L’endocytose est un processus cellulaire important par lequel les cellules internalisent des substances telles que l’eau et les nutriments. Ces substances sont d’abord transportées sous forme de fret vers le compartiment de tri initial (endosomes) avant d’être dégradées (voie endo-lysosomale) ou recyclées (voie de recyclage de la membrane plasmique). Le réseau trans-Golgi (TGN), adjacent à l’appareil de Golgi, est un médiateur clé de ce transport intracellulaire. L’endocytose intervient dans l’infection d’agents pathogènes nocifs tels que les bactéries et les virus, et sa perturbation peut entraîner plusieurs maladies. Il est donc crucial de comprendre les mécanismes moléculaires qui régissent ce processus. Les levures bourgeonnantes constituent un modèle important pour l’étude de l’endocytose, mais les mécanismes spécifiques de tri des cargaisons endocytaires chez ces organismes sont restés longtemps flous.
Une étude publiée le 21 juillet 2023 dans la revue internationale eLife, a découvert une nouvelle voie endocytaire chez la levure en herbe. Les résultats démontrent qu’un compartiment spécifique au sein du TGN – ; marqué par une protéine appelée Tlg2p – ; sert de premier compartiment et trie les cargaisons endocytaires pour leur recyclage ou leur dégradation. Ces découvertes passionnantes sont le résultat d’une collaboration internationale majeure entre un grand groupe d’éminents chercheurs, dont le professeur Jiro Toshima du Département des sciences et technologies biologiques de l’Université des sciences de Tokyo, le professeur Junko Y Toshima de l’École des sciences de la santé, Université de technologie de Tokyo, professeur Daria E Siekhaus de l’Institut des sciences et technologies d’Autriche, et Dr Akihiko Nakano du Centre de photonique avancée de RIKEN. « Les mécanismes de tri endocytaires diffèrent selon les différents types d’organismes, comme les plantes et les animaux. Nos résultats répondent à la question de longue date de savoir si les levures, qui sont des organismes modèles courants pour l’endocytose, possèdent un compartiment de tri spécifique au début de la voie endocytaire. » explique le professeur Toshima.
Un outil clé pour cette découverte était un marqueur d’endocytose fluorescent, précédemment développé par le professeur Toshima et ses collègues. En combinaison avec l’imagerie 4D à grande vitesse utilisant la microscopie d’imagerie confocale en direct à super-résolution hautement sensible (SCLIM), développée par le groupe du Dr Nakano (RIKEN, Wako), cet outil a permis aux chercheurs d’observer la dynamique de la cargaison endocytaire. Des études microstructurales utilisant cette approche ont montré qu’après l’endocytose, le marqueur d’endocytose fluorescent était d’abord absorbé par un compartiment spécifique indépendant du TGN. Il est important de noter que ce compartiment contenait Tlg2p, qui est une protéine cible de la vésicule endocytaire.
Notamment, les substances et les protéines destinées à la dégradation par les lysosomes et au recyclage par la membrane plasmique se sont d’abord localisées dans le même compartiment Tlg2p. Ces résultats suggèrent que ce compartiment de tri envoie les matières endocytaires vers les lysosomes pour dégradation et vers la membrane plasmique pour recyclage. L’équipe a également découvert que les protéines de liaison Arf (GGA) associées à l’oreille γ-adaptine associées à Golgi étaient nécessaires comme adaptateurs pour ce mécanisme de tri.
Une analyse plus approfondie a démontré que le compartiment résidant dans Tlg2p était spatialement distinct du compartiment de sécrétion au sein du même TGN, suggérant son existence indépendante au sein de la cellule. De plus, bien que la suppression de GGA ait affecté la dynamique de tri dans le compartiment résidant sur Tlg2p, elle n’a eu aucun effet sur le compartiment de sécrétion. Ensemble, ces résultats indiquent que différents compartiments du TGN peuvent être impliqués dans la sécrétion et le tri endocytaire.
Les nouveaux mécanismes endocytaires identifiés dans cette étude suggèrent des voies de transport (compartiments) similaires dans les cellules de mammifères. Par conséquent, ils pourraient détenir la clé pour découvrir les mécanismes moléculaires des processus vitaux fondamentaux ainsi que les mécanismes des infections et des maladies provoquées par des perturbations de l’endocytose. Le professeur Toshima précise : « Nos résultats ont un potentiel d’application clinique. À l’avenir, ils pourraient être utilisés pour développer des stratégies thérapeutiques pour prévenir/traiter les infections par des agents pathogènes et d’autres maladies causées par des troubles endocytaires. Cela sera encore plus important compte tenu de l’émergence de nouveaux agents pathogènes, qui sont ne devrait qu’augmenter à l’avenir. »
