Les cellules animales et végétales dépendent de l'autophagie dans laquelle le matériel cellulaire endommagé ou superflu est éliminé. La dégradation des substrats se fait par les protéines. Chez les animaux, il a lieu dans un organite cellulaire appelé lysosome et dans les plantes et les levures dans la vacuole. Initialement, les protéines de dégradation ne sont pas localisées dans la vacuole ou le lysosome; plutôt, ils doivent être véhiculés par des récepteurs de transport sur de petites vésicules jusqu'à leur site d'action.

L'équipe du groupe de recherche Biochimie du transport intracellulaire de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), dirigé par le Dr Harald Platta, a démontré avec succès à quel point le récepteur de transport Vps10 est indispensable pour le processus.

Dans une seconde étude, les chercheurs ont analysé la protéine Vac8, qui régule la fusion des petites et grandes vésicules avec la membrane de la vacuole afin que la charge respective puisse être libérée à l'intérieur de la vacuole.

Les résultats ont été publiés en juin et juillet 2019 dans le Rapports scientifiques et Cellule revues.

Indispensable pour la dégradation de substrats complexes

Les chercheurs ont démontré que le récepteur de transport Vps10, qui chez les plantes et les levures dirige la protéine de dégradation Pro-Pep4 du réticulum endoplasmique vers la vacuole, n'est pas seulement l'un des nombreux récepteurs échangeables. "Plutôt, Vps10 contribue de manière significative à l'activité de la vacuole lors de la dégradation des propres composants de la cellule en transportant efficacement la Pro-Pep4, " dit Harald Platta.

Sans Vps10, dont l'homologue dans les cellules humaines s'appelle la sortieline, Pro-Pep4 ne peut pas être efficacement transporté vers la vacuole et activé en Pep4, qui est appelée cathepsine D chez l'homme.

Alors que la dégradation des petites protéines occasionnelles et des ribosomes dans la vacuole est encore possible sans Vps10, il est apparu que la dégradation de substrats complexes, comme les peroxysomes ou les mitochondries, ne peut plus se dérouler efficacement sans Vps10 et est associé à un dysfonctionnement et donc à une maturation inefficace de Pro-Pep4.

Des conséquences de grande envergure

« Les résultats de cette étude sont également pertinents pour les questions de suivi, " explique Platta. " Pep4 détermine, par exemple, la toxicité de divers champignons nuisibles aux plantes. De plus, Pep4 protège les cellules de levure de la formation spontanée de prions, c'est-à-dire des particules de protéines nocives spécifiques, tandis que la perte de l'activité Pep4 entraîne une durée de vie raccourcie. Chez les mammifères, une déficience de l'homologue Pep4 mature cathepsine D conduit à des troubles neurodégénératifs. Et le dysfonctionnement de la pro-cathepsine D a été observé dans diverses formes de cancer."

Les vésicules et les membranes des vacuoles doivent fusionner les unes avec les autres

La deuxième étude a analysé la protéine Vac8, qui est étroitement liée aux protéines de mammifères plakoglobine, un suppresseur de tumeur, et la caténine. Alors que ces derniers assurent les contacts cellule-cellule au niveau de la membrane plasmique, Vac8 régule la fusion des membranes des vésicules de transport avec la membrane vacuolaire à l'intérieur de la cellule. Il s'agit soit de petites vésicules contenant des protéines de dégradation, soit de grosses vésicules chargées des substrats à dégrader.

Contrairement à ce que l'on pourrait croire, la fusion des membranes ne semble pas se faire par liaison à d'autres protéines, mais, comme l'ont démontré les chercheurs, via la coordination des lipides. « Au cours de l'étude, nous avons pu montrer que l'activité de fusion et de dégradation de la vacuole dans les cellules déficientes en Vac8 pouvait être régénérée par l'ajout expérimental des briques lipidiques membranaires acide oléique et glycérol, " dit Harald Platta. Selon les chercheurs, c'est pourquoi Vac8 joue un rôle crucial dans la dégradation autophagique de tous les substrats testés - protéines cytosoliques, ribosomes et peroxysomes.

Par conséquent, Vac8 semble non seulement agir comme une simple molécule adaptatrice entre deux membranes, mais peut également définir la composition des lipides environnants afin de préparer le contact entre les deux membranes. "Cela soulève de nouvelles questions intéressantes sur l'identité des types de lipides impliqués, " comme Harald Platta expose les questions potentielles de recherche future.