Système endo-lysosomal
Trafic des endosomes/lysosomes
Trafic rétrograde (centripète) lié aux microtubules

Les organites se déplacent dans tout le cytoplasme le long du cytosquelette, i.e. microtubules et filaments d'actine, et ces mouvements sont finement régulés ( Vue d'ensemble du trafic des endosomes).

1. Les protéines motrices de microtubules transportent les organites rapidement sur de grandes distances et de manière bidirectionnelle.

• La plupart des kinésines déplacent les organites de l'extrémité moins vers l'extrémité plus (transport antérograde ou centrifuge).
• La dynéine provoque le déplacement en sens inverse, de l'extrémité plus vers l'extrémité moins, (transport rétrograde ou centripète).

2. Les moteurs de l'actine, i.e. les myosines, interviennent sur de courtes distances et de manière lente (transport lié au le cytosquelette d'actine).

3. Le réticulum endoplasmique (RE), omniprésent dans tout le cytoplasme, joue un rôle majeur dans le contrôle du mouvement et du positionnement global des organites endo-lysosomaux ( trafic des endosomes lié au MCS du RE).

Généralités sur le transport rétrograde (centripète) lié aux microtubules

Le transport rétrograde (centripète) utilise :

• la dynéine comme protéine motrice,
• les sites de contact membranaire (MCS) réticulum endoplasmique/endosomes.

1. La dynéine, contrairement aux kinésines, ne possède qu'une seule chaîne lourde, mais se présente sous forme de dimère.

La diversification structurelle et fonctionnelle de la dynéine est obtenue par l'association de la chaîne lourde avec :

• diverses chaînes intermédiaires (IC), légères (LC) et intermédiaires légères (LIC),
• de nombreux adaptateurs de cargos.

2. Un autre complexe multi-sous-unité nommé dynactine s'associe à la dynéine pour activer son transport vers les extrémités pointées (-) des microtubules.

3. Pratiquement tous les organites endo-lysosomaux peuvent recruter de la dynéine/dynactine selon un modèle similaire à celui des kinésines ( tableau) :

• une petite GTPase Rab se lie à l'organite cible,
• un effecteur de cette Rab interagit directement ou indirectement avec le moteur.

Transport rétrograde (centripète) des endosomes précoces

Le transport centripète des endosomes précoces, par exemple, est médié par Rab5 et son effecteur FHF.

1. FHF (Fused Toes) est composé de sous-unités :

• FHIP,
• Hook - et FTS ? - (Hook is an adapter that coordinates kinesin-3 and dynein cargo attachment on early endosomes 2014) .

2. FHIP est la sous-unité qui interagit directement avec Rab5 (Rab5 and its effector FHF contribute to neuronal polarity through dynein-dependent retrieval of somatodendritic proteins from the axon 2016).

3. Hook se lie simultanément à la dynéine et à la dynactine, i.e. c'est un adaptateur, stabilisant ce complexe et améliorant la processivité du transport (Assembly and activation of dynein–dynactin by the cargo adaptor protein Hook3 2016 et Hook Adaptors Induce Unidirectional Processive Motility by Enhancing the Dynein-Dynactin Interaction 2016).

Transport rétrograde (centripète)
des endosomes tardifs/lysosomes

La dynéine peut être recrutée via :

• Rab7 et RILP, en présence d'un taux de cholestérol élevé,
• ALG2, le capteur de Ca⁺⁺ cytosolique, et canal calcique lysosomal TRPML1 régulées par PI(3,5)P2 et le calcium,

• 

  JIP4, l'adaptateur de la dynéine, mais aussi de la kinésine, et TMEM55B, le PI-4 phosphatase transmembranaire, favorisés par la famine, i.e. qui augmente la transcription de TMEM55B via mTORC1 ( positionnement des lysosomes régulé par les nutriments).

Rab7/RILP

Vue d'ensemble

Le transport centripète des endosomes tardifs/lysosomes dépend de Rab7 et de son effecteur RILP (The Rab7 effector protein RILP controls lysosomal transport by inducing the recruitment of dynein-dynactin motors 2001

Rab7/RILP interagit avec :

• la sous-unité de dynactine p150Glued (Activation of endosomal dynein motors by stepwise assembly of Rab7–RILP–p150Glued , ORP1L, and the receptor βlll spectrin 2007),
• la chaîne intermédiaire légère de dynéine (A Ras-like domain in the light intermediate chain bridges the dynein motor to a cargo-binding region 2014).

Exemple du cholestérol : ORP1L

1. Le cholestérol peut altérer la fluidité membranaire et former des microdomaines lipidiques dans les membranes dans lesquels certaines protéines sont exclues et d'autres sont enrichies (Functional rafts in cell membranes 1997).

• 

  Rab7 et la dynéine peuvent se regrouper dans ces microdomaines riches en cholestérol, au moins sur les membranes phagosomales pour générer leur transport vers les lysosomes (Dynein Clusters into Lipid Microdomains on Phagosomes to Drive Rapid Transport toward Lysosomes 2016).
• Le cholestérol peut être impliqué dans la formation de vésicules intraluminales (ILV) par une voie dépendante de ESCRT ou une voie indépendante nécessitant les tétraspanines ou les céramides.

Les sites de contact RE/lysosome sont impliqués dans l'homéostasie du cholestérol (Cholesterol-binding molecules MLN64 and ORP1L mark distinct late endosomes with transporters ABCA3 and NPC1 2013 et Annexin A1 Tethers Membrane Contact Sites that Mediate ER to Endosome Cholesterol Transport 2016 et STARD3 mediates endoplasmic reticulum-to-endosome cholesterol transport at membrane contact sites 2017).

2. Le complexe Rab7-RILP-dynéine-dynactine s'associe à un capteur de cholestérol nommé ORP1L qui fait partie de la famille dess protéines ORP/Osh - Oxysterol-binding proteins/OSBP-Related Proteins mammaliennes et OSBP-homolog de la levure - ( échange de lipides dans les MCS RE/endosomes).

ORP1L adopte différentes conformations en fonction du taux de cholestérol cellulaire (Cholesterol sensor ORP1L contacts the ER protein VAP to control Rab7–RILP–p150Glued and late endosome positioning 2009 et A Role for Rab7 in the Movement of Secretory Granules in Cytotoxic T Lymphocytes 2011).

La maturation correcte des autophagosomes nécessite leur transport par la dynéine vers la région périnucléaire de la cellule ou MTOC (Cholesterol and ORP1L-mediated ER contact sites control autophagosome transport and fusion with the endocytic pathway 2016).

a. À faible taux de cholestérol, un motif FFAT dans ORP1L interagit avec la protéine VAPA (Vamp-Associated Protein) au niveau des sites de contact membranaire (MCS) entre les endosomes tardifs/lysosomes et le réticulum edoplasmique (Activation of endosomal dynein motors by stepwise assembly of Rab7–RILP–p150Glued, ORP1L, and the receptor βlll spectrin 2007 et Late endosomal transport and tethering are coupled processes controlled by RILP and the cholesterol sensor ORP1L 2013).

• L'interaction avec VAPA dissocie la dynéine/dynactine du complexe Rab7-RILP et entraînent une localisation périphérique des endosomes tardifs et empêchent le transport des autophagosomes vers le MTOC (4).
• Les sites de contact médiés par ORP1L inhibent également la localisation de PLEKHM1 à Rab7 (2).

b. Lors de taux de cholestérol adéquat, on assiste à la libération d'ORP1L de VAPA, par l'occlusion du motif FFAT, ce qui permet :

• le recrutement de la dynéine pour le transport des autophagosomes vers le MTOC (3),
• la formation du complexe Rab7-RILP-PLEKHM1 qui recrute le complexe HOPS aux endosomes tardifs/lysosomes afin qu'ils puissent fusionner avec les autophagosomes (1).

Ce mécanisme explique non seulement comment le transport endosome tardif/lysosome est contrôlé par le cholestérol et le réticulum endoplasmique, mais aussi le phénotype de regroupement endosome tardif/lysosome causé par l'accumulation de cholestérol endolysosomal dans les cellules des patients atteint de maladie Niemann-Pick de type C.

PLEKHM1

PLEKHM1 (Pleckstrin Homology and RUN domain containing M1), de la famille SKIP, se trouve sur les endosomes tardifs, les phagosomes et les autophagosomes (PLEKHM1 Regulates Autophagosome-Lysosome Fusion through HOPS Complex and LC3/GABARAP Proteins 2015 et PLEKHM1 Regulates Salmonella-Containing Vacuole Biogenesis and Infection 2015).

1. PLEKHM1 interagit, comme SKIP (PLEHHM2), via leurs domaines respectifs, avec les deux GTPases Arl8b et Rab7, mais conduisent les lysosomes dans un sens opposé (The Rab7 effector PLEKHM1 binds Arl8b to promote cargo traffic to lysosomes 2017).

On ne connait pas les voies de signalisation en amont et les stimuli qui conduisent à une liaison préférentielle d'un effecteur par rapport à l'autre. Toutefois, il se pourrait qu'elles dépendent de l'état nutritif de la cellule.

2. Le modèle d'activation de PLEKHM1 serait le suivant.

• a. Le complexe Rab7-RILP se lie et recrute PLEKHM1 du cytosol aux endosomes tardifs périnucléaires.
• b. PLEKHM1, via son domaine RUN, interagit avec Arl8b présent sur les lysosomes, agissant comme un lien entre les deux GTPases et repositionnant les endosomes Arl8b-positifs vers la région périnucléaire, ce qui pourrait augmenter leur accessibilité au matériel de la voie de biosynthèse (The position of lysosomes within the cell determines their luminal pH 2016).
• c. Arl8b recrute ensuite Vps41 et d'autres sous-unités (sauf Vps39) du complexe HOPS vers les sites de contact endosomes-lysosome, alors que Vps39 est recruté par sa liaison directe à PLEKHM1.

Cela favorise à son tour l'attache et la fusion médiée par les protéines SNARE des vésicules des cargos avec les lysosomes ( Vps33 et SNARE).

Par exemple, la sous-unité HOPS Vps33A interagit avec la syntaxine 17 (Stx17), spécifique des autophagosomes, pour réaliser la fusion autophagosome-lysosome (The HOPS complex mediates autophagosome–lysosome fusion through interaction with syntaxin 17 2014).

Transport des endosomes/lysosomes par le cytosquelette d'actine