Trafic vésiculaire
Syndapines/PACSINes
Remodelage membranaire et rôles

Endocytose et trafic vésiculaire

Syndapine 1/PACSINe 1

Vue d'ensemble

1. La syndapine 1 joue un rôle dans l'ADBE (Activity-Dependent Bulk Endocytosis) ou endocytose de masse dépendante de l'activité, mode dominant de l'endocytose des vésicules synaptiques (SV) lors de la stimulation à haute fréquence dans les terminaisons nerveuses centrales (Synaptic Vesicle Generation from Activity-Dependent Bulk Endosomes Requires Calcium and Calcineurin 2013).

• L'ADBE est plutôt impliquée dans le processus d'invagination de vastes zones de la membrane plasmique (MP) pour former des endosomes de plus de 100 nm de diamètre.
• Les vésicules synaptiques sont ensuite générées à partir de ces endosomes par bourgeonnement, au cours des 15 à 60 minutes suivantes, pour former une nouvelle population de vésicules synaptiques et rejoindre le pool de recyclage.

La syndapine 1, comme la syndapine 2, interagit avec plusieurs protéines clés du trafic endocytaire de la machinerie de recyclage des vésicules synaptiques dans les terminaisons nerveuses (Syndapin I, a Synaptic Dynamin-binding Protein that Associates with the Neural Wiskott-Aldrich Syndrome Protein 2017) :

• la dynamine,
• la synaptojanine, une phosphoinositide 5-phosphatases de type II ( synaptojanine et endocytose), pour le déshabillage des vésicules clathrine-dépendantes,
• la synapsine (qui verrouille les vésicules synaptiques au cytosquelette présynaptique),
• SPIN-90, un adaptateur pour l'endocytose clathrine-dépendante, qui régule l'endocytose clathrine-dépendante (CME) dans les fibroblastes (SPIN90, an adaptor protein, alters the proximity between Rab5 and Gapex5 and facilitates Rab5 activation during EGF endocytosis 2019).

Calcineurine et dynamine

L'endocytose de masse dépendante de l'activité (ADBE ou activity-dependent bulk endocytosis) est étroitement couplée à l'activité neuronale et dépend de l'activation de la syndapine par la calcineurine.

1. La calcineurine (EC 3.1.3.16) est une protéine phosphatase dépendante du calcium/calmoduline.

2. Dans l'ADBE, elle interagit avec la syndapine et la dynamine ( interactions CaN/dynamine).

La phosphorylation de la calcineurine détecte les concentrations calciques et transduit cette information en réponses cellulaires, comme dans l'autophagie ou même la maladie de Parkinson (Selective neuronal vulnerability in Parkinson disease 2017).

3. La syndapine nécessite également deux éléments de séquence dans la région ⁷⁷²RRSPTSSPTPQRRAPAVPPARPGSR⁷⁹⁶ du domaine riche en proline (PRD) de la dynamine I, par 2 séquences PxxP (en vert) et une phosphobox (en orange) qui interagit avec le domaine SH3 de la syndapine (Syndapin I and endophilin I bind overlapping proline-rich regions of dynamin I: role in synaptic vesicle endocytosis 2007).

Remarque : la syndapine 1 est aussi impliquée :

• dans la maladie d'Huntington par la liaison du domaine SH3 à l'huntingtine (PACSIN 1 interacts with huntingtin and is absent from synaptic varicosities in presymptomatic Huntington's disease brains 2002),
• dans la schizophrénie (Syndapin I Loss-of-Function in Mice Leads to Schizophrenia-Like Symptoms 2020).

Syndapine 2/PACSINe 2

La syndapine 2 intervient dans divers processus (Essential role of PACSIN2/syndapin-II in caveolae membrane sculpting 2011).

1. Dans l'endocytose clathrine-dépendante, elle interagit avec la dynamine (All three PACSIN isoforms bind to endocytic proteins and inhibit endocytosis 2000).

2. Dans les cavéoles, elle est impliquée, par son interaction avec le domaine EH (Eps15 homology) de EHD2 (EHD2 regulates caveolar dynamics via ATP-driven targeting and oligomerization 2012 et Super-resolution analysis of PACSIN2 and EHD2 at caveolae 2022) :

• dans la biogenèse des cavéoles ( syndapine 2/PACSINe 2 et stabilité membranaire),
• dans leur endocytose (Essential role of PACSIN2/syndapin-II in caveolae membrane sculpting 2011 et Ultrastructural freeze-fracture immunolabeling identifies plasma membrane-localized syndapin II as a crucial factor in shaping caveolae 2012).

3. Dans le trafic dans le réseau trans-Golgi (TGN), elle joue un rôle dans la formation des vésicules.

4. Dans la biogenèse des endosomes de recyclage, elle conduit à la flexion et à la tubulation de la membrane par son interaction, en particulier, avec MICAL-L-1 (biogenèse des endosomes de recyclage).

5. La syndapine 2 interagirait aussi, comme la syndapine 1, avec plusieurs protéines clés du trafic endocytaire de la machinerie de recyclage des vésicules synaptiques dans les terminaisons nerveuses ( cf. plus haut).

Syndapine 3/PACSINe 3

La syndapine 3 est impliquée dans le trafic des transporteurs de glucose dans les muscles par les cavéoles (Deciphering caveolar functions by syndapin III KO-mediated impairment of caveolar invagination 2016).

Lors de KO syndapine 3, le nombre de structures de cavéoles invaginées a été considérablement réduit, même si les niveaux de CAV3 et de cavine 1 au niveau de la membrane plasmique sont restés inchangés.

Interactions avec le cytosquelette

La syndapine interagit avec (The syndapin protein family: linking membrane trafficking with the cytoskeleton 2004) :

• le cytosquelette d'actine,
• les microtubules, i.e. la syndapine 2 s'associe à la tubuline via une courte séquence à l'extrémité C-terminale de son domaine F-BAR et favorise l'assemblage des microtubules du centrosome dans les cellules en division (PACSIN proteins bind tubulin and promote microtubule assembly 2008).

1. Dans les neurones, la polymérisation de l'actine joue un rôle important dans la neuromorphogenèse, i.e. l'induction et l'élaboration des réseaux dendritiques et axonaux, la dynamique des cônes de croissance et des épines dendritiques, la plasticité et la réparation dans le cerveau (F-BAR Proteins of the Syndapin Family Shape the Plasma Membrane and Are Crucial for Neuromorphogenesis 2009).

Les syndapines 1 et 2 entrent en interaction avec le cytosquelette d'actine.

• 

  Elles se lient à N-WASP qui, lui-même, interagit avec PI(4,5)P2 ou PIP2 et joue un rôle dans l'organisation du cytosquelette d'actine par son activité de polymérisation de l'actine, via le complexe Arp2/3, le facteur de nucléation de l'actine.
• La surexpression de N-WASP interfère avec la CME dans les cellules non neuronales, et cela dépend uniquement de la liaison de la syndapine au domaine PRD central de N-WASP (Syndapins integrate N-WASP in receptor-mediated endocytosis 2002).

Remarques : la syndapine 1 se lie également à Cobl (Cordon bleu) de manière identique à N-WASP, pour la nucléation de l'actine et sa polymérisation (The functions of the actin nucleator Cobl in cellular morphogenesis critically depend on syndapin I 2011 et The WH2 Domain and Actin Nucleation – Necessary but Insufficient 2016).

La syndapine 2 pourrait se lier directement au cytosquelette d'actine en utilisant la même surface concave que sa liaison aux phospholipides ( syndapine 2 et endocytose).

2. Les syndapines 1 et 2 jouent un rôle dans la migration cellulaire et la propagation à travers la cascade de signalisation Ras/Rac régulant la dynamique de l'actine et la formation de protrusions membranaires, i.e. filopodes et lamellipodes.

a. La syndapine 1 se lie au son-of-sevenless (mSos) de mammifère, une GEF (Guanine nucleotide exchange factor), pour Ras et Rac régulant la signalisation aux protéines kinases activées par les mitogènes et la dynamique de l'actine.

mSos se retrouve avec la syndapine I dans les cônes de croissance et les filopodes des neurones hippocampiques en culture et des neurones des ganglions de la racine dorsale (The Ras/Rac Guanine Nucleotide Exchange Factor Mammalian Son-of-sevenless Interacts with PACSIN 1/Syndapin I, a Regulator of Endocytosis and the Actin Cytoskeleton 2001).

b. La syndapine 2, par son domaine SH3, interagit directement avec l'extrémité C-terminale de Rac1, interaction qui dépend de la présence du domaine F-BAR, bien qu'il ne soit pas directement impliqué dans l'interaction et se localise (The F-BAR domain protein PACSIN2 associates with Rac1 and regulates cell spreading and migration 2011) :

• sur les structures tubulaires intracellulaires,
• les endosomes précoces,
• les protrusions membranaires périphériques.

Rac1 peut alors activer la kinase PAK1 qui va à son tour phosphoryler la cortactine et recruter les facteurs de polymérisation de l’actine (N-WASP, Arp2/3), associés à la formation des vésicules d’endocytose.

Remarque : d'autres protéines BAR ayant une capacité de liaison à Rac1 (Control of Rho GTPase function by BAR-domains 2012).

3. Les syndapines jouent un rôle dans le développement embryonnaire :

• la formation de la notocorde (Structural Requirements for PACSIN/Syndapin Operation during Zebrafish Embryonic Notochord Development 2009),
• la gastrulation (PACSIN2 regulates cell adhesion during gastrulation in Xenopus laevis 2008).

4. La syndapine 1 aurait aussi un rôle dans l'endocytose postsynaptique, en particulier par une interaction directe entre l'extrémité C-terminale de la sous-unité 3A des récepteurs glutamate NMDA (NR3A) et les motifs NPF de la syndapine (Influence of the NR3A subunit on NMDA receptor functions 2010).

Syndapines et signalisation cellulaire

Les syndapines sont impliquées dans la régulation d'une variété de récepteurs et de voies de signalisation des canaux par des interactions directes avec des protéines des récepteurs et des canaux, comme :

• 

  le canal TRPV4 (Transient Receptor Potential Vanilloide), sensible à de nombreux stimuli (Structural Basis of TRPV4 N Terminus Interaction with Syndapin/PACSIN1-3 and PIP2 2018).
• PDE6γ (PhosphoDiestérase 6 gamma), sous-unité régulatrice de la phosphodiestérase 6, un effecteur principal des photorécepteurs des vertébrés (The regulatory subunit of PDE6 interacts with PACSIN in photoreceptors 2005),
• la région polyproline cytosolique du ligand CD95L (Cell Death 95L) dans les cellules immunitaires, un récepteur transmembranaire de la famille des facteurs de nécrose tumorale (Identification of interaction partners of the cytosolic polyproline region of CD95 ligand (CD178) 2002 et Therapeutic approaches targeting CD95L/CD95 signaling in cancer and autoimmune diseases 2022),
• TLR 7/9 (Toll-Like Receptor) qui intervient dans la réponse de l'interféron 1 (PACSIN1 regulates the TLR7/9-mediated type Iinterferon response in plasmacytoid dendritic cells 2012).