Endocytose et voie de signalisation Notch Endocytosis and Notch signalling

Depuis C. elegans jusqu’aux vertébrés supérieurs, la voie de signalisation Notch contrôle la compétence de multiples types cellulaires à se différencier. L’activation du récepteur transmembranaire Notch (un gène chez la drosophile, 4 chez les mammifères) est déclenchée par son interaction avec un ligand transmembranaire de la famille DSL (Delta ou Serrate chez la drosophile, Delta 1, 3, 4, ou Jagged 1, 2 chez les mammifères) présenté par une cellule voisine. Le récepteur subit alors deux coupures protéolytiques successives, dans son domaine extracellulaire par une protéase de la famille ADAM (a disintegrin and metalloprotease), puis au sein du domaine transmembranaire par un complexe multiprotéique, la γ-sécrétase (Figure 1). Le domaine intracellulaire du récepteur est ainsi libéré dans le cytoplasme et migre dans le noyau, où il interagit avec la protéine CSL (CBF1, aussi appelé RBP-Jκ chez les vertébrés, Su(H) chez la drosophile, et Lag-1 chez C. elegans) pour reconstituer un activateur transcriptionnel. Les ligands comme les récepteurs sont soumis à des processus comparables de clivages protéolytiques successifs et d’endocytose, sans que, concernant les ligands, leurs rôles soient encore bien compris. L’importance de l’endocytose des ligands et du récepteur Notch pour la signalisation a été initialement décrite chez la drosophile [1] grâce à l’utilisation de mutants pour la dynamine, et fait l’objet de nombreux travaux récents. L’endocytose du récepteur Notch est nécessaire pour le maintien d’une quantité fixe de récepteurs activables à la membrane, en ciblant et accompagnant les molécules surnuméraires ou défectueuses vers la dégradation, mais elle intervient aussi après activation du récepteur pour le diriger vers le compartiment où peut agir la γ-sécrétase. Nous avons montré que le récepteur Notch, après activation, doit être internalisé et mono-ubiquitinylé pour être clivé par la γ-sécrétase [2]. Chez la drosophile, Sanpodo, une molécule à 4 domaines transmembranaires, joue probablement un rôle positif dans l’activation de Notch en régulant son internalisation de façon antagoniste à Numb [3]. Lorsqu’il n’est pas activé, le récepteur Notch est internalisé et transporté dans des vésicules d’endocytose jusqu’aux lysosomes. Une des premières étapes de ce voyage est l’ubiquitinylation de Notch. Ce signal encore mal caractérisé lui permet probablement d’être trié par interaction avec Hrs/Vps27, puis dirigé vers les vésicules contenant les complexes ESCRT-I (endosomal sorting complex required for transport) puis ESCRT-II et ESCRT-III. Les protéines sont alors invaginées dans des petites vésicules au sein des MVB (corps multivésiculaires) et finalement dégradées après fusion des MVB avec les lysosomes. Chez la drosophile, des mutants pour plusieurs des molécules impliquées dans ces trafics bloquent effectivement la dégradation du récepteur, ce qui explique qu’ils provoquent une augmentation de l’activité Notch. C’est le cas pour Vps25, Vps22, et Vps32 [4, 5]. En revanche, si les voies d’endocytose sont bloquées plus en amont, par diminution de Hrs, Avl (homologue des syntaxines 7 ou 12, localisé dans les endosomes précoces) ou Rab5, Notch s’accumule à la surface cellulaire mais son activité globale n’augmente pas [6]. Ces résultats sont compatibles avec l’idée selon laquelle le récepteur, qu’il soit activé par liaison du ligand ou pas, subit le processus d'endocytose par une voie dépendant de Rab5 et Avl, et qu’une étape de tri a alors lieu. Selon l’état d’ubiquitinylation du récepteur ou son association avec certaines molécules, il pourrait alors poursuivre sa route vers l’activation ou la dégradation. L’étude des ubiquitinylations subies par le récepteur, et des E3 ubiquitine ligases spécifiques de chacune d’entre elles permettra d’élucider ces phénomènes. L’ubiquitinylation par Nedd4 ou Itch/Su(Dx) et cbl pourrait permettre au récepteur d’être dégradé, tandis que son unique mono-ubiquitinylation lui serait nécessaire pour être reconnu par le complexe γ-sécrétase et donc activer ses gènes cibles. Des études …