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Groupe des transférases (EC 2)
Lipides kinases
Phosphatidylinositol Kinases (PI-kinases)
Phosphatidylinositol 3-kinases (PI3K) : PI3KC3-CI

Sommaire

PIK3C3 forme à lui seul la classe III de la une famille des PI3K, kinases, phosphatidylinositol kinases (PIK ou PI-Kinases) capables de phosphoryler le groupe hydroxyle en position 3 du cycle inositol des phosphoinositides.

PIKC3, Vps34 chez la levure, forment deux complexes :

PI3KC3-CI impliqué dans la formation des autophagosomes,
PIKC3-CII localisé dans les membranes endosomales.

Complexe Vps34/PIK3C3 chez la levure
(Figure : vetopsy.fr d'après Reidick et coll)

PI3KC3-CI

Dans le complexe PI3KC3-CI, Vps34 est responsable de la production de PI(3)P sur les membranes impliquées dans la formation des autophagosomes, appelées membranes pré-autophagosomales (La formation de l’autophagosome 2017).

Structure du complexe

PI3KC3-CI, outre Vps34, Vps15/p150 et Vps30/Beclin1 comprend deux autres protéines, appelées ATG (AuTophaGy-related protein) :

Atg14/BARKOR,
Atg38/NRBF2.

Vous pouvez lire : Emerging roles of ATG proteins and membrane lipids in autophagosome formation (2020) et Phosphoinositide 3-kinases as accelerators and brakes of autophagy (2013) et Structural pathway for allosteric activation of the autophagic PI 3-kinase complex I (2019).

Atg14

1. Atg14/ATG14 ou BARKOR est indispensable pour la localisation et l'assemblage appropriés de la machinerie autophagique spécifique sur le site, car il recrute Atg5 et Atg8 dans les membranes de la structure pré-autophagosomale (PAS ou Pre-Autophagosomal Structure), qui contiennent également Atg1, Atg2 et Atg16 (Membrane-binding domains in autophagy 2019) .

Atg14 possède un domaine BATS (Barkor/Atg14(L) autophagosome-Targeting Sequence ) à son extrémité C-terminale, domaine sélectif pour la liaison aux membranes fortements incurvées (Autophagosome targeting and membrane curvature sensing by Barkor/Atg14(L) 2011 et Membrane-binding domains in autophagy 2019)

Structure de PIK3C3-C1 — Structure de PIK3C3-CI
(Figure : vetopsy.fr d'après Young et coll)

2. Atg14 pourrait :

soit favoriser le trafic vésiculaire par le tri des composants du PAS,
soit permettre la production de PI(3)P dans le PAS naissant, pour sa liaison aux protéines nécessaires à l'autophagie.

Atg38/NRBF2

1. Atg38/NRBF2, entre en interaction avec Vps34 et Atg14 par son domaine MIT N-terminal (NRBF2 regulates macroautophagy as a component of Vps34 Complex I 2015)

Le domaine MIT est localisé à la base du bras droit, à l'arrière du complexe dans la vue standard.
MIT interagit fortement avec la partie centrale du domaine hélicoïdal de VPS15, les portions N-terminales de Beclin1 et Atg14.

Atg38/NRBF2 pourrait :

stabiliser les interactions (Ubiquitination and phosphorylation of Beclin 1 and its binding partners: Tuning class III phosphatidylinositol 3-kinase activity and tumor suppression 2012),
améliorer l'activité de VPS34, même si son rôle est controversé (Dynamics and architecture of the NRBF2-containing phosphatidylinositol 3-kinase complex I of autophagy 2016).
être le lien qui incorpore le complexe CI aux réseaux de signalisation ou aux membranes (Characterization of Atg38 and NRBF2, a fifth subunit of the autophagic Vps34/PIK3C3 complex 2016).

Domaine C-terminal de Atg38/NRBF2 et dimérisation
(Figure : vetopsy.fr d'après Ohashi et coll et Young et coll)

2. Atg38/NRBF2 dimérise PI3KC3-CI via son domaine C-terminal pour former des complexes dodécamères (Characterization of Atg38 and NRBF2, a fifth subunit of the autophagic Vps34/PIK3C3 complex 2016 et Dynamics and architecture of the NRBF2-containing phosphatidylinositol 3-kinase complex I of autophagy 2016).

La dynamique intra-domaine joue un rôle clé pour réguler l'activité de Vps34 car les domaines hélicoïdal et kinase, par leur flexibilité, peuvent faire adopter à PI3KC3-CI plusieurs conformations (Vps34 Kinase Domain Dynamics Regulate the Autophagic PI 3-Kinase Complex 2017).

Pourcentage de conformations résolues de PI3KC3-C1 — Pourcentage de conformations résolues de PI3KC3-CI
(Figure : vetopsy.fr d'après Sjepanovic et coll)

Rôle de Vps34 dans l'autophagie

En outre, il semblerait que Vps34 pourrait réguler négativement l'autophagie par plusieurs processus.

Activation de mTORC1 par Vps34
(Figure : vetopsy.fr d'après Takahra et coll)

1. Vps34 détecterait les acides aminés par l'augmentation du taux de Ca⁺⁺ intracellulaire qui conduit à la liaison directe de la Ca⁺⁺/calmoduline (CaM) à Vps34, ce qui déclenche la production de PI(3)P à partir du phosphatidylinositol (Amino Acids Activate mTOR Complex 1 via Ca2+/CaM Signaling to hVps34 2008).

Ce processus fait débat car certains auteurs pensent que c'est Vps15 qui, rappelons-le possède un domaine protéine kinase, dont on ne sait pas s'il est actif ou pas (pseudokinase), même si Vps34 peut se lier à la CAM (hVps15, but not Ca2+/CaM, is required for the activity and regulation of hVps34 in mammalian cells 2009)

2. L'augmentation de PI(3)P par Vps34 recrute la phospholipase D1 (PLD1), via son domaine PX, dans les lysosomes, ce qui provoque la production de d'acide phosphatidique (PA) et l'activation de mTORC1 (Class III PI-3-kinase activates phospholipase D in an amino acid–sensing mTORC1 pathway 2011 et Amino acid-dependent control of mTORC1 signaling: a variety of regulatory modes 2020).

3. Rab5A, régulateur de la production de PI3P par Vps34 est probablement impliquée dans l'activation de mTORC1 (Rab5 Proteins Regulate Activation and Localization of Target of Rapamycin Complex 1 2012),

En plus, mTORC1 :

inhibe spécifiquement l'autophagie en favorisant PI3KC3-CI (Regulation of PIK3C3/VPS34 complexes by MTOR innutrient stress-induced autophagy 2013),
active PI3KC3-CII, via la phosphorylation de Vps38/UVRAG pendant le processus de reformation autophagosome-lysosome après récupération lors de famine (mTOR activates the VPS34–UVRAG complex to regulate autolysosomal tubulation and cell survival 2015).

Par conséquent, les différents complexes Vps34 ont non seulement des effets opposés dans la cellule, mais peuvent potentiellement se réguler négativement.