Système endo-lysosomal
Complexe ESCRT : ESCRT-II et recrutement de ESCRT-III

Sommaire

Le complexe ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport ou complexe de tri endosomal requis pour le transport) est composé de 5 complexes :

ESCRT-0,
ESCRT-I,
ESCRT-II,
ESCRT-III,
Vps4 (Vacuolar Protein Sorting 4) qui contient un domaine catalytique AAA+ ATPase.

ESCRT-II

Structure du complexe ESCRT-II

1. ESCRT-II, hétérotétramère en forme de Y, est recruté par ESCRT-I et composé par (Endosome-Associated Complex, ESCRT-II, Recruits Transport Machinery for Protein Sorting at the Multivesicular Body 2002 et Integrated Structural Model and Membrane Targeting Mechanism of the Human ESCRT-II Complex 2008).

deux sous-unités EAP20 (VPS25),
une sous-unité EAP30 (VPS22),
une sous-unité EAP45 (VPS36).

2. Toutes ses sous-unités contiennent deux domaines WH (Winged Helix) en tête-bêche qui se superposent dans la structure.

3. EAP30/VPS22 et EAP45/VPS36 sont intimement liés, quatre et trois première hélices respectivement formant un vaste domaine hélicoïdal (HD) qui est le plus mobile de ESCRT-II.

ESCRT-II humain
(Figure : vetopsy.fr d'après Jun Im et Hurley)

EAP20/VPS25

1. Les deux sous-unités EAP20/VPS25 forment les deux branches du Y.

Interactions ESCRT-II/III
(Figure : vetopsy.fr d'après Im et coll)

2. Elles interagissent directement, par le domaine WH2 de leur partie C-terminale, avec le domaine N-terminal de la protéine CHMP6, homologue de Vps20 de la levure du complexe ESCRT-III (Structure and Function of the ESCRT-II-III Interface in Multivesicular Body Biogenesis 2009 et Human CHMP6, a myristoylated ESCRT-III protein, interacts directly with an ESCRT-II component EAP20 and regulates endosomal cargo sorting 2005).

EAP45/VPS36

La sous-unité EAP45/VPS36 de l'ESCRT-II est impliquée dabs plusieurs liaisons, en particulier par le domaine GLUE chez l'homme.

1. Elle se lie au domaine C-terminal de la sous-unité VPS28 de l'ESCRT-I.

par une hélice C-terminale au domaine GLUE - GRAM-Like Ubiquitin-binding de EAP45 -, chez l'homme,
par le domaine NZF1 de la levure (Integrated Structural Model and Membrane Targeting Mechanism of the Human ESCRT-II Complex 2008).

2. Elle entre en interaction avec l'ubiquitine :

le long d'un bord du β-sandwich de son domaine GLUE chez l'homme (Structural basis for ubiquitin recognition by the human ESCRT-II EAP45 GLUE domain 2006 et Integrated Structural Model and Membrane Targeting Mechanism of the Human ESCRT-II Complex 2008),
par le domaine NZF2 comme chez la levure

Liaison de ESCRT-II à la membrane endosomale
(Figure : vetopsy.fr d'après Jun Im et Hurley)

3. Le domaine GLUE se lie aussi aux phosphoinositides des membranes endosomales, i.e. en particulier à PI(3)P : il ressemble à un domaine PH avec une poche lipidique non canonique (ESCRT-I Core and ESCRT-II GLUE Domain Structures Reveal Role for GLUE in Linking to ESCRT-I and Membranes 2006).

EAP30/VPS22

La première hélice de EAP30/VPS22 cible également les phosphoinositides des membranes endosomales.

Le recrutement des complexes ESCRT-I et ESCRT-II va induire la déformation et le bourgeonnement de la membrane endosomale.

Recrutement de ESCRT-III

Dans les cellules de mammifères, ESCRT-I/II et ALIX sont deux points d'entrée partiellement redondants vers la scission membranaire médiée par ESCRT dans :

la biogenèse des vésicules intraluminales (ILV) et les endosomes ou corps multivésiculaires (MVE/MVB),
la cytokinèse,
le bourgeonnement viral.

ESCRT-I-II

1. La première voie utilise le complexe ESCRT-I/II très flexible pour recruter ESCRT-III vers les sites de scission en interagissant sur CHMP6 par plusieurs liaisons (ESCRT-II coordinates the assembly of ESCRT-III filaments for cargo sorting and multivesicular body vesicle formation 2010).

VPS28 de ESCRT-I interagit avec CHMP6/Vps20 (The Crystal Structure of the C-Terminal Domain of Vps28 Reveals a Conserved Surface Required for Vps20 Recruitment 2006 et Integrated Structural Model and Membrane Targeting Mechanism of the Human ESCRT-II Complex 2008),
les deux sous-unités EAP20/VPS25 de ESCRT-II qui imposent une orientation différente aux deux CHMP6 (Human CHMP6, a myristoylated ESCRT-III protein, interacts directly with an ESCRT-II component EAP20 and regulates endosomal cargo sorting 2005).

On pensait que l'affinité d'ESCRT-I et -II l'un pour l'autre en faisait des partenaires obligatoires, mais on sait maintenant que ESCRT-II a un rôle direct dans la cytokinèse (ALIX and ESC RT-I/II function as parallel ESC RT-III recruiters in cytokinetic abscission 2016 et Inhibition of ESCRT-II–CHMP6 interactions impedes cytokinetic abscission and leads to cell death 2014).

2. Le supercomplexe ESCRT-I/II se colocalise au col vésiculaire en bourgeonnement (Molecular Mechanism of Multivesicular Body Biogenesis by ESCRT Complexes 2010) et forme un assemblage de protéines en forme de selle, i.e. convexe par rapport à un axe et concave par rapport à l'autre.

ALIX

ALIX (Apoptosis-Linked gene-2 Interacting protein X, BRO1 ou PDCD6IP) est utilisé pour le deuxième voie (Etude du rôle de la protéine ALIX dans l’endocytose 2015).

ALIX assure la médiation du tri ESCRT des récepteurs couplés à une protéine G (GPCR) comme (Endo-lysosomal sorting of G-protein-coupled receptors by ubiquitin: Diverse pathways for G-protein-coupled receptor destruction and beyond 2019) :

PAR1, Protease-Activated Receptor (ALIX binds a YPX 3 L motif of the GPCR PAR1 and mediates ubiquitin-independent ESCRT-III/MVB sorting 2012)
le récepteur purinergique P2Y1 (ALIX Regulates the Ubiquitin-Independent Lysosomal Sorting of the P2Y1 Purinergic Receptor via a YPX3L Motif 2016).

ALIX intervient aussi dans la voie synténine/ALIX pour le ciblage spécifique d’une protéine transmembranaire dans les vésicules intraluminales (ILV) des endosomes ou corps multivésiculaires (MVE/MVB).

Structure d'ALIX

ALIX, qui fonctionne comme un homodimère, est composé par (A Crescent-Shaped ALIX Dimer Targets ESCRT-III CHMP4 Filaments 2009) de trois domaines.

Domaine Bro1 N-terminal

Interactions Bro1 d'ALIX et CHMP4
(Figure : vetopsy.fr d'après McCullough et coll )

Le domaine Bro1 N-terminal est incurvé et se lie à l'hélice C-terminale de la protéine CHMP4 de ESCRT-III sur un site de sa face concave, entre α5 et α6

Le domaine Bro1 et étudié dans : Structural Basis for Endosomal Targeting by the Bro1 Domain (2005), ALIX-CHMP4 interactions in the human ESCRT pathway (2008) et Structure of the Bro1 Domain Protein BROX and Functional Analyses of the ALIX Bro1 Domain in HIV-1 Budding (2011).

Domaine V central

Le domaine V central, appelé ainsi car il forme la lettre V, est composé de de 11 hélices α, i.e. α11 à 21 sur la figure (Structural basis for viral late domain binding to ALIX 2008 et Structure-based in silico identification of ubiquitin-binding domains provides insights into the ALIX-V:ubiquitin complex and retrovirus budding 2013).

Le bras court (75 Å) contient l'extrémité N-terminale et comprend six hélices (α11, α12, α17, α18, α19, α20) et 150 résidus.
Le bras long (100 Â) contient l'extrémité C-terminale, cinq hélices (α13, α14, α15, α16, α21) et 194 résidus.

Liaisons d'ALIX
(Figure : vetopsy.fr d'après Dowlatshahi et coll )

1. Une poche hydrophobe profonde et étendue est située sur le bras long et fait face fait face à l'espace entre les deux bras du V.

Cette poche, qui contient Phe676, permet la liaison avec le motif LYPX_nLXXL, en particulier de p6 du HIV (The N-Terminus of the HIV-1 p6 Gag Protein Regulates Susceptibility to Degradation by IDE 2018).

2. Deux sites de liaison à l'ubiquitine (QEE et ERE chez l'homme) sont situés sur une seule surface α-hélicoïdale du domaine V (ALIX Is a Lys63-Specific Polyubiquitin Binding Protein that Functions in Retrovirus Budding 2012 et The yeast ALIX homolog, Bro1, functions as a ubiquitin receptor for protein sorting into multivesicular endosomes 2013).

Domaine PRD C-terminal

Le domaine riche en proline (PRD) C-terminal :

se lie aux éléments en amont et à d'autres ESCRT,
auto-inhibe le domaine V (Activation of the Retroviral Budding Factor ALIX 2011 et Proline-rich domain of human ALIX contains multiple TSG101-UEV interaction sites and forms phosphorylation-mediated reversible amyloids 2020).

Activation d'ALIX

1. ALIX adopte un état auto-inhibé dans le cytosol.

Les deux bras du domaine V adoptent une conformation " fermée ".
Le PRD se replie sur le domaine V, i.e. pour occlure le site de liaison LYPX_nLXXL sur le domaine Bro1.

2. L'activation d'ALIX nécessite la dissociation du PRD du noyau Bro1-V, l'ouverture du domaine V et la dimérisation de la protéine.

Auto-inhibition et activation d'ALIX
(Figure : vetopsy.fr d'après Zhai et coll)

ALIX dimérisé, avec ses domaines Bro1 lié à CHMP4, ressemble à ESCRT-II avec ses deux sous-unités EAP20/VPS25 qui interagissent directement avec les molécules de CHMP6.

HD-PTP

HD-PTP (Histidine Domain PhosphoTyrosine Phosphatase) est une protéine de type ALIX qui peut la remplacer dans le recrutement de CHMP4 (Recruitment of UBPY and ESCRT Exchange Drive HD-PTP-Dependent Sorting of EGFR to the MVB 2013 et The open architecture of HD-PTP phosphatase provides new insights into the mechanism of regulation of ESCRT function 2017).

HD-PTP est nécessaire pour la down-régulation :

HD-PTP et son mécanisme supposé
(Figure : vetopsy.fr d'après Gahloth et coll)

Système endo-lysosomal Complexe ESCRT : ESCRT-II et recrutement de ESCRT-III