II. Les sphingolipides.
II.1. Structure et métabolisme.
II.1.2. Métabolisme et localisation des enzymes du métabolisme sphingolipidique.
II.1.2.2 Catabolisme des sphingolipides.
Le catabolisme des sphingolipides met en jeu de nombreuses enzymes dont la plupart sont localisées au niveau lysosomal. Les sphingolipides atteignent ce compartiment par endocytose, autophagie ou phagocytose.
Tous les sphingolipides peuvent être dégradés, en une ou plusieurs étapes, pour former du céramide. Ainsi, le céramide-1-phosphate peut être déphosphorylé en céramide par une céramide-1-phosphate-phosphatase, sachant que cette activité enzymatique n’a essentiellement été retrouvée que dans des fractions de membrane plasmique de tissus hépatiques et cérébraux (Boudker & Futerman, 1993 ; Shinghal et al., 1993). La S1P, générée par la SK1 ou 2, peut être déphosphorylée ou dégradée au sein du RE par deux types d’enzymes différents : (i) la S1P Phosphatase, dont il existe deux isoformes, qui déphosphoryle la S1P et (ii) la S1P lyase qui induit la formation de deux produits de dégradation, l’héxadécénal et l’éthanolamine phosphate. Cette dernière réaction est irréversible et constitue donc la voie de sortie majeure du métabolisme sphingolipidique.
Le glucosylcéramide peut être dégradé en céramide par l’action d’une glucosylcéramidase, enzyme lysosomale dont la déficience est à l’origine de la maladie de Gaucher (cf. chapitre II.2). Le galactosylcéramide peut également être dégradé en céramide par une galactosylcéramidase lysosomale dont la déficience provoque la maladie de Krabbe. Le lactosylcéramide, précurseur de la grande majorité des gangliosides est dégradé par une lactosylcéramide-!-galactosidase en glucosylcéramide. Les gangliosides sont également dégradés dans les lysosomes, par l’action d’une ou plusieurs sialidases, hexosaminidases, galactosidases, dont certains déficits peuvent également conduire à l’apparition de certaines sphingolipidoses. De plus, la dégradation de certains glycosphingolipides nécessite également l’action de protéines nommées SAP (pour Sphingolipid Activator Proteins) qui permettraient de rendre disponible les GSLs aux enzymes assurant leur dégradation.
La sphingomyéline est le sphingolipide complexe le plus abondant. Sa dégradation est réalisée par des enzymes nommées SMases (sphingomyélinases), résultant en une production de céramide et de phosphocholine (pour revue, Milhas et al., 2009). Les SMases sont classées selon le pH optimal pour leur activité catalytique : on distingue ainsi la SMase acide et des SMases neutres. La aSMase (SMase acide), codée par le gène SMPD1, est présente sous deux
formes : une forme, majoritaire, lysosomale et une forme sécrétée. Trois sphingomyélinases neutres, nSMases 1, 2 et 3 ont été identifiées à ce jour chez les mammifères, codées respectivement par les gènes SMPD 2, 3 et 4. La nSMase 1 serait localisée au niveau du RE, mais son activité en tant que nSMase a été remise en cause. La nSMase 2 est localisée au niveau du feuillet cytosolique de la membrane plasmique et de l’appareil de Golgi, bien que la SM soit classiquement considérée comme étant particulièrement localisée au niveau du feuillet externe de la membrane plasmique. Cette enzyme est plus fortement exprimée dans les tissus cérébraux. La nSMase 3 est localisée au niveau du RE et semble être majoritairement exprimée dans les muscles squelettiques et cardiaques. L’existence d’une sphingomyélinase neutre mitochondriale (MA-nSMase) a également été récemment proposée.
Le céramide peut être dégradé par des céramidases en sphingosine. Il existe 5 céramidases humaines distinguées selon le pH nécessaire pour leur activité catalytique optimale (acide, neutres ou alkalines) (Mao & Obeid, 2008). La céramidase acide, codée par le gène ASAH1, est localisée au niveau lysosomal, organite au sein duquel le pH acide
Figure 20. Localisation subcellulaire du métabolisme des sphingolipides. La synthèse de novo du céramide a lieu au sein du RE, dans des membranes associées au RE telle que l’enveloppe nucléaire ou des membranes associées aux mitochondries (MAMs). Le céramide est ensuite transporté vers l’appareil de Golgi, par CERT ou par
transport vésiculaire, pour être
respectivement métabolisé en SM ou GlcCér. Ce dernier sera alors transféré au niveau du feuillet cytosolique pour être métabolisé en glycosphingolipides, dont la synthèse nécessite la présence de FAPP2. La SM et les GSLs peuvent être véhiculés à la
membrane plasmique par transport
vésiculaire. La SM pourra alors être métabolisée par une sphingomyélinase. Une partie des enzymes du métabolisme des sphingolipides sont également présentes dans la circulation. Les sphingolipides peuvent ensuite être internalisés par endocytose et être dégradés par des sphingomyélinases et des glucosidases permettant de générer du céramide. Le céramide est catabolisé en sphingosine par une céramidase. La sphingosine pourra ensuite être phosphorylée par la SK1. La S1P peut être déphosphorylée par une S1P phosphatase dans le RE et permettre une synthèse de céramide à partir de la sphingosine libérée par une voie dite de recyclage (Hannun & Obeid, 2008).
permettrait son activation par auto-protéolyse. Elle peut également être sécrétée. Son expression est ubiquitaire et un déficit de cette enzyme est à l’origine de la maladie de Farber (cf. chapitre II.2). La céramidase neutre, codée par le gène ASAH2, est une enzyme O- glycosylée essentiellement localisée au niveau du feuillet externe de la membrane plasmique. Son expression est particulièrement élevée au niveau intestinal où elle participerait à la digestion des sphingolipides d’origine alimentaire (Kono, 2006). Trois céramidases alkalines, 1, 2 et 3, ont été décrites, respectivement codées par les gènes ASAH3, ASAH3L et PHCA. La céramidase alkaline 1 est essentiellement exprimée au niveau épidermique, tandis que les deux autres céramidases alkalines sont ubiquitaires. La céramidase alkaline 1 est localisée au niveau du RE, la céramidase alkaline 2 est localisée au niveau de l’appareil de Golgi et la céramidase alkaline 3 est retrouvée au niveau du RE et de l’appareil de Golgi. La sphingosine générée par les différentes céramidases peut ensuite être utilisée dans la voie de recyclage (Sabourdy et al., 2008).