a. Fonctions décrites des LXRs

1) Mode d’action

Les LXRs régulent la transcription de certains gènes en se fixant sous la forme d’un hétérodimère avec le récepteur de l’acide 9-cis rétinoïque (RXR) sur une séquence spécifique appelée LXR response element (LXRE), consistant en un DR-4 (direct repeat séparé de 4 nucléotides) et localisée dans le promoteur du gène cible (Figure 16) [Willy et al. 1995]. A l’état basal et en l’absence de ligand, l’hétérodimère LXR/RXR réprime activement la transcription du gène en recrutant des complexes co-répresseurs [Repa et al. 2000c; Wagner et al. 2003]. LXR/RXR est un hétérodimère permissif car il peut être activé soit par un ligand de LXR soit par le ligand de RXR [Willy et al. 1995]. La fixation d’un des ligands induit un changement conformationnel de l’hétérodimère entraînant le remplacement des co-répresseurs par des co-activateurs (Figure 16), activant ainsi la transcription du gène cible [Glass et al. 2000]. Par ailleurs, il a été décrit un mécanisme alternatif par lequel les LXRs stimulent l’expression génique en se fixant à une séquence CNRE (cAMP-negative response

element) sous forme de monomères [Tamura et al. 2000; Tamura et al. 2004; Anderson et al. 2003; Morello et al. 2005]. Dans cette voie de régulation, encore peu connue, les LXRs

serviraient d’intermédiaires transcriptionnels dans la signalisation de l’AMPc.

Les ligands naturels des LXRs sont des dérivés oxydés du cholestérol appelés oxystérols parmi lesquels les activateurs les plus puissants sont le 22(R)-hydroxycholestérol et le 20(S)-hydroxycholestérol (intermédiaires de la synthèse des hormones stéroïdiennes), le 24(S)-hydroxycholestérol (l’oxystérol le plus abondant dans le plasma, produit dans le cerveau), le 24(S),25-époxycholestérol (abondant dans le foie) et le 27-hydroxycholestérol (intermédiaire de la synthèse des acides biliaires) [Lehmann et al. 1997; Janowski et al. 1996; Forman et al. 1997]. Ces ligands se fixent au LBD et stimulent l’activité transcriptionnelle des LXRs à des concentrations physiologiques. La plupart des ligands endogènes qui ont été identifiés jusqu’à maintenant, activent à la fois LXRα et LXRβ. Cependant, le 5,6-24(S),25-diépoxycholestérol, les acides biliaires 6α-hydroxy, et l’acide cholesténoïque sont des ligands relativement sélectifs pour LXRα [Janowski et al. 1999; Song et al. 2000a; Song et al. 2000b]. Par ailleurs, il a été décrit que le glucose et la D-glucose-6-phosphatase induisent l’activité transcriptionnelle des LXRs, avec une efficacité comparable à celle des oxystérols [Mitro et al. 2007], mais ces observations n’ont pu être confirmées dans une étude récente [Denechaud et al. 2008].

En plus de ces ligands endogènes, des ligands synthétiques ont été développés, dont les plus utilisés sont le TO901317 [Schultz et al. 2000] et le GW396 [Collins et al. 2002], activant tous deux LXRα et LXRβ. Il a été décrit un activateur synthétique spécifique de LXRα (Compound A) [Lund et al. 2006] et une classe d’activateurs spécifiques de LXRβ, les N-acylthiadiazolines [Molteni et al. 2007], mais ces derniers ne semblent pas être efficaces in

vivo [Baranowski 2008]. Ainsi, des activateurs spécifiques de chaque isoforme font encore

défaut, ce qui ralentit les recherches sur la détermination des fonctions spécifiques de LXRα et LXRβ. Notons enfin qu’il existe également des antagonistes naturels des LXRs, à savoir le géranylgéranylpyrophosphate (intermédiaire de la biosynthèse du cholestérol), les AG insaturés et les 3-sulfates de cholestérol oxydé [Forman et al. 1997] [Ou et al. 2001; Yoshikawa et al. 2002; Song et al. 2001].

2) LXRs et métabolisme du cholestérol

Les LXRs jouent un rôle important dans le métabolisme du cholestérol en régulant l’expression de nombreux gènes impliqués à différentes étapes. Tout d’abord, il a été montré que l’activation des LXRs inhibe l’absorption du cholestérol intestinal chez la souris [Repa et al. 2000c]. Cet effet pourrait être médié par l’activation de l’expression des gènes codant les transporteurs ABCG5 et ABCG8 [Repa et al. 2002], mais surtout par l’inhibition de l’expression du gène de Niemann-Pick C1 like 1 (NPC1L1), transporteur exprimé dans les entérocytes et nécessaire à l’absorption du cholestérol du bol alimentaire [Altmann et al. 2004; Duval et al. 2006]. De plus, les LXRs inhibent la synthèse de cholestérol

hépatique. En effet, il a été décrit chez les souris KO LXRα-/-ou LXRβ-/- une augmentation de l’expression de gènes impliqués dans la synthèse du cholestérol dans le foie, tels que SREBP2, l’HMG-CoA synthase et réductase, la farnésyl diphosphate synthase et la squalène synthétase [Peet et al. 1998; Alberti et al. 2001]. Les LXRs favorisent également

l’excrétion du cholestérol du foie en stimulant l’expression des transporteurs ABCG5 et

ABCG8 qui permettent l’élimination du cholestérol par les fèces (soit sous forme libre, soit sous forme d’acides biliaires) [Yu et al. 2003; Repa et al. 2002; Yu et al. 2002]. LXRα active l’expression de CYP7A1 (cytochrome P450 7 A1), enzyme clé de la conversion du cholestérol en acides biliaires, mais uniquement chez la souris [Lehmann et al. 1997; Chiang

et al. 2001].

Le rôle des LXRs dans le transport inverse du cholestérol a beaucoup été étudié. Dans les macrophages, l’activation des LXRs augmente la captation sélective du cholestérol des HDLs, via l’induction de l’expression des gènes ApoE, LPL et de la Cavéoline-1 [Bultel et

al. 2008]. De plus, les LXRs stimulent la mobilisation du cholestérol intracellulaire en activant

cholestérol des pools intracellulaires vers la membrane plasmatique (Figure 17) [Rigamonti

et al. 2005]. Les LXRs stimulent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1 permettant

l’efflux du cholestérol vers les HDLs [Repa et al. 2000c; Costet et al. 2000; Fayos et al. 1994]. Ils activent également l’expression du cluster de gènes ApoE/C-I/C-IV/C-II et apoA-IV pouvant servir d’accepteurs extracellulaires de cholestérol [Laffitte et al. 2001b; Mak et al. 2002; Liang et al. 2004a]. De plus, les LXRs participent au remodelage des particules lipoprotéiques en induisant l’expression de la PLTP [Cao et al. 2002; Laffitte et al. 2003b], de la CETP [Luo et al. 2000], et de la LPL [Zhang et al. 2001]. En cohérence avec ces effets des LXRs sur le transport inverse du cholestérol, il a été observé à maintes reprises que l’activation des LXRs par leurs agonistes synthétiques augmente la concentration plasmatique de HDL-cholestérol chez la souris et le rat [Collins et al. 2002; Miao et al. 2004; Beyer et al. 2004; Sato et al. 2008].

Enfin, il a récemment été décrit que l’activation des LXRs inhibe la captation des LDL par le LDLR dans différents types cellulaires (macrophages, hépatocytes, rein, intestin) [Zelcer et al. 2009]. L’activation des LXRs induit l’expression du gène Idol (inducible

degrader of the LDLR, aussi appelé Mir ou Mylip) codant une ubiquitine ligase qui provoque

la dégradation du LDLR par ubiquitinylation de son domaine cytoplasmique.

3) LXRs, inflammation et athérosclérose

L’activation des LXRs par leurs ligands synthétiques empêche la production de médiateurs de l’inflammation, tels que l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS), la cyclo-oxygénase 2 (COX-2), et l’IL-6, dans des macrophages soumis à une infection bactérienne ou à du lipopolysaccharide [Joseph et al. 2003]. Cet effet est en fait médié par la suppression de la voie de signalisation de NFκB. Cet effet anti-inflammatoire ainsi que leur rôle dans le transport inverse du cholestérol confèrent aux LXRs des propriétés

anti-athérosclérotiques. De plus, l’activation des LXRs entraîne une inhibition de la prolifération

des cellules musculaires lisses [Blaschke et al. 2004] et une réduction de la production de métalloprotéase-9 [Castrillo et al. 2003], limitant ainsi le développement de la plaque d’athérome et augmentant sa stabilité. Il a été ainsi observé dans plusieurs modèles animaux d’athérosclérose que l’activation des LXRs réduit la taille des plaques d’athérome [Joseph et al. 2002b; Terasaka et al. 2003; Levin et al. 2005].

4) LXRs et lipogenèse hépatique

L’activation des LXRs dans le foie augmente l’expression de gènes impliqués dans la

biosynthèse des AG ainsi que la concentration de TG plasmatique [Schultz et al. 2000]

[Grefhorst et al. 2002]. Cet effet a été attribué à LXRα car, contrairement aux souris KO LXRα-/-ou les double KO LXRα-/-β-/-, les souris KO LXRβ-/- ne présentent pas d’altération de

l’expression des gènes lipogéniques [Peet et al. 1998; Schultz et al. 2000; Schuster et al. 2002; Alberti et al. 2001]. LXRα induit l’expression du maître d’orchestre de la lipogenèse, SREBP1c [Eberle et al. 2004], facteur de transcription régulant l’expression des gènes lipogéniques, à savoir, l’acétyl-CoA carboxylase (ACC), FAS et SCD (Figure 18) [Repa et al. 2000a; Peet et al. 1998]. L’expression de ces 3 gènes lipogéniques est activée non seulement par SREBP1c mais aussi directement par LXRα [Chu et al. 2006; Joseph et al. 2002a; Talukdar et al. 2006]. De plus, les LXRs activent l’expression de ChREBP (carbohydrate responsive element binding protein), facteur de transcription sensible au glucose stimulant l’expression des gènes lipogéniques et qui favorise ainsi la conversion de carbohydrates en lipides [Cha et al. 2007]. Par ailleurs, les LXRs augmentent la sécrétion de VLDL hépatique certainement via l’augmentation de l’expression de la PLTP [Grefhorst et al. 2002; Cao et al. 2002] et d’ANGPTL3 [Inaba et al. 2003]. LXRα active également l’expression de CD36 permettant l’entrée d’AG dans le foie [Zhou et al. 2008]. De manière intéressante, il a été décrit que l’insuline stimule l’expression de LXRα dans des hépatocytes de rat [Eberle et al. 2004], et que LXRα pourrait être impliqué dans l’induction de l’expression de SREBP1c par l’insuline [Chen et al. 2004]. Notons que l’activation des LXRs provoque aussi l’accumulation de lipides dans d’autres tissus que le foie, à savoir dans les cellules musculaires lisses [Cozzone et al. 2006] et les cellules β du pancréas [Choe et al. 2007].

5) LXRs et métabolisme du tissu adipeux

Le rôle des LXRs dans la régulation de la différenciation adipocytaire et le stockage des TG est controversé. Il semblerait que l’activation des LXRs favorise l’accumulation de lipides dans les adipocytes, peut-être en stimulant la captation des AG grâce à l’induction de l’expression de CD36 et FABP [Juvet et al. 2003], ou peut-être en stimulant la synthèse d’AG

de novo [Darimont et al. 2006]. LXRα est un gène cible de PPARγ, le chef d’orchestre de la différenciation adipocytaire [Chawla et al. 2001]. Seo et al ont montré que les LXRs, et notamment LXRα, stimulent la différenciation adipocytaire dans les adipocytes de souris 3T3-L1 [Seo et al. 2004]. Au contraire, Hummasti et al n’ont pas détecté d’effet de l’activation des LXRs sur la différenciation adipocytaire dans ces cellules [Hummasti et al. 2004]. Le rôle des LXRs dans la différenciation adipocytaire reste donc à éclaircir. Notons cependant que les souris double KO LXRα-/-β

présentent une réduction de la masse de TA [Laffitte et al. 2003a] et sont résistantes à l’obésité induite par un régime hyperlipidique [Kalaany et al. 2005].

6) LXRs et métabolisme du glucose

Plusieurs études témoignent de l’implication des LXRs dans l’homéostasie glucidique. En effet, l’administration des agonistes synthétiques de LXR diminue la glycémie et

améliore la sensibilité à l’insuline dans plusieurs modèles de rongeurs diabétiques ou

insulinorésistants [Cao et al. 2003; Laffitte et al. 2003a; Commerford et al. 2007]. En fait, les LXRs inhibent indirectement l’expression des gènes codant les enzymes clés de la gluconéogenèse, à savoir la phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK), la glucose-6-phosphatase (G6Pase) et la fructose-1,6-biglucose-6-phosphatase (FBPase) [Stulnig et al. 2002b; Grempler et al. 2005] (Figure 19). Cet effet pourrait être médié par une inhibition de PPARγ coactivator 1α (PGC1α), régulateur clé de la production de glucose hépatique [Laffitte et al. 2003a; Commerford et al. 2007], ou par SREBP1c, qui inhiberait l’expression de la PEPCK [Chakravarty et al. ], ou par la voie de signalisation des glucocorticoïdes, dont l’expression du récepteur aux glucocorticoïdes et de la 11β-HSD1 (enzyme de conversion de la cortisone en forme active) est réduite après addition de TO901317 [Liu et al. 2006; Stulnig et al. 2002b; Stulnig et al. 2002a]. Cependant, le rôle des LXRs dans le métabolisme du glucose fait débat puisque, chez des animaux non diabétiques, l’activation des LXRs n’affecte pas la glycémie [Cao et al. 2003; Laffitte et al. 2003a]. De plus, les souris KO LXRα-/- ou LXRβ

-/-présentent une sensibilité normale à l’insuline [Gerin et al. 2005]. Enfin, Grefhorst et al ont décrit une absence d’effet du GW3965 sur la sensibilité à l’insuline et la production de glucose chez les souris ob/ob [Grefhorst et al. 2005].

Dans les tissus périphériques, il a été montré que les LXRs activent directement l’expression de GLUT4 dans les adipocytes et les cellules musculaires lisses, facilitant ainsi

la captation de glucose [Grefhorst et al. 2005; Laffitte et al. 2003a; Commerford et al. 2007;

Dalen et al. 2003; Kase et al. 2007; Kase et al. 2005] (Figure 19). De plus, les LXRs, et en particulier LXRβ, pourraient stimuler la sécrétion d’insuline in vitro, en stimulant l’expression de GLUT2, la glucokinase et la pyruvate carboxylase [Efanov et al. 2004; Zitzer et al. 2006], mais cet effet reste controversé in vivo [Grefhorst et al. 2005; Loffler et al. 2006; Cao et al. 2003; Liu et al. 2006; Commerford et al. 2007]. Notons qu’à long terme, l’activation des LXRs dans le pancréas conduit à une surcharge lipidique induisant un effet lipotoxique et pourrait même contribuer aux dysfonctions pancréatiques observées dans le DT2 [Choe et al. 2007]. Le bénéfice des agonistes synthétiques des LXRs sur l’homéostasie glucidique serait donc limité.

7) Autres fonctions des LXRs

Chez la souris, il a été montré que les LXRs, et en particulier LXRα, activent directement l’expression du gène de la rénine dans le rein, entraînant une augmentation de

l’activité de la rénine dans le plasma, et que LXRα est requis dans le contrôle adrénergique

du RAAS [Tamura et al. 2000; Tamura et al. 2004; Morello et al. 2005]. En revanche, chez le

rat, l’activation des LXRs par le GW3965 n’a pas d’impact sur l’activité de la rénine [Leik et

al. 2007].

Les LXRs stimulent également directement l’expression du VEGF, suggérant un rôle des LXRs dans la biologie vasculaire [Walczak et al. 2004].

Par ailleurs, plusieurs études ont montré que l’activation des LXRs dans le cerveau augmente l’expression de ses gènes cibles classiques (ABCA1, ABCG1 et ApoE) suggérant que les LXRs seraient essentiels pour maintenir l’homéostasie du cholestérol dans le

cerveau [Fujiyoshi et al. 2007; Liang et al. 2004b; Whitney et al. 2002]. De plus, des études

in vitro ont révélé un effet anti-amyloïdogénique des LXRs [Koldamova et al. 2003;

Koldamova et al. 2005; Brown, III et al. 2004; Sun et al. 2003]. Les LXRs pourraient donc être impliqués dans la physiopathologie de la maladie d’Alzheimer.

Enfin, les LXRs seraient impliqués dans d’autres fonctions, telles que la fonction de reproduction, la stéroïdogenèse, la prolifération et la différenciation des kératinocytes et l’inhibition de tumeurs cancéreuses [Jamroz-Wisniewska et al. 2007].