Introduction sur le métabolisme des sphingolpides :

Les sphingolipides sont une grande famille de lipides cellulaires complexes ayant un rôle structural et métabolique, qui sont tous deux intimement liés. Ces lipides sont définis par la présence d’une base sphingoïde dans leur structure et sont formés à partir du céramide qui occupe une position centrale dans la biosynthèse et le catabolisme des ces molécules.

La première étape de la biosynthèse de novo des sphingolipides est représentée par la sérine palmitoyl transférase (SPT) qui génère la 3-cétosphinganine à partir de la condensation d’un palmitoyl-coenzyme A et d’un acide aminé alcool, la sérine. La 3-cétosphinganine est ensuite réduite en sphinganine par la 3-cétosphinganine réductase, puis une chaîne d’acide gras sous forme d’acyl-coenzyme A est ensuite liée par une liaison amide sur la fonction amine du C2 de la

sphinganine pour former le dihydrocéramide (ou plutôt, les dihydrocéramides, selon la longueur de chaîne de l’acide gras). Ces dihydrocéramides sont ensuite transformés en céramides par une dihydrocéramide réductase. Toutes ces étapes de biosynthèse, aboutissant à la formation du céramide, se déroulent à la face cytoplasmique du réticulum endoplasmique où se situent toutes ces enzymes (Spiegel and Milstien 2003).

A partir du céramide, différents sphingolipides vont pouvoir être synthétisés.

En ce qui concerne les glycosphingolipides, le galactosyl céramide est synthétisé par une galactosyl céramide synthase au niveau de la membrane interne du réticulum endoplamique (feuillet luminal). Les autres glycosphingolipides sont formés dans l’appareil de Golgi. Pour cela, le céramide néosynthétisé au niveau du RE est transféré, par un transport vésiculaire, au niveau de la membrane externe du Golgi où il peut être glycosylé par une glucosyl céramide synthase. Ce glucosyl céramide ainsi formé bascule ensuite dans le feuillet interne de la membrane du Golgi (probablement grâce à un ABC transporteur) pour permettre la synthèse de l’oligossacharide des gangliosides et des autres Fig 33. Métabolisme des sphingolipides et interconnection des lipides bioactifs. (Hannun and Obeid 2008)

glycosphingolipides. Ce dernier processus étant particulièrement développé dans les cellules de la substance grise du système nerveux central (Hannun and Obeid 2008). Le céramide néoformé dans le réticulum peut aussi être transféré vers l’appareil de Golgi grâce à une céramide transfert protéine (CERT), (Hanada, Kumagai et al. 2003) et sera dans ce cas préférentiellement le substrat d’une sphingomyéline synthase qui tranfère la phosphoryl-choline d’une phosphatidylcholine sur le céramide pour générer de la sphingomyéline et du diacylglycérol. Le céramide peut également être le substrat d’une céramide kinase qui génère du céramide-1-phosphate.

Cette sphingomyéline et ces glycosphingolipides sont ensuite amenés par des vésicules de transport en provenance de l’appareil de Golgi (TGN pour Trans Golgi Network) vers la membrane plasmique avec laquelle elles peuvent fusionner (Hannun and Obeid 2008; Bartke and Hannun 2009)

La sphingomyéline membranaire peut être hydrolysée en céramide par une sphingomyélinase, le céramide peut ensuite être dégradé en sphingosine par une céramidase, et la sphingosine phosphorylée en sphingosine-1-phosphate par une sphingosine kinase. Cette cascade réactionnelle peut se dérouler sur plusieurs sites, où interviennent des enzymes spécifiques : i/ au niveau du feuillet interne de la membrane plasmique où interviennent la sphingomyélinase neutre, une céramidase et la sphingosine kinase-1 ; ii/ dans les lysosomes où interviennent la sphingomyélinase acide et la céramidase acide qui génèrent de la sphingosine qui est ensuite exportée dans le cytoplasme où elle peut être réutilisée ; iii/ à l’extérieur de la cellule (ou sur le feuillet externe de la

membrane plasmique) où interviennent la sphingomyélinase acide, une céramidase et, peut-être la sphingosine kinase-1 (sécrétées par la cellule) ; iv/ enfin, dans le noyau, où certaines étapes de ce métabolisme semblent aussi pouvoir se produire (Ogretmen and Hannun 2004; Hannun and Obeid 2008).

Les glycosphingolipides (cérébrosides et gangliosides) membranaires peuvent être internalisés et dégradés dans les lysosomes par l’action séquentielle de plusieurs enzymes, chacune étant spécifique d’un intermédiaire métabolique précis. Le déficit fonctionnel (dû à une mutation) d’une (ou plusieurs) de ces hydrolases lysosomales, interrompt la voie catabolique, ce qui induit une accumulation du substrat non dégradé dans le lysosome. Ces mutations sont à l’origine des maladies de surcharge lysosomale en sphingolipides, appelées sphingolipidoses (Kolter and Sandhoff 2005; Sandhoff and Harzer 2013).

Fig 35. Cascade de degradation lysosomale des sphingolipides et noms des différentes sphingolipidoses congénitales. (D'après Kolter and Sandhoff 2005)

La dégradation lysosomale de ces sphingolipides abouti à la génération de sphingosine, capable de passer au niveau de la face cytosolique des membranes lysosomales où elle est phosphorylée par une sphingosine kinase aboutissant à la génération de S1P, qui compte tenu de son caractère polaire peut diffuser dans le cytosol jusqu’au réticulum endoplasmique où elle est reconvertie en sphingosine par une S1P phosphatase 1 ou 2 (SPP1 ou SPP2). Cette reformation de sphingosine à partir de la S1P cytosolique, permet d’incrémenter le taux de céramide au niveau du réticulum grâce à une céramide synthase, c’est la voie de sauvegarde (‘salvage pathway’) des sphingolipides (Spiegel and Milstien 2003).

Le céramide qui est considéré comme étant la plaque tournante du métabolisme des sphingolipides, il est soit le substrat, soit le produit d’une des multiples enzymes qui régulent le taux de céramide intracellulaire. Il existe environ une cinquantaine de céramides différents chez l’Homme, en fonction de la longueur de la chaîne d’acide gras, de l’absence (dihydrocéramide) ou de la présence (céramide) d’une double liaison sur la base sphingoïde, ainsi que la présence d’un ou plusieurs groupements hydroxyles et de leur position sur cette base. Chacun de ces céramides pouvant contenir différents types d’acides gras (Hannun and Obeid 2011).

Enfin, l’étape de dégradation terminale de la sphingosine-1-phosphate est catalysée par la sphingosine-1-phosphate lyase qui dégrade la sphingosine-1-phosphate en deux molécules non sphingolipidiques, l’éthanolamine-1-phosphate et un aldéhyde gras, l’hexadécanal, au niveau de la face cytosolique du réticulum endoplasmique (Ikeda, Kihara et al. 2004).

Le métabolisme des sphingolipides est donc très complexe. Il implique des enzymes dont l’activité dépend de leur localisation subcellulaire et de leur mécanisme d’activation. Il comprend de nombreuses interconnections qui régulent le niveau des lipides bioactifs et leurs interconversions pour induire des réponses cellulaires variées (Hannun and Obeid 2008). Les données bibliographiques actuelles sur le céramide, la sphingosine et la sphingosine-1-phosphate sont considérables. La connaissance des mécanismes de régulation du métabolisme des sphingolipides et l’étude des mécanismes moléculaires impliqués dans la transduction du signal de ces lipides bioactifs progresse et permet de mieux comprendre leurs effets pléiotropiques dans la biologie de la cellule et aussi leurs rôles multiples en physiologie et dans des diverses pathologies (cancer, l’inflammation, le diabète et les maladies cardiovasculaires) dans lesquelles ils semblent intervenir.