Toxines bactériennes : outils pour l’étude des protéines G impliquées dans les mécanismes de l’exocytose dans les cellules neuroendocrines

Bacterial toxins as tools to investigate the role of G proteins in the exocvtotic machinery in neuroendocrine cells

INSERM U338, Centre de Neurochimie, 5, rue Biaise Pascal, 67084 Strasbourg, France.

Résumé

Dans les cellules neuroendocrines, l’exocytose est un mécanisme complexe impliquant le recrutement des granules de sécrétion, leur arrimage aux sites d’exocytose de la membrane plasmique, puis leur fusion avec la membrane plasmique permettant la libération des produits de sécrétion dans l’espace extracellulaire. L'utilisation de toxines bactériennes au spectre d’action sélectif nous a permis de montrer que ces différentes étapes sont étroitement contrôlées par des protéines G monomériques et trimériques. Ainsi, la mobilisation des granules de sécrétion dans une cellule stimulée par un sécrétagogue nécessite la réorganisation spécifique du cytosquelette d’actine sous la membrane plasmique. Nos résultats suggèrent que cette toile d’actine est en partie contrôlée par une protéine G trimérique de type Go, associée à la membrane des granules de sécrétion, et qui, par l’intermédiaire de la GTPase RhoA couplée à une phosphatidylinositol 4kinase, peut stabiliser les filaments d’actine à la surface granulaire. De plus, les étapes d’arrimage et/ou de fusion des granules à la membrane plasmique requièrent la participation de la GTPase Cdc42 dont la fonction serait d’assurer la mise en place de structures d’actine nécessaires à l’exocytose. L’ensemble de nos travaux souligne l’importance du cytosquelette d’actine et révèle le contrôle séquentiel exercé par les protéines G dans les étapes ultimes de l’exocytose. En outre, ces données illustrent l’intérêt potentiel des toxines bactériennes pour disséquer les voies moléculaires de la sécrétion dans une cellule neuroendocrine.

Abstract

In neuroendocrine cells, regulated exocytosis is a multistep process that comprises the recrutement and priming of secretory granules, their docking to the exocytotic sites, and the subsequent fusion of granules with the plasma membrane leading to the release of secretory products into the extracellular space. Using bacterial toxins which specically inactivate subsets of G proteins, we were able to demonstrate that both tri- meric and monomeric G proteins directly control the late stages of exocytosis in chromaffin cells. Indeed, in secretagogue-stimulated chromaffin cells, the sub- plasmalemmal actin cytoskeleton undergoes a specific reorganization that is a prerequisite for exocytosis. Our results suggest that a granule-bound trimeric Go protein controls the actin network surrounding secretory granules through a pathway involving the GTPase RhoA and a downstream phosphatidylinositol 4-kinase. Furthermore, the GTPase Cdc42 plays a active role in exocytosis, most likely by providing specific actin structures to the late docking and/or fusion steps. We propose that G proteins tightly control secretion in neuroendocrine cells bv coupling the actin cytoskeleton to the sequential steps underlying membrane trafficking at the site of exocytosis. Our data highlight the use of bacterial toxins, which proved to be powerful tools to dissect the exocytotic machinery at the molecular level.