Autophagie
Macroautophagie
Formation de l'autophagosome
Fermeture du phagophore

La biogenèse des autophagosomes implique plusieurs processus :

• l'initiation du phagophore au niveau des omégasomes,
• sa nucléation,
• son élongation,
• sa fermeture pour former un autophagosome (Sealing holes in cellular membranes 2021).

Fermeture du phagophore

1. Les mécanismes de fermeture des autophagosomes sont encore débattus à l'heure actuelle, mais elle est provoquée par une fission (Autophagosome closure requires membrane scission 2015).

La fermeture du phagophore correspond à un processus au cours duquel les membranes autophagiques interne et externe deviennent des entités distinctes (Phagophore closure, autophagosome maturation and autophagosome fusion during macroautophagy in the yeast Saccharomyces cerevisiae 2023).

2. La fermeture des autophagosomes fait intervenir plusieurs acteurs :

• GABARAP,
• le complexe ESCRT.

GABARAP

Lors de déplétion d'ATG8 :

• les autophagosomes ouverts s'accumulent,
• la dégradation de la membrane autophagosomale interne est significativement retardée et, par extension, celle des cargos, probablement en raison de la fermeture incomplète des bords de l'autophagosome (The ATG conjugation systems are important for degradation of the inner autophagosomal membrane 2016).

1. Ainsi, les machines de conjugaison, et par extension les protéines GABARAP, sont importantes pour une fermeture efficace et une fission de la membrane autophagosomale interne et externe au bord du phagophore.

La manière dont elles contribuent à la fermeture est obscure, mais semble être spécifique à la sous-famille GABARAP.

• La déplétion de toutes les LC3 n'a eu aucun effet sur le flux autophagique, mais il a été inhibé par la déplétion de tous les GABARAP (Atg8 family LC3/GABARAP proteins are crucial for autophagosome–lysosome fusion but not autophagosome formation during PINK1/Parkin mitophagy and starvation 2016).
• Les protéines ATG8 pourraient être impliquées dans le recrutement de protéines contenant des motifs LIR nécessaires à la fermeture du phagophore (Structural and functional analysis of the GABARAP interaction motif (GIM) 2017).

2. L'interaction d'ATG2A/2B, par son motif LIR, avec GABARAP est essentielle à la fermeture du phagophore, en ligne avec l'accumulation observée de structures autophagiques non fermées contenant plusieurs protéines d'autophagie dans les cellules dépourvues d'ATG2 ( rôle d'ATG2 dans la fermeture de l'autophagosome et partenaires d'Atg2).

Remarque : la déplétion en WIPI4 provoque également des structures ouvertes de phagophore, mais elles sont morphologiquement différentes de celles générées après la déplétion d'ATG2A/B2 ( rôle des WIPI).

3. En outre, il semble que les protéines LC3 et GABARAP possèdent des propriétés d'attache et de fusion membranaires (LC3 and GATE-16 N Termini Mediate Membrane Fusion Processes Required for Autophagosome Biogenesis 2011).

Il n'est toujours pas clair de savoir si cette fonction est nécessaire à la fission de la membrane de phagophore, mais il a été proposé que les protéines GABARAP puissent combler une partie du pore de fission pour faciliter la fermeture des organites.

GABARAPL1 lipidé s'accumule au niveau des sites membranaires de forte courbure et d'apposition membranaire, i.e. site idéal pour un pore de fission (GABARAP Like-1 enrichment on membranes: Direct observation of trans-homo-oligomerization between membranes and curvature- dependent partitioning into membrane tubules 2018).

Complexe ESCRT

1. La fermeture du phagophore semble impliquer les processus canoniques dépendants du complexe ESCRT.

Le processus est semblable à celui de la formation de corps multivésiculaires (MVE/MVB), du bourgeonnement du virus à partir de la membrane plasmique et de la cytokinèse (The ESCRT Machinery: Remodeling, Repairing, and Sealing Membranes 2022).

a. Le ciblage de VPS37A, un des composants du sous-complexe ESCRT-I sur le phagophore, par le biais de son domaine N-terminal PUEV (putative ubiquitin E2 variant), i.e. domaine unique parmi les quatre homologues VPS37 de mammifères, s’avère nécessaire à la complétion de l’autophagosome et favorise le recrutement transitoire des composants du sous-complexe ESCRT-III (VPS37A directs ESCRT recruitment for phagophore closure 2020) :

• 

  CHMP2A régule la séparation des membranes interne et externe du phagophore (An autophagy assay reveals the ESCRT-III component CHMP2A as a regulator of phagophore closure 2018).
• CHMP4B/Snf7, en amenant les deux membranes du bord d’attaque du phagophore à proximité immédiate pour permettre cette séparation (ESCRT-mediated phagophore sealing during mitophagy 2019).

b. Vient ensuite, la dépolymérisation de l’ESCRT-III par Vps4 (Vacuolar Protein Sorting 4) qui contient un domaine catalytique AAA+ ATPase essentiel au fonctionnement des complexes ESCRT.

Remarque : l’inhibition de la fermeture de la membrane par la déplétion de CHMP2A ou l’inhibition de VPS4 accumule VPS37A sur le phagophore.

Ces observations suggèrent que VPS37A coordonne le recrutement d’un ensemble unique de composants de la machinerie ESCRT pour la fermeture du phagophore dans les cellules de mammifères.

2. ESCRT-I serait recruté, du moins chez la levure, par l'interaction de CHMP4B/Snf7 avec Atg17/FIP200, une sous-unité du complexe ULK/Atg1, en tant que régulateur en amont (Autophagosome closure by ESCRT: Vps21/RAB5-regulated ESCRT recruitment via an Atg17-Snf7 interaction 2019).

Cette interaction nécessiterait Rab5/Vps21, car la déplétion, ainsi que celle de ESCRT, inhibe la fermeture (Rab5-dependent autophagosome closure by ESCRT 2019).

3. Le rôle essentiel des ESCRT dans la fermeture des autophagosomes est mis en évidence par le fait que la déplétion des ESCRT provoque l’accumulation d’autophagosomes ouverts et une altération de l’autophagie.

Toutefois, il semble que le flux autophagique ne soit pas complètement aboli, ce qui suggère qu’une partie des autophagosomes peut se fermer en l’absence d’une machinerie ESCRT intacte (Rab5-dependent autophagosome closure by ESCRT 2019).

Les autophagosomes non fermés accumulés peuvent tout de même, bien que plus lentement, acquérir la syntaxine 17 (STX17) et sont encore capables de fusionner avec des lysosomes (An autophagy assay reveals the ESCRT-III component CHMP2A as a regulator of phagophore closure 2018).

Certains auteurs suggèrent que les autophagosomes ouverts sont incapables de fusionner avec les lysosomes, ou du moins sous certaines conditions (Phagophore closure, autophagosome maturation and autophagosome fusion during macroautophagy in the yeast Saccharomyces cerevisiae 2023).

4. Comme la dégradation de la membrane interne est aussi altérée, le phénotype de la perte ESCRT est remarquablement similaire à celui du déficit de la conjugaison ATG (The ATG conjugation systems are important for degradation of the inner autophagosomal membrane 2016).

La membrane interne de l'autophagosome non fermé acquiert LAMP1 (Lysosomal-associated membrane protein 1) après fusion lysosomale, qui ne peut normalement pas se produire dans le cas d'un autophagosome complètement fermé.

• Or, la partie intraluminale des protéines LAMP est fortement glycosylée, ce qui est censé protéger les membranes lysosomales des hydrolases qui digèrent normalement les composants membranaires (The entry of unclosed autophagosomes into vacuoles and its physiological relevance 2022).

• 

  Le retard de dégradation de la membrane interne autophagosomale dans les cellules déficientes en conjugaison ESCRT ou ATG pourrait être très probablement la conséquence de l'acquisition de LAMP1 et/ou de lipides lysosomaux et pourrait expliquer l'accumulation d'autophagosomes observée dans les cellules déplétées en ESCRT (ESCRT-III Dysfunction Causes Autophagosome Accumulation and Neurodegeneration 2007).

Remarque : TRAPPC11 du complexe TRAPP-III serait aussi impliqué dans la femeture des autophagosomes ( complexe TRAPP-III et autophagie).

La déplétion de TRAPC11 se traduit par un phénotype similaire à celui des KO de l'ATG2A/B et de l'ATG2A-mLIR.

Et après la fermeture de l'autophagosome ?

1. Une fois l’autophagosome formé, la maturation des autophagosomes nécessite différents processus pour que la fusion endosomes tardifs (LE)/lysosomes puisse survenir.

2. La syntaxine17 (STX17), impliquée dans la fusion des autophagosomes avec les lysosomes, n’est recruté semble-t-il que quand l’autophagosome a été scellé.

Maturation de l'autophagosome