Constituants cellulaires
Cytosquelette : microfilaments d'actine
Nucleation-Promoting Factors (NPF) : membres

Les autres protéines de nucléation sont :

• la formine, dans la formation des longs microfilaments d'actine,
• les tandem-monomer-binding nucleator.

Toutefois, le complexe Arp2/3 possède à lui seul une faible activité de nucléation et doit être activé par un NPF (Nucleation-Promoting Factor), qui favorise les changements conformationnels nécessaires à son activité nucléatrice.

• Le complexe Arp2/3 génère des réseaux ramifiés de microfilaments d'actine, une architecture qui joue un rôle majeur dans différents processus cellulaires.

Vue d'ensemble des NPF

Les NPF (Nucleation-Promoting Factors) Les NPF (Nucleation-Promoting Factors) peuvent être distingués en deux types selon leur mode d'interaction avec le complexe Arp2/3 et leur mécanisme d'activation.

Certains NPF, notamment JMY, possèdent également des activités sur l'actine indépendantes du complexe Arp2/3.

1. Cette classification en NPF de type I et de type II, surtout utilisée dans la littérature classique, reste utile pour distinguer leurs mécanismes d'action.

• Les NPF de type I (famille WASP), possédant un domaine VCA/WCA, activent directement le complexe Arp2/3 en favorisant son changement conformationnel et en lui apportant un monomère d'actine G qui participe à la nucléation du nouveau microfilament.
• Les NPF de type II, comme la cortactine, son homologue évolutif Abp1 chez la levure, et HS1 (Haematopoietic cell-specific protein 1), ne possèdent pas de domaine VCA/WCA et régulent le complexe Arp2/3 selon un mécanisme différent de celui des NPF de type I.

3. Les différents NPF présentent des localisations subcellulaires spécifiques, déterminées par leurs domaines d'interaction, leurs partenaires et les complexes multiprotéiques auxquels ils appartiennent (A Nucleator Arms Race : Cellular Control of Actin Assembly 2010 et Rôles de la clathrine dans la formation des lamellipodes 2011).

Famille WASP (NPF de type I))

La famille WASP (Wiskott-Aldrich Syndrome Protein) regroupe plusieurs familles de NPF qui activent le complexe Arp2/3 dans différents compartiments subcellulaires (WASP Family Proteins: Molecular Mechanisms and Implications in Human Disease 2022).

• Par exemple, WAVE génère des réseaux de microfilaments d'actine ramifiés au niveau du cortex cellulaire, notamment dans les lamellipodes.
• WASH génère des réseaux d'actine ramifiés à la surface des endosomes et autour des centrosomes.

Certains NPF, notamment WAVE et WASH, appartiennent à des complexes multiprotéiques qui contrôlent leur localisation subcellulaire et l'accessibilité de leur domaine VCA/WCA aux activateurs situés en amont (The Arp2/3 Regulatory System and Its Deregulation in Cancer 2018).

WASP et N-WASP

Les protéines WASP (Wiskott-Aldrich Syndrome Protein) et N-WASP (Neuronal WASP, codée par WASL) sont des NPF qui activent le complexe Arp2/3 et favorisent ainsi la formation de réseaux ramifiés de microfilaments d'actine, notamment au cours de :

• l'endocytose,
• la migration cellulaire
• différentes formes de remodelage du cytosquelette d'actine.

1. WASP, codée par WAS, est principalement exprimée dans les cellules hématopoïétiques, où elle participe notamment à l'organisation du cytosquelette d'actine nécessaire à la migration, à l'adhérence et aux fonctions immunitaires (Molecular difference between WASP and N-WASP critical for chemotaxis of T-cells towards SDF-1α 2015).

Les mutations du gène WAS sont responsables du syndrome Wiskott-Aldrich.

2. N-WASP, codée par WASL et beaucoup plus largement exprimée, intervient notamment dans :

• l'endocytose dépendante de la clathrine,
• le trafic vésiculaire,
• la formation de certaines protrusions membranaires dépendantes de l'actine.

Remarque : les Ena/VASP, à ne pas confondre avec les WASP, sont concentrés à la pointe des filopodes et aux points focaux des lamellipodes.

WAVE1/2/3

1. Les trois protéines WAVE, WAVE1, WAVE2 et WAVE3 (WASP-family verprolin-homologous proteins, homologues des protéines SCAR), sont des NPF du complexe Arp2/3 particulièrement impliqués dans la formation des réseaux ramifiés de microfilaments d'actine des lamellipodes.

a. Elles se présentent sous forme hétéropentamérique comme WASH avec quatre autres protéines (WAVE Regulatory Complex ou WRC) comme WASH (WASH and WAVE actin regulators of the Wiskott–Aldrich syndrome protein (WASP) family are controlled by analogous structurally related complexes 2010) :

• 

  WAVE proprement dit, correspond à WASH,
• Abi1/2/3 (Abelson Interactor) correspond à Fam21,
• BRK1/HPSC300 à CCDC53 (Purification and architecture of the ubiquitous Wave complex 2004).
• Sra1/CYFIP correspond à SWIP,
• NCKAP/Nap1 à la strumpelline.

b. L'absence d'un des composants déstabilise le complexe WAVE qui est dégradé par le protéasome.

2. Les trois protéines WAVE présentent des fonctions en partie distinctes, bien que l'activation du WRC soit notamment contrôlée par la petite GTPase Rac-1.

a. WAVE2 a un rôle majeur dans la formation et la dynamique des bords d'attaque des lamellipodes en aval de Rac1.

b. WAVE1 est impliquée dans  :

• la formation des replis membranaires dorsaux, CDR (Circular Dorsal Ruffles),
• l'organisation, selon le type cellulaire, de structures invasives riches en actine telles que les podosomes et des invadopodes.

c. WAVE3 participe également à la formation des CDR et peut favoriser la formation et l'activité des invadopodes, notamment dans certaines cellules tumorales.

Complexe WASH

Le complexe WASH, associé à d'autres complexes endosomaux, est essentiel au tri et au recyclage endocytaire d'une large gamme de protéines membranaires en contrôlant la polymérisation de réseaux ramifiés de microfilaments d'actine à la surface des endosomes ( complexes WASH et complexes endosomaux).

Le complexe WASH est un complexe pentamérique regroupant  :

• WASH proprement dit (WASHC1),
• Fam21 (WASHC2),
• CCDC53 (WASHC3),
• SWIP (WASHC4),
• la strumpelline (WASHC5).

WHAMM

WHAMM (WASP Homolog Associated with Actin, Membranes and Microtubules) est un NPF associé aux membranes du réticulum endoplasmique (RE) et de l'appareil de Golgi, qui interagit avec les microfilaments d'actine et les microtubules.

a. Par son activation du complexe Arp2/3 et son interaction avec les microtubules, WHAMM participe à l'organisation des membranes et au transport du réticulum endoplasmique vers l'appareil de Golgi (WHAMM is an Arp2/3 complex activator that binds microtubules and functions in ER to Golgi transport 2009).

b. WHAMM favorise également la formation de réseaux ramifiés de microfilaments d'actine à la surface des autolysosomes et participe ainsi à la tubulation des protolysosomes WHAMM initiates autolysosome tubulation by promoting actin polymerization on autolysosomes 2019).

JMY

JMY (junction-mediating and regulatory protein) est un NPF particulier qui possède également une activité intrinsèque de nucléation de l'actine grâce à ses domaines WH2 multiples (protéines à domaines WH2 multiples).

JMY peut ainsi favoriser la nucléation des microfilaments d'actine selon deux mécanismes :

• en activant le complexe Arp2/3 par son domaine VCA/WCA,
• directement, indépendamment d'Arp2/3, grâce à ses domaines WH2 multiples (p53-cofactor JMY is a Multifunctional Actin Nucleation Factor 2009).

Cortactine et HS1 (NPF de type II)

Les NPF de type II, comme la cortactine, son homologue évolutif Abp1 chez la levure et HS1 (Haematopoietic cell-specific protein 1) ne possèdent pas de domaine VCA/WCA et activent plus faiblement le complexe Arp2/3 .

• Ils se lient simultanément au complexe Arp2/3 et au microfilament (actine-F) et participent notamment à la stabilisation des ramifications ( protéines de stabilisation).
• Contrairement aux NPF de type I, ils ne recrutent pas directement un monomère d'actine G pour l'apporter au complexe Arp2/3.

Structure des NPF