Trafic vésiculaire
Endocytose : vue d'ensemble

L'endocytose :

• est un transport membranaire qui fait partie du trafic vésiculaire (ou trafic membranaire avec mouvements cellulaires) comme l'exocytose, qui est le processus inverse,
• est effectuée par toutes les cellules eucaryotes à l'exception des érythrocytes (hématies).

L'endocytose est un processus cellulaire impliqué dans :

• l'apport de nutriments,
• l'élimination des débris cellulaires dans les tissus,
• le maintien de l'homéostasie compositionnelle de la membrane cellulaire,
• le cycle des vésicules synaptiques.

Vue d'ensemble

1. L'endocytose est classée dans le trafic vésiculaire avec la voie sécrétoire.

L'endocytose utilise des vésicules de transport qui acheminent une cargaison ou " cargo ". Ces vésicules doivent :

• bourgeonner (" bud ") de la membrane d'un compartiment (dit destinateur ou parental), i.e. subir une fission membranaire,
• fusionner à la membrane d'un autre (dit cible ou destinataire), i.e. subir une fusion membranaire.

Remarque : les cargos peuvent être classés, i.e. types A à F, selon leurs devenirs dans le système endolysosomal ( devenir des vésicules endocytées).

2. Contrairement à la voie sécrétoire, l'endocytose permet, elle, le transfert de substances localisées à la surface de la membrane cellulaire pour les amener à l'intérieur de la cellule.

a. Ce sont en général :

• soit de petites molécules, comme différents fluides et molécules solubles ( pinocytose),
• soit de grosses particules inertes ou vivantes ( phagocytose),
• soit de grosses molécules ne pouvant passer la barrière sans mouvements membranaires, comme dans le cas des endocytoses dépendantes des récepteurs protéiques membranaires qui sont internalisés pour limiter leur action.

Remarque : cependant, cette classification n'est pas aussi simple, comme c'est par exemple le cas des endocytoses des vésicules synaptiques.

b. Ce processus de transport est dépendant de plusieurs mécanismes qui font intervenir :

• les protéines à domaine BAR, epsines, Eps15, Fcho1/2, endophiline…
• les protéines SNARE (Soluble N-éthylmaléimide sensible attachment protein REceptor),
• les senseurs calciques,
• les adaptateurs,
• des protéines d'attache, d'arrimage et d'amorçage selon l'endocytose,
• le cytosquelette, i.e. microfilaments d'actine, mais aussi microtubules avec souvent des protéines motrices ou moteurs moléculaires (myosines ou dynéine),
• des protéines de scission, dynamine, CtBP-BARS, ou même uniquement protéines à domaine BAR,
• les phospholipides membranaires différents selon les vésicules.

3. La paroi des vésicules (ou manteau, coat) peut être formée par diverses molécules ( cf. tableau) dont les plus fréquentes sont :

• la clathrine,
• COPI,
• COPII,
• mais aussi une membrane classique pour les vésicules synaptiques ( structure des vésicules synaptiques).

Des types d'endocytoses, ne comportant pas de manteau, sont présents dans les cellules ( tableau).

4. La formation des vésicules est souvent liée à :

• des adaptateurs, comme dans le cas de la clathrine par exemple, i.e. adaptateurs classiques ou adaptines, adaptateurs alternatifs comme les GGA, les epsines et bien d'autres,
• d'autres protéines dites accessoires : ces vésicules sont appelées vésicules enveloppées ( structure des véiscules synaptiques).

5. Leurs interactions avec le cytosquelette sont essentielles à un grand nombre de fonctions homéostasiques.

Méthodes de visualisation

Cependant, jusqu'à récemment, on était confronté à des problèmes de visualisation.

1. La fusion et le bourgeonnement les plus étudiés avaient lieu sur :

• les petites vésicules synaptiques de 30-80 nm,
• les vésicules enrobées de clathrine de 40 à 100 nm.

2. Ce problème a été résolu par la microscopie STED (Stimulated Emission Depletion ou déplétion par émission stimulée) à résolution de 60 à 80 nm toutes les 26-300 ms.

Elle a tout d'abord été réalisée dans les cellules chromaffines de la médullosurrénale bovine en culture, où des dizaines à des centaines de vésicules d'exo-endocytose de 200 à 1 500 nm sont induites dans les secondes suivant une dépolarisation de 1 s ( encadré).

a. Tout d'abord, elle a permis de définir avec précision les transitions des vésicules, Plat ➞ Λ, Λ ➞ Ω et Ω ➞ Ο.

b. Puis, elle a révélé que la formation des vésicules d'endocytose est plus complexe que prévu.

• L'endocytose clathrine-dépendante (CME ou clathrin-mediated endocytosis) était une des seules endocytoses étudiées.
• Le modèle kiss-and-run (KAR) était supposé, mais est maintenant bien défini dans plusieurs modes d'endocytose.
• L'endocytose ultrarapide, i.e. ultrafast endocytosis (UFE), démarre après seulement 50 millisecondes, comparé à la voie rapide qui nécessite environ 5 à 12 secondes.
• L'endocytose de masse dépendante de l'activité (ADBE ou Activity-Dependent Bulk Endocytosis), mode d'endocytose dominant des VS lors d'activité neuronale intense, génère de grandes structures de type endosome pour un mécanisme rapide et de grande capacité pour la récupération des vésicules synaptiques.

4. En outre, la notion de séparation de phase liquide-liquide (LLPS) qui crée des condensats moléculaires prend une grande importance à l'heure actuelle.

Essai de classification des endocytoses