).

Fonctions

AP-3, protéine de manteau

1. AP-3 est localisé principalement dans les endosomes précoces chez les mammifères, bien qu'il fonctionne dans le tri des protéines du Golgi chez la levure (Localization of the AP-3 adaptor complex defines a novel endosomal exit site for lysosomal membrane proteins 2005).

AP-3 est recruté sur les membranes au moins en partie par l'association avec la petite GTPase Arf1 et éventuellement avec PI(3)P (Protein Networks Supporting AP-3 Function in Targeting Lysosomal Membrane Proteins 2008).

La sous-unité μ3A d'AP-3 reconnaît les signaux de tri à base de tyrosine dans le domaine cytoplasmique du cargo, protéines destinées aux lysosomes ou aux LRO (Structural Basis for the AP-3 Recognition of Tyrosine-based Sorting Signals by the μ3A Subunit of the AP-3 Adaptor Complex 2013),
L'interface de l'hémicomplexe des sous-unités σ et δ se lie aux signaux de tri à base de dileucine.

2. AP-3, comme AP-1 et AP-2, s'associe à la clathrine pour le bourgeonnement des endosomes.

AP-3 est nécessaire pour le transport de cargos spécifiques :

vers les endosomes tardifs ou les lysosomes dans les cellules dépourvues de LRO (Lysosome Related Organelles ou organites liés aux lysosomes),
vers les mélanosomes, une catégorie de LRO, dans les mélanocytes.

Liaison de YXXØ à μ2 et μ3A
(Figure : vetopsy.fr d'après Mardones et coll)

Toutefois, un pool d'AP-3 dépourvu de clathrine associé à la membrane est facilement détectable par microscopie, et une déplétion aiguë des chaînes légères de la clathrine n'a pas perturbé la formation de vésicules AP-3 dans les cellules PC12 (Chemical-genetic disruption of clathrin function spares adaptor complex 3–dependent endosome vesicle biogenesis 2013).

3. Les composants correspondants de AP-1 et AP-2 reconnaissent des signaux similaires, avec certaines préférences spécifiques au complexe basées sur la séquence et le contexte (Differential recognition of a dileucine-based sorting signal by AP-1 and AP-3 reveals a requirement for both BLOC-1 and AP-3 in delivery of OCA2 to melanosomes 2012 et The γ/σ1 and α/σ2 Hemicomplexes of Clathrin Adaptors AP-1 and AP-2 Harbor the Dileucine Recognition Site 2007).

AP-3 pourrait fonctionner à la fois dans des voies dépendantes et indépendantes de la clathrine.

AP-3, tri des cargos dans les LRO

AP-3 est engagé dans la biogenèse des LRO Lysosome-Related Organelles) par son rôle dans le tri des protéines jusqu'aux mélanosomes en maturation par plusieurs voies.

Tri dans les mélanosomes

1. Un cargo critique pour AP-3 dans les cellules pigmentaires est la tyrosinase (TYR), une protéine membranaire intégrale qui catalyse les étapes limitantes de la synthèse de la mélanine dans les mélanosomes.

TYR porte un signal de tri basé sur le motif dileucine dans son domaine cytoplasmique C-terminal nécessaire pour le transport vers les mélanosomes en maturation (ou vers les lysosomes lors de l'expression ectopique dans d'autres types de cellules (A Cytoplasmic Sequence in Human Tyrosinase Defines a Second Class of Di-leucine-based Sorting Signals for Late Endosomal and Lysosomal Delivery 1999).
Toutefois, TYR est aussi capable de se lier à AP-1 et AP-2.

Trafic des cargos vers le mélanosome
(Figure : vetopsy.fr d'après Bowman et coll)

2. Une deuxième voie est vraisemblablement dépendante d'AP-1, et aussi d'AP-3 pour certains cargos, en les faisant transiter par les tubules membranaires dérivés d'endosomes pour rejoindre les mélanosomes.

TYRP1 (TYR related Protein 1), une autre protéine mélanosomiale, ne se lie pas avec AP-3 et TYRP1 n'est pas mal trié dans les mélanocytes déficients en AP-3. (AP-3 Mediates Tyrosinase but Not TRP-1 Trafficking in Human Melanocytes 2001). TYRP1 et ATP7A, transporteur de cuivre dépendant de l'ATP nécessaire à l'importation du cofacteur TYR, n'engagent qu'AP-1.
OCA2, canal chlorure spécifique des cellules pigmentaires nécessaire pour neutraliser les mélanosomes acides, lui, utilise AP-1 et AP-3 pour faciliter son transport sur cette voie.
En outre, une petit nombre de TYR est correctement triée vers les mélanosomes dans les mélanocytes déficients en AP-3, probablement en s'engageant avec AP-1 (AP-1 and KIF13A coordinate endosomal sorting and positioning during melanosome biogenesis 2009).

Le mécanisme pourrait être le suivant.

BLOC-1 et la kinésine KIF13A, recrutée dans les endosomes par AP-1, sont nécessaires pour générer les tubules le long des microtubules,.
Le tri des cargos sur cette voie est assuré par AP-1 et/ou AP-3. TYRP1 et ATP7A n'engagent qu'AP-1, tandis que AP-1 et AP-3 facilitent le transport d'OCA2 sur cette voie.
BLOC-2 est nécessaire pour diriger les transporteurs tubulaires vers les membranes des mélanosomes, et Rab32/38 pourraient également jouer un rôle dans cette étape.
La livraison de fret nécessite une fusion transitoire des transporteurs tubulaires avec des membranes mélanosomes médiées par le v-SNARE, VAMP7 et un complexe t-SNARE non identifié.

3. Une troisième voie vésiculaire distincte vers les mélanosomes part de l'appareil de Golgi et nécessite Rab6 pour transporter DCT (dopachrome tautomérase) et MART1 (ou MLNA).

4. Enfin, certains cargos sont recyclés via des tubules qui dérivent des membranes des mélanosomes de manière dépendante de BLOC-3 et Rab32/Rab38 ( BLOC-3 et VAMP7).