Endocytose : chaque voie compte ! Multiple endocytic pathways in mammalian cells

Résumé

Les travaux précurseurs de microscopie électronique de Roth et Porter démontrent en 1964 le rôle des puits recouverts de clathrine dans l’endocytose sélective des protéines. Si la voie d’endocytose dépendante de la clathrine a longtemps été considérée comme la voie d’internalisation des récepteurs trans-membranaires, les études des deux dernières décennies ont aussi étayé l’existence de voies d’endocytose différentes, dites « indépendantes de la clathrine ». Le manque de techniques et de marqueurs spécifiques a longtemps retardé la caractérisation moléculaire de ces autres voies d’endocytose. Ce sont paradoxalement les derniers progrès réalisés dans la connaissance de l’endocytose dépendante de la clathrine, avec la mise au point d’inhibiteurs moléculaires nouveaux, qui ont permis d’établir sans ambiguïté l’existence de voies indépendantes de la clathrine et de caractériser leur contribution dans les phénomènes d’internalisation. Cet article a pour but de faire le point sur les différentes voies d’endocytose de la cellule et leurs fonctions physiologiques.

Summary

Whether the endocytic uptake of a given molecule is mediated through clathrin-coated vesicles (CCV) or not is a classical criterion used to characterize its endocytic pathway(s). Hence, clathrin-dependent endocytosis has been associated with highly selective and efficient uptake followed by endosomal recycling or degradation, whereas clathrin-independent endocytosis appeared to be confined to bulk-uptake of fluid phase markers.

The formation of clathrin-coated vesicles represents the initial step of the clathrin-dependent pathway. AP-2, clathrin and dynamin are key players in this process : AP-2 is believed to drive clathrin assembly at the plasma membrane and bind to internalization signals found in the cytoplasmic tail of transmembrane receptors ; clathrin gives an organizing framework to the pit ; and the dynamin GTPase activity is required for the detachment of CCVs from the plasma membrane. The last 10 years have seen the identification of novel proteins in endocytosis that either bind to AP-2 or dynamin and are involved in clathrin-coated pit assembly (Eps15, Epsin, AP180) or CCV formation (amphiphysin, endophilin, intersectin).

The characterization of these so-called « accessory proteins » has given the unprecedented opportunity to analyse functionally and mechanistically the less well-understood clathrin-independent pathways, including caveolae and lipid rafts/microdomains-mediated uptake. The recent results obtained with these new tools such as Eps15 dominant negative mutants clearly demonstrate the role of the non-classical endocytic pathways in the internalization of lipids, toxins and trans-membrane proteins such as the interleukin2-receptor. In addition, they suggest that these pathways may be specifically involved in the targeting of internalized materials in specific intracellular compartments such as the trans-Golgi network and the endoplasmic reticulum.