L’une des découvertes les plus remarquables de l’article de Chen et al. (4) est leur démonstration que le mécanisme par lequel les acides aminés stimulent mTORC1 nécessite VPS34 (classe III PI3K), une enzyme impliquée dans l’endocytose et le recyclage des vésicules du Golgi à la surface (10). Qu’est-ce que le recyclage des vésicules et le Golgi pourraient avoir à voir avec l’activation de mTORC1 à la surface du lysosome? Un grand nombre d’études récentes (11, 12) ont impliqué le trafic de membranes intracellulaires dans le processus par lequel certains acides aminés activent la voie mTORC1 (Figure 1). Par exemple, l’activation de mTORC1 par la glutamine ne nécessite pas de GTPases RAG, tandis que la leucine le fait (11). D’autres ont constaté que dans les cellules déficientes en CHIFFON, le mTORC1 est localisé dans le Golgi, et cette localisation dépend de l’ARF, un facteur ADP-ribosylant critique pour le trafic de vésicules (11). De plus, alors que l’addition de glutamine aux cellules déficientes en CHIFFON a provoqué la translocation de mTORC1 dans les lysosomes, il a fallu beaucoup plus de temps pour s’y localiser (11). Des études antérieures ont également montré que mTORC1 est présent dans l’ER ainsi que dans le réseau trans-Golgi (TGN) (13).
Comment les protéines sont-elles ciblées sur les lysosomes? Les hydrolases lysosomales sont synthétisées dans l’ER et glycosylées dans le Golgi, où elles acquièrent un ligand mannose-6-phosphate (14). Lorsque les hydrolases lysosomales atteignent le TGN, elles se lient aux récepteurs du mannose-6-phosphate (M6PRs) et bourgeonnent en vésicules recouvertes de clathrine, un processus médié par plusieurs protéines adaptatrices et facilité par ARF1. Les vésicules fusionnent ensuite avec des vésicules endosomales précoces (VEE) et finissent par circuler et fusionner avec les lysosomes, livrant les hydrolases lysosomales à leur destination finale. Lorsque des cellules dépourvues de GTPase de CHIFFON ont été traitées avec de la bréfeldine, l’activation de la mTORC1 induite par les acides aminés a été abolie, mais la bréfeldine n’a pas empêché l’activation de la mTORC1 dans des cellules suffisantes en GTPase de CHIFFON (11). La Brefeldine inhibe l’activation de l’ARF1, provoquant un blocage du transport antérograde de l’ER au Golgi. Ainsi, l’activation de mTORC1 nécessite un transport ER-Golgi normal. De plus, il a été constaté que l’élimination de Rab1a, une petite GTPase impliquée dans l’endocytose, entraîne également un blocage de l’activation de mTORC1 par les acides aminés (12). Alors que RAB1A n’était auparavant connu que pour son contrôle du transport ER-vers-Golgi, il a été trouvé pour induire l’association de mTORC1 avec RHEB et RAPTOR, indépendamment des GTPases de RAG. De plus, le knockdown de RAB1A a interféré avec la localisation de mTORC1 dans le Golgi mais pas dans les lysosomes. De plus, la perte de RAB1A n’a pas affecté l’interaction de mTORC1 avec les GTPases de RAG dans le lysosome (13).
Deux possibilités se dégagent de ces nouvelles études. Une possibilité est que mTORC1 ne peut être actif que lorsqu’il est situé sur les membranes lysosomales, mais peut être délivré au lysosome à partir d’autres membranes intracellulaires telles que le TGN sous une forme inactive. L’autre possibilité est que mTORC1 puisse être activé, par des acides aminés par example, lorsqu’il se trouve sur le Golgi ou d’autres compartiments membranaires. Il est difficile de conclure d’une manière ou d’une autre sur la base des données actuellement disponibles, car mTORC1 est présent dans la voie sécrétoire en association avec bon nombre de ses protéines de liaison/activation (13). Pour distinguer ces possibilités, il sera nécessaire d’obtenir une analyse cinétique minutieuse du processus d’activation de mTORC1. À ma connaissance, seuls Jewell et al. (11) ont étudié la cinétique de l’activation de mTORC1. Ce groupe a montré que dans les cellules suffisamment en CHIFFON, la glutamine provoque la localisation de mTORC1 en lysosomes dans les 50 minutes suivant l’addition, tandis que dans les cellules déficientes en CHIFFON, mTORC1 n’est pas dans le lysosome à 50 minutes, mais est présent à 150 minutes après l’addition de glutamine. Cependant, Jewell et coll. ils n’ont pas identifié le compartiment où mTORC1 était localisé avant son arrivée dans le lysosome, ni déterminé si mTORC1 était actif dans cette région. Il sera important de montrer que la glutamine provoque la localisation du complexe au Golgi et de déterminer si elle est active dans ce lieu. Fait intéressant, mTORC1 dans une étude s’est avéré colocaliser avec golgin 97 (13), une protéine connue pour s’associer à M6PR (15).
Ainsi, il semble que le complexe d’activation de mTORC1 se charge sur le TGN après addition de glutamine, peut-être en association avec le SLC38A9, qui transporte la glutamine (mais pas la leucine) (Figure 1). De plus, cette région du Golgi est acidifiée par la V-ATPase ; par conséquent, elle se liera probablement au complexe mTORC1 ainsi qu’au RAPTOR et au RHEB, ce dernier étant déjà connu dans le Golgi (16). Ce complexe peut ensuite être acheminé par des vésicules vers les lysosomes à travers la route commune bien décrite empruntée par le M6PR vers les lysosomes. La question majeure est de savoir si mTORC1 est actif lorsqu’il réside sur les membranes de Golgi ou s’il doit être acheminé vers le lysosome pour devenir actif. Ici, Chen et coll., dans une étude critique, a constaté que la délétion de Vps34 bloquait l’activation médiée par les acides aminés de mTORC1. Quelle pourrait être la fonction spécifique de ce PI3K de classe III dans le trafic de mTORC1? Récemment, un inhibiteur hautement spécifique de VPS34 a été trouvé pour bloquer le trafic des vésicules du TGN vers le lysosome (17). Ainsi, on peut supposer que mTORC1 n’est pas actif lorsqu’il est dans le Golgi mais ne peut être activé que lorsqu’il atteint le lysosome. Si tel est le cas, il sera important de déterminer quel composant du complexe est fourni par les lysosomes et est si nécessaire à l’activation.
Le rein a fourni un joli modèle in vivo pour la séparation de la RTK des voies des acides aminés. Nous pouvons enfin rationaliser les découvertes anciennes de l’alimentation riche en protéines avec la biologie cellulaire moléculaire moderne; pourtant, les deux processus sont médiés par mTORC1.
