Chercheurs de l'Institut de Mécanobiologie, Singapour (MBI) à l'Université nationale de Singapour, rapportent que l'endocytose, qui était auparavant considéré comme un processus aléatoire, se produit en fait de manière coordonnée à travers des dynamiques collectives. L'oeuvre, dirigé par le professeur adjoint Wu Min, a montré comment une voie endocytaire majeure médiée par la protéine clathrine, s'est avéré commencer par des vagues progressives périodiques de clathrine, qui ont été couplés temporellement et spatialement aux ondes d'actine corticales en aval. Les ondes endocytiques de la clathrine ont été identifiées ici comme l'initiateur en amont des ondes d'actine corticales. Ce travail a été publié dans Cellule de développement le 20 novembre 2017.

"Les oiseaux d'une plume se rassemblent" est un vieux proverbe qui utilise la dynamique collective de la nature pour décrire les tendances de regroupement des êtres vivants. Non seulement les oiseaux se rassemblent, mais il en va de même d'innombrables exemples tout au long de la vie, du macroscopique au microscopique, y compris les bancs de poissons, colonies de bactéries, groupes de cellules migrantes et même certaines protéines. La dynamique collective est donc un phénomène naturel qui se produit lorsque les dynamiques de chaque individu au sein du groupe se synchronisent les unes avec les autres, donnant un effet visuel et fonctionnel collectif.

Au sein des cellules, la dynamique collective de la protéine cytosquelettique actine est bien connue. L'actine est une protéine filamenteuse, qui, avec d'autres éléments du cytosquelette, forme un réseau dynamique de filaments qui fournissent à la fois un support structurel, ainsi que des capacités fonctionnelles critiques, à la cellule. L'assemblage et le désassemblage coordonnés de l'actine dans le cortex cellulaire, qui se trouve juste sous la membrane plasmique, génère des ondes d'actine corticales qui sont cruciales pour des fonctions cellulaires importantes, notamment la migration et la polarité cellulaire.

Bien que des protéines participant à la formation des ondes corticales aient été identifiées, les facteurs/processus qui déclenchent leur apparition, ou établir les directions dans lesquelles ils vont se propager, n'étaient pas connus.

Rôle de la clathrine dans l'initiation des ondes d'actine corticales

Comme les protéines endocytiques telles que F-BAR se sont avérées jouer un rôle dans les ondes d'actine corticales, les chercheurs ont cherché à comprendre le lien entre l'endocytose et les ondes d'actine corticales. L'endocytose est un processus fondamental de trafic membranaire par lequel les cellules absorbent des facteurs externes tels que des protéines et des agents pathogènes. Il existe plusieurs modes d'endocytose, dont l'endocytose à médiation par la clathrine (CME) est un exemple majeur. La CME est initiée par la liaison d'un ligand à un récepteur, suivi d'une invagination membranaire, revêtement de l'invagination par la protéine clathrine en forme de triskel, et le bourgeonnement de la vésicule recouverte de clathrine.

En utilisant l'imagerie de cellules vivantes sensibles, l'équipe a noté que des vagues endocytiques initiées par la clathrine émergent dans certaines populations cellulaires. Ces ondes de clathrine étaient temporellement liées et coordonnées avec les ondes en aval de F-BAR et d'autres protéines régulatrices de l'actine telles que Cdc42 et N-WASP. Les chercheurs ont observé que pour une telle coordination entre les ondes endocytaires et corticales, une rétroaction entre le F-BAR/Cdc42/N-WASP en aval et la clathrine était nécessaire.

Le compte rendu, qui couple l'initiation des ondes endocytiques par la clathrine aux ondes corticales d'actine est analogue à un groupe de personnes marchant sur un pont bancal. Comme un individu marche sur le pont, un petit mouvement du pont sera généré. Ce mouvement augmentera lorsqu'une autre personne marchera en synchronisation avec la première. Le mouvement de balancement du pont qui en résulte force les autres sur le pont à marcher en synchronie. Cependant, une fois qu'ils sont hors du pont, le couplage de rétroaction est perdu et les gens peuvent à nouveau marcher à leur propre rythme.

Une situation similaire peut être envisagée pour la CME. Dans des conditions normales, il n'y a pas de coordination entre l'assemblage de clathrine et les ondes d'actine corticales et, par conséquent, la CME se produit comme un processus aléatoire. Cependant, les ondes endocytiques peuvent être initiées par la clathrine via un mécanisme de rétroaction positive entre la clathrine et les protéines en aval qui comprend les protéines régulatrices de l'actine ainsi que les protéines membranaires telles que PIP3. Cette, en effet, voit la clathrine réguler l'apparition des ondes d'actine corticales.

Trouver le lien entre endocytose et ondes d'actine corticales

Cette étude rapporte pour la première fois la survenue d'une dynamique collective d'endocytose et montre comment celle-ci régule l'apparition des ondes d'actine corticales. Le lien entre l'endocytose et la génération d'ondes d'actine corticales peut fournir un aperçu plus approfondi de la façon dont les cellules maintiennent la composition et la dynamique de la membrane plasmique.