Autophagie
Protéines de l'autophagie
Atg8/LC3/GABARAP : fonctions

Fonctions dans l'autophagie canonique

Les Atg8 participent aux étapes de la biogenèse de l'autophagosome :

• initiation, élongation et fermeture du phagophore,
• la maturation des autophagosomes, en vue de la fusion avec la vacuole/lysosome.

En outre, lors de l'autophagie sélective, le cargo est reconnu par un récepteur d'autophagie sélective (SAR), qui lie simultanément la cible et les composants de l'autophagosome, principalement les protéines de la famille Atg8, ce qui déclenche une chaîne d'événements aboutissant à sa séquestration dans les autophagosomes.

Vue d'ensemble

1. ATG8–PE, ATG8-II ou LC3-II est présent sur les membranes autophagiques naissantes, et est un marqueur standard pour les autophagosomes.

a. Toutefois, des autophagosomes peuvent encore se former dans les cellules déprivées :

• en LC3 (Autophagy of cytoplasmic bulk cargo does not require LC3 2015) et Atg8 family LC3/GABARAP proteins are crucial for autophagosome–lysosome fusion but not autophagosome formation during PINK1/Parkin mitophagy and starvation 2016),
• en ATG3, ATG5 ou ATG7 (The ATG conjugation systems are important for degradation of the inner autophagosomal membrane 2016).

b. les structures LC3-positives peuvent ne pas être des autophagosomes, car LC3 interagit avec (fonctions non conventionnelles d'ATG8) :

• des récepteurs de l'ubiquitine comme p62 (Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy 2016),
• des agrégats de protéines qui s'accumulent dans les cellules dans lesquelles l'autophagie est déficiente (LC3-positive structures are prominent in autophagy-deficient cells 2019).

2. La suppression des protéines LC3 et GABARAP, soit individuellement (LC3 ou GABARAP triple KO ou TKO) ou ensemble (LC3/GABARAP hexa KO), dans les cellules HeLa a précisé leurs rôles (Atg8 family LC3/GABARAP proteins are crucial for autophagosome–lysosome fusion but not autophagosome formation during PINK1/Parkin mitophagy and starvation 2016).

Les autophagosomes se forment dans les cellules hexa KO, mais ils sont :

• plus petits (Lipid Geometry and Bilayer Curvature Modulate LC3/GABARAP-Mediated Model Autophagosomal Elongation 2016).
• incapables de fusionner avec des lysosomes.

Fonctions dans la biogenèse des autophagosomes

1. Dans la formation des autophagosomes, les membres de la sous-famille de GABARAP seraient importants pour l'activation du complexe ULK/Atg1, mais les mécanismes sont encore obscurs (GABARAPs and LC3s have opposite roles in regulating ULK1 for autophagy induction 2020).

• 

  LC3B et LC3C réguleraient négativement l'activité ULK1 et la formation de phagophore.
• Les ATG8 interagiraient avec ULK1 et ATG13, mais pas avec FIP200 et le motif LIR est nécessaire pour cette association sur les autophagosomes.

2. Les GABARAP sont impliqués dans l'expansion membranaire par leur liaison directe au domaine LIR d'ATG2A et d'ATG2B ( interaction GABARAP/ATG2).

3. GABARAP intervient aussi dans la fermeture du phagophore ( GABARAP et fermeture du phagophore).

4. Le recrutement membranaire de PLEKHM1 (Pleckstrin Homology and RUN domain containing M1) de la famille SKIP, en interaction spécifique avec GABARAP, facilite le déplacement centripète des autophagosomes et leur attache aux lysosomes par le complexe HOPS en vue de la fusion.

Les cellules dépourvues de tous les GABARAP ne fusionnent pas.

5. Un autre rôle possible pour GABARAP dans la maturation des autophagosomes est de recruter une PI4-kinase, i.e. PI4KIIA, aux autophagosomes, conduisant à la génération de PI(4)P qui favorise la fusion des autophagosomes avec le lysosome (remplacement de PI(3)P par PI(4)P).

Autophagie sélective

Lors de l'autophagie sélective, le cargo est reconnu par un récepteur d'autophagie sélective (SAR), qui lie simultanément la cible et les composants de l'autophagosome, principalement les protéines de la famille Atg8, et déclenche une chaîne d'événements aboutissant à sa séquestration dans les autophagosomes.

1. LC3 est chargée de la reconnaissance du cargo par le biais de ses domaines LIR (LC3-interacting regions).

2. Plusieurs isoformes de LC3 coexistent dans la cellule (LC3-A, LC3-B ou LC3-C), et elles ne sont pas obligatoirement localisées sur les mêmes autophagosomes (Novel Insights into the Cellular Localization and Regulation of the Autophagosomal Proteins LC3A, LC3B and LC3C 2020).

Cela signe un rôle différent pour chacune d’entre elles, mais les différences doivent être précisées (Autophagosome Proteins LC3A, LC3B and LC3C Have Distinct Subcellular Distribution Kinetics and Expression in Cancer Cell Lines 2015).

Fonctions dans la CASM (Conjugation of ATG8 to Single Membranes)

Ces fonctions peuvent conduire à :

• l'autophagie non canonique au sens large, i.e. vers une fusion avec les lysosomes,
• la sécrétion vésiculaire, considérée comme une fonction non conventionnelle.

Autophagie non canonique

L'autophagie non canonique est une voie de signalisation associée au lysosome avec des fonctions clés.

1. L'autophagie non canonique par Atg8/LC3-II peut afficher divers profils.

a. La plus fréquente est appelée CASM, i.e. Conjugation of ATG8 to Single Membranes.

b. Récemment, une attache alternative d'ATG16L1, i.e. TECPR1, a été impliquée dans une autophagie dite aussi non canonique ( autophagie non canonique par TECPR1).

2. On peut y associer :

• la maturation des compartiments après la phagocytose associée à LC3 (LAP), l’endocytose associée à LC3 (LANDO), la macropinocytose associée à LC3 (LAM) et l'entose,
• les agents pharmacologiques et les agents pathogènes
• la voie cGAS-STING

Fonctions non conventionnelles

1. Les protéines de la famille ATG8 présentent elles-mêmes une activité d'attache et/ou de fusion qui expliquent leurs diverses fonctions, comme :

• la sécrétion de protéines, comme la sécrétion régulée (lysozyme, Glut4),
• la sécrétion Golgi-bypass (CFTR),
• l’autophagie sécrétoire, qui comprend, par exemple, la sécrétion de l’interleukine cytosolique 1 bêta ou IL-1β (Dedicated SNAREs and specialized TRIM cargo receptors mediate secretory autophagy 2016) et de l’enzyme dégradant l’insuline ou IDE (Insulin-degrading enzyme secretion from astrocytes is mediated by an autophagy-based unconventional secretory pathway in Alzheimer disease 2016),
• la libération d’exosomes,
• la formation de vésicules de réplication virale…

2. La LC3C lipidée est nécessaire, en coopération avec le TECPR2, pour maintenir les sites de sortie du réticulum endoplasmique (ERES) fonctionnels (TECPR2 Cooperates with LC3C to Regulate COPII-Dependent ER Export 2015).

• TECPR2 contient un domaine LIR qui se lie à LC3C lipidé pour lui fournir une ancre pour TECPR2 sur les membranes.
• Ce complexe d'échafaudage stabilise SEC24D dans une voie de sécrétion précoce, agissant comme un régulateur positif des vésicules COPII.

Les cellules de patients atteints d'HSP (Hereditary spastic paraplegias) déficientes en TECPR2 présentent une réduction de SEC24D et une exportation défectueuse de RE.

Fonctions dans l'UPS (Ubiquitin-Proteasome System)

ATG8 peut également reconnaître un motif d'interaction ubiquitine appelé site d'arrimage UIM (UDS ou UIM-docking site), similaire à la L8-I44-V70 de l'ubiquitine.

Ce motif peut reconnaître des substrats sélectifs tels que la sous-unité de protéasome, i.e. RPN10 (ATG8-binding UIM Proteins Define a New Class of Autophagy Adaptors and Receptors 2020).

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