Fusion membranaire
Protéines d'arrimage ou tethering protein (2)

Sommaire

Les protéines d'arrimage (tethering protein) permettent de localiser, d'arrimer les membranes oppposés pour la fusion piloté par les protéines SNARE et ses chaperons.

Étapes du trafic vésiculaire
(Figure : vetopsy.fr d'après Cai et coll)

Localisation des complexes MTC

1. La plupart des complexes endo-lysosomaux dépendent des petites GTPases Rab pour leur localisation.

CORVET se lie à Rab5 (Vps21 de la levure) par Vps3 et Vps8 au niveau des endosomes précoces.
HOPS se lie à Rab7 (Ypt7 de la levure) par Vps39 et Vps41 au niveau des endosomes tardifs ou à Arl8 au niveau des lysosomes.
CHEVI, formé par deux sous-unités Vps16b et Vps33B, éventuellement avec d'autres partenaires de liaison, semble intervenir dans les endosomes de recyclage ( rôle de CHEVI dans le recyclage) et dans la biogenèse de certains types d'organites liés aux lysosomes, appelés LRO ou Lysosome-Related Organelles.

Modèle du remplacement de Rab5 par Rab7 par Mon1/Ccz1
(Figure : vetopsy.fr d'après Nordmann et coll)

2. Parmi les complexes CATCHR,

COG a plusieurs sites de liaison Rab, en particulier sur Cog5 et Cog4 (Maintaining order: COG complex controls Golgi trafficking, processing, and sorting 2019).

Mécanisme hypothétique de COG
(Figure : vetopsy.fr d'après Blackburn et coll)

Il semblerait que Cog6 en possède aussi et COG pourrait se lier à Rab1a/b, Rab2a/b, Rab4a, Rab6a/b, Rab30, Rab39 et Rab41 (Molecular Insights into Vesicle Tethering at the Golgi by the Conserved Oligomeric Golgi (COG) Complex and the Golgin TATA Element Modulatory Factor (TMF) 2013).

GARP interagit avec Rab6/Ypt6,
l'exocyste avec Rab8/Sec4 et plusieurs Rho GTPases (Rho2/3 et Cdc42).

Remarque : la seule exception est le complexe Dsl au niveau de la membrane du réticulum endoplasmique (RE), qui, jusqu'à présent, n'a été signalé que dans la levure comme se liant aux protéines SNARE, bien qu'il interagisse avec Rab18 dans les cellules de mammifères.

2. Les petites GTPases Rab nécessitent des GEF pour leur activation.

Comme les GEF sont suffisants pour conduire initialement les Rab cytosoliques liés au GDI vers les membranes et favoriser la fusion, la localisation des GEF est probablement un événement clé dans la cascade de fusion.
Les GEF tirent parti de plusieurs signaux, i.e. les phosphoinositides (PIP), les Rab en amont ou les protéines de liaison Rab, pour arriver à la bonne membrane.

Cela conduit à l'organisation de cascades de Rab, dans lesquelles un Rab précédemment agissant recrute le GEF pour le prochain Rab, et ainsi de suite ( loupe conversion de Rab5 à Rab7).

Arrimage des membranes opposées

1. Les complexes endo-lysosomaux CORVET et HOPS contiennent deux sites de liaison aux Rab situées sur les membranes opposées, i.e. Vps3 et Vps8, Vps39 et Vps41 respectivement qui peuvent ainsi procéder au regroupement.

Le complexe HOPS peut se présenter sous deux formes.

Complexe HOPS
(Figure : vetopsy.fr d'après Ungermann)

La configuration en forme d'hippocampe, permet à Vps39 et Vps41, positionnés aux antipodes, de se lier aux partenaires en interaction présents sur les deux membranes opposées, ce qui est compatible avec la fonction d'arrimage de HOPS (Tethering complexes in the endocytic pathway: CORVET and HOPS 2013).
La configuration dite " spaghetti-danseur " montre une structure bien plus étendue qui pourrait représenter HOPS dans une conformation ouverte et fermée en fonction de son cyle de réactions (CATCHR and HOPS-CORVET tethering complexes share a similar architecture 2016).

2. Les complexes CATCHR sont eux aussi flexibles.

Dsl1, COG et GARP semblent adopter des assemblages à plusieurs extrémités.

De plus, pour le complexe Dsl, différentes conformations ont été rapportées, bien que dans tous les cas, il ne soit pas clair comment ces conformations peuvent être interprétées dans le contexte de l'attache et de la fusion.

L'exocyste forme une structure en forme de faisceau de tiges hélicoïdales.

Deux conformations distinctes - un arrangement ouvert en forme d'étoile et un arrangement en forme de faisceau - ont déjà été observées dans les premières enquêtes sur l'exocyste par gravure profonde EM (Figure 1D). (Structural basis for the binding of SNAREs to the multisubunit tethering complex Dsl1 2020).

Rôle des complexes d'attache multi-sous-unités dans l'assemblage SNARE

Les complexes d'attache multi-sous-unités relient la machinerie de régulation Rab à la machinerie de fusion SNARE par des interactions (Chaperoning SNARE assembly and disassembly 2017) :

soit directes comme dans les complexes endo-lysosomaux Vps de classe C,
soit impliquant des protéines Sec1/Munc18-like (SM) associées aux MTC comme intermédiaires.

Des interactions peuvent se produire avec des SNARE individuelles ainsi qu'avec des SNARE partiellement ou entièrement zippées qui peuvent impliquer aussi bien le domaine SNARE que leur régions N-terminales régulatrices (Sec1/Munc18 protein Vps33 binds to SNARE domains and the quaternary SNARE complex 2012).

Les complexes d'arrimage relient la machinerie de régulation Rab à la machinerie de fusion SNARE, mais les interactions sont difficiles à étudier car elles évoluent pendant le déroulement de la fusion membranaire ( loupe rôles des MTC dans le mécanisme général de fusion membranaire).

Arrimage à la membrane et assemblage des SNARE par le complexe HOPS
(Figure : vetopsy.fr d'après Baker et Hugson )

1. L'activité d'assemblage SNARE des complexes endo-lysosomaux Vps de classe C, i.e. complexe CORVET des endosomes précoces et le complexe HOPS des endosomes tardifs, repose en partie sur la protéine SM Vps33, qui est une sous-unité intégrale du complexe (Crystal structures of the Sec1/Munc18 (SM) protein Vps33, alone and bound to the homotypic fusion and vacuolar protein sorting (HOPS) subunit Vps16 2013).

Vps33 permet de servir de chaperon à l'assemblage SNARE local.
La sous-unité Vps33 se retrouve dans tous les complexes Vps de classe C, révélant l'importance et la conservation potentielle de ce mécanisme.

De plus, ces complexes ont la capacité de se lier aux protéines SNARE via les domaines régulateurs sur d'autres sites.

Modèle du fonctionnement de Vps33 dans la fusion membranaire
(Figure : vetopsy.fr d'après Baker)

2. Certains MTC de la famille CATCHR s'associent aux protéines Sec1/Munc18-like (SM) et contiennent des sites de liaison pour les protéines SNARE individuelles (Direct interaction between the COG complex and the SM protein, Sly1, is required for Golgi SNARE pairing 2009, Regulation of exocytosis by the exocyst subunit Sec6 and the SM protein Sec1 2012).

Arrimage à la membrane et assemblage des SNARE par le complexe Dsl1
(Figure : vetopsy.fr d'après Baker et Hugson )

a. Le complexe Dsl1 de la famille CATCHR lie les Qb- et Qc-SNARE via leurs domaine Habc, les maintenant à proximité et les empêchant de former des conformations " fermées " (Structural basis for the binding of SNAREs to the multisubunit tethering complex Dsl1 2020).

Machineries de fusion (vacules et vésicules synaptiques)
(Figure : vetopsy.fr d'après Wickner et coll)

b. Sec3, un composant de l'exocyste, qui régule l'attache des vésicules pendant l'exocytose, interagit directement avec la protéine t-SNARE Sso2 et favorise (Sec3 promotes the initial binary t-SNARE complex assembly and membrane fusion 2017) :

la formation d'un complexe t-SNARE Sso2/Sec9,
l'étape précoce limitant la vitesse de l'assemblage du complexe SNARE,
la fusion membranaire.

c. La fusion synaptique pilotée par SNARE dépend également :

de la protéine SM Munc18-1,
de Munc13 qui contient également un domaine CATCHR et joue le rôle de protéine d'arrimage
de la synaptotagmine liée au Ca⁺⁺,
de la complexine interagissant avec SNARE.

La fusion n'est rapide que si les quatre facteurs agissent ensemble (A cascade of multiple proteins and lipids catalyzes membrane fusion 2017).

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