Trafic vésiculaire : endocytose clathrine-dépendante (CME)
1. Reconnaissance du cargo
2. Adaptateurs à la clathrine

1. Les molécules " cargo " sont, le plus souvent, reconnues spécifiquement par un récepteur auquel, en général, elles se lient.

2. Ce complexe récepteur-cargo se couple ensuite à une protéine nommée adaptateur à la clathrine (adaptines ou adaptateurs alternatifs), car la cage de clathrine ne peut se lier à la membrane.

1. Reconnaissance
du cargo

1. La reconnaissance de la cargaison protéique (" cargo ") est effectuée par le récepteur adéquat.

Cette reconnaissance est classique lors de l'absorption :

• de la transferrine (Tf : transporteur du fer sérique) par son récepteur TfR ,
• des LDL (Low Density Lipoprotein, transporteur du cholestérol) par LDLR.

2. Il existe plus de 25 récepteurs différents.

Toutefois, la liaison d’un ligand n’est pas nécessairement requise pour l’internalisation comme dans le cas de celui du récepteur au LDL.

Ce dernier particulièrement étudié (840 acides aminés, dont seulement 50 du côté cytoplasmique) est internalisé, fait le voyage complet pour se retrouver dans la membrane plasmique en 10 minutes, soit plusieurs centaines de voyages dans sa vie qui ne dure que 20 heures.

De plus, différents récepteurs peuvent être internalisés dans la même vésicule recouverte de clathrine (jusqu'à 1000).

Signaux de tri des cargos (d'après Tan et Gleeson)
Motifs	Cargos	Fonctions	Adaptateurs
YxxΦ (basé sur la thyrosine)	TGN38, TfR, Furine, MPR, EGFR, CD63. LAMP1, LAMP2	Endocytose Ciblage endosomes et lysosomes	Sous-unités μ des adaptines
	Tfr, CAR	TGN domaines somatodendrtiques	μ1A (AP-1A)
[DE]xxxL[LI] (motif dileucine)	Chaîne invariente	TGN endosomes	Hémicomplexe d'A P-1 (δ-σ1)
	LlMlP-il, Tyrosinase	Ciblage lysosomes	Hémicomplexe d'A P-3 (α-σ3)
	BACE1	Endocytose	Hémicomplexe d'A P-2 (α-σ2)
YxxΦE	Membres de l'APP, ATG9A	TGN endosomes	μ4 (AP-4)
Motif Tyrosine non canonique	LDLR	TGN MP basolatérale	μ1B (AP-1B)
	TARP (AMPA)	TGN domaines somatodendrtiques	μ4 (AP-4)
Motif Phénylalanine	Récepteurs glutamate σ2	TGN domaines somatodendrtiques	μ4 (AP-4)
Groupes acides DxxLL	MPR	TGN endosomes	GGA
	BACE1	Recyclage endosomes	GGA
Groupes acides	Protéine Nef du HIV	Endocytose (downregul. MHC-I)	μ1 (AP-1)
	Furine, CD-MPR	TRI TGN	μ1 (AP-1)

2. Adaptateurs à la clathrine : vue d'ensemble

Le récepteur recrute un complexe adaptateur pour la clathrine car elle ne peut se lier à la membrane (Endocytic adaptors – social networking at the plasma membrane 2011).

1. L'augmentation de la composition membranaire en PI(4,5)P2 ou PIP2 est nécessaire pour l’initiation de l’endocytose pour transporter les adaptateurs, en particulier l'AP-2, vers la membrane (The First Five Seconds in the Life of a Clathrin-Coated Pit 2012 et The functions of anionic phospholipids during clathrin-mediated endocytosis site initiation and vesicle formation 2012).

PI(4,5)P2 est régulé par :

• les phosphatidylinositol phosphates kinases (PIPK) de type I (PIPKI), qui phosphoryle le PI(4)P,
• la synaptojanine, PI 5-phosphatases qui retirent le groupe phosphate de l'hydroxyle 5 du noyau de l'inositol des phosphoinositides.

2. La déformation de la membrane par les protéines de la nucléation entre déjà en jeu.

3. On connaît une vingtaine de types d'adaptateurs à la clathrine :

• des adaptateurs classiques comme les adaptines hétérotétramèriques,
• des adaptateurs alternatifs monomériques comme les GGA, les epsines ou d'autres.

Remarque : le terme " cargo adaptors " ou protéines CLASP (CLathrin Associated Sorting Proteins ou protéines de tri associées à la clathrine) désigne les protéines qui lient le cargo dans le puits recouvert de clathrine (CCP) et peut désigner les adaptateurs comme les nombreuses protéines accessoires, i.e. AAK1 (AP-2 associated kinase 1), epsine, Eps15, auxilline, β-arrestines, Dab2, synaptojanine, amphiphysine, protéines à domaine BAR, Numb, ubiquitine… ( tableau des protéines impliquées dans l'endocytose clathrine-dépendante et Decoding ubiquitin sorting signals for clathrin-dependent endocytosis by CLASPs 2021).

Attention : les CLASP (CLIP-Associating Proteins) peuvent aussi faire référence à une famille de facteurs de régulation conservés au cours de l'évolution qui contrôlent la dynamique des microtubules et l'organisation de leurs réseaux (CLASPs at a glance 2020).

4. Cependant, il existe aussi des mécanismes pour exclure certains cargos des puits recouvert de clathrine (Clathrin-Coated Pit ou CCP), notamment en lien avec la taille des domaines transmembranaires (Transmembrane domains control exclusion of membrane proteins from clathrin-coated pits 2010).

2a. Adaptateurs
classiques

Adaptines (AP)

Les adaptines (AP - Adaptor Protein - ou PA en français) reconnaissent le récepteur par une séquence particulière de son domaine cytosolique qui est appelé peptide signal par lequel elles se lient à lui.

1. L'AP-2 est le principal adaptateur de la membrane plasmique impliqué dans la formation de cages de clathrine lors de l'endocytose.

Sa forme peut être représentée grossièrement par la tête de Mickey (Weak Molecular Interactions in Clathrin-Mediated Endocytosis 2017).

Les autres AP, peu différentes (Clathrin-associated adaptor protein complexes 2006), sont localisées dans les endosomes et l'appareil de Golgi. AP-1 et AP-3 sont dépendants de la clathrine.

• 2. La protéine adaptatrice AP-2 est un hétérotétramère constitué de sous-unités α, β2, µ2 et σ2 qui fonctionne comme un adaptateur de la clathrine ( structure de l'AP-2) :

  • AP-2 recrute les cargos, via leurs signaux peptidiques, vers les vésicules.
  • AP-2 est ainsi capable de reconnaître différents types de signaux via plusieurs de ses sous-unités.

GGA (Golgi-localized γ-ear containing Arf binding)

Les trois GGA (Golgi-localized γ-ear containing Arf binding), localisées dans le réseau trans-Golgi (TGN) et les endosomes, qui ne sont pas inclus dans les adaptines, bien que leur structure soit proche de la sous-unité γ1 de AP-1, ont le rôle est similaire (Regulation of cargo export and sorting at the trans-Golgi network 2019 et Cargo Sorting at the trans-Golgi Network for Shunting into Specific Transport Routes: Role of Arf Small G Proteins and Adaptor Complexes 2019).

2b. Adaptateurs alternatifs