1. La signalisation par le récepteur Notch et ses différents niveaux de régulation
2.5 Les modèles d’activation de la signalisation par endocytose des ligands
2.5.3 L’endocytose des ligands est-elle toujours nécessaire à l’activation de Notch ?
Notch comme c’est le cas chez la drosophile ?
Chez C.elegans, la situation est moins claire. D’abord, le remplacement de la partie intracellulaire de LAG-2 par la β galactosidase, qui ne devrait pas être reconnue par la machinerie d’endocytose, n’a pas de conséquence sur l’activation de GLP-1 et LIM-12 (Fitzgerald and Greenwald 1995) (Henderson, Gao et al. 1994), mais on ne sait pas comment trafique cette protéine chimérique. Ensuite, il y a chez C.elegans 5 ligands à domaines DSL et 3 ligands à domaines DOS solubles (Figure 3). APX-1 et DSL-1 sont solubles et ont un effet positif sur la signalisation Notch pendant le développement de la vulve (Chen and Greenwald 2004). Il a été montré que le ligand DOS soluble OSM-11, activait Notch en coopération avec le ligand DSL soluble DSL-1 et le ligand DSL transmembranaire LAG-2 (Komatsu, Chao et al. 2008). On peut donc imaginer une coopération entre ligands solubles et transmembranaires pour l’activation de Notch, et que le trafic membranaire de l’un ait des conséquences sur l’autre. D’autre part, l’Epsin est nécessaire à l’activation de GLP-1 dans le développement du cœur et des gonades (Tian, Hansen et al. 2004), sans que son
rôle dans le trafic des ligands transmembranaires n’ait été analysé. Et enfin, mib n’a pas d’orthologue clair chez C. elegans, et le neur putatif, F10D7.5 n’a pas de phénotype spécifique de la signalisation Notch. Le rôle de l’endocytose des ligands chez C.elegans n’est donc pas établit.
Beaucoup de points restent donc à éclaircir quant aux rôles des ubiquitine ligases Neur et Mib dans le trafic membranaire et l’activation des ligands du récepteur Notch. Quel mode d’ubiquitination catalysent-elles, une mono-/ multi-/polyubiquitination ? Avec quels partenaires, quels régulateurs ? L’ubiquitination des ligands correspond-t-elle à un signal d’internalisation et/ou un signal d’adressage endosomal ? Dans quel type d’endosome sont adressés les ligands ? Pourquoi les ligands ont-ils besoin d’être ubiquitinés et internalisés pour activer le récepteur ? Est-ce pour exerEst-cer une traction sur le réEst-cepteur et changer sa configuration ? Est pour subir une modification post-traductionnel ? Est-ce pour être relocalisé dans un domaine membranaire spécifique ?
L’objectif de ma thèse était d’identifier de nouveaux acteurs de la signalisation et du trafic des ligands de Notch pour potentiellement mieux comprendre les mécanismes d’activation de Notch par l’endocytose des ligands. Mes résultats m’ayant mené vers l’analyse du rôle des glycosphingolipides dans la signalisation Notch, la dernière partie de l’introduction est consacrée aux caractéristiques et aux fonctions connues des glycosphingolipides et des domaines membranaires enrichis en cholestérol et sphingolipides.
3 Fonction des glycosphingolipides et des domaines
lipidiques enrichis en cholestérol et sphingolipides
3.1 Généralité sur les membranes
Les membranes sont constituées de lipides dont la nature amphiphile fait qu’ils rassemblent spontanément leurs chaînes carbonées hydrophobes et exposent leur tête hydrophile en une double couche lipidique (Figure 11).
Adapté de (Chiu, Clark et al. 1995)
Figure 11 : La bicouche lipidique
Chiu et al (Chiu, Clark et al. 1995) modélisent une membrane artificielle composée de 100 molécules de phosphatidylcholine. La position de chaque atome est calculée toutes les 300 picosecondes. L’épaisseur de la structure, de l’interaction entre les chaînes d’acide gras des lipides des deux couches, du nombre de molécules par unité de surface, de la profondeur de l’interaction avec les molécules d’eau ou de l’irrégularité de sa surface sont à la base du modèle actuel de la bicouche lipidique.
Les molécules d’eau sont en bleu (oxygène) et blanc (hydrogène), les groupements choline sont en rouge, et les acides gras sont en vert.
La membrane plasmique présentent une asymétrie en termes de composition lipidique entre leur face interne, enrichie en lipides chargés négativement, et leur
face externe, enrichie en glycolipides comme les glycosphingolipides (GSL) (Sillence 2007).
Des protéines sont associées à la membrane de différentes manières (Figure 12). Elles peuvent l’être via des domaines protéiques hydrophobes, qui établissent des liaisons non-covalentes avec les chaînes carbonées hydrophobes des lipides, et qui traversent ou pas la bicouche lipidique. Mais aussi via des associations covalentes à des ancres lipidiques comme c’est le cas des petites GTPase par exemple, ou des protéines GPI (GlycosylPhosphatidylInositol) ancrées à un oligosaccharide lié à un phosphadidylinositol. Ou encore indirectement en interagissant avec des protéines membranaires.
Figure 12 : Les différentes catégories de protéines membranaires
Certaines protéines traversent la membrane (1-3), alors que d’autres ne sont exposées que d’un côté (4-8). Les domaines transmembranaires sont des domaines hydrophobes qui peuvent être des hélices α (1 et 2) ou des feuillets β enroulés sur eux-mêmes (3). Certaines protéines peuvent-être attachées de façon covalente à une chaîne d’acide gras ou a un groupe phényl (1, 5). Elles peuvent aussi être attachées à un phosphatidylinositol sur la face externe de la membrane, via un lien oligosaccharide (ancre GPI pour glycosylphosphatodylinositol, l’oligasaccharide est représenté par les hexagones bleus, 6). Enfin de nombreuses protéines ne sont reliées à la membrane que par des interactions non-covalentes avec d’autres protéines.
Il existe une grande variété de lipide. Une classification est présentée dans la figure 13. Les trois catégories les plus représentées dans les membranes biologiques sont les phosphoglycérides (1/2), les sphingolipides (1/5) et les stérols (1/3). La phosphatidylcholine (PC) et la phosphatidyléthanolamine (PE) sont les phosphoglycérides, et les lipides en général, les plus abondants. Ils sont considérés comme des composés structuraux de base des membranes. Les glycosphingolipides (GSLs) font partie des sphingolipides, ils sont composés d’un céramide hydrophobe
et d’une tête d’oligosaccharide hydrophile orientée dans le domaine extracellulaire. Leurs propriétés physiques sont à la base de leur comportement dans les membranes.
Figure 13 : Les différentes catégories de lipides
1°- les acides gras sont des acides carboxyliques caractérisés par une répétition de groupements
méthylènes –CH2- formant une chaîne carbonée. C’est cette chaîne qui confère aux acides gras leur caractère hydrophobe. Les insaturations sont des doubles liaisons qui induisent des coudes dans la structure.
2°- les glycérides (ou acylglycérols) sont des esters d’acide gras et de glycérol. Selon le nombre de
groupes hydroxyles sur le glycérol, on parle de mono-, di- ou tri-glycérides.
3°- les phosphoglycérides (ou phosphoacylglycérols ou glycérophospholipides) sont les lipides les
plus abondant des membranes biologiques. Ils sont formés d'un ester de diacylglycérol et de phosphate. Dans la plupart des cas, le phosphate est également lié à un composé polaire hydroxylé comme la choline, la sérine, ou l'éthanolamine, on parle alors de phosphatidylethanolamine, de phosphatidylsérine et de phosphatitylcholine.
4°- les sphingolipides sont des dérivés de sphinganines ou de sphingosines qui dérivent eux même de
la condensation d’un acide gras et d’une sérine. Il existe 9 sous classes de sphingolipides : les sphingosines, les céramides, les phosphosphingolipides, les glycosphingolipides neutres, acides et basiques, les glycosphingolipides amphotères et enfin les arsénosphingolipides.
La sous-classe la plus importante est celle des céramides qui correspond à une sphingosine ou une sphinganine, liée à un acide gras par une liaison amide. La sphingomyéline est un exemple connu de céramide.
5°- les stérols dérivent du noyau cyclopentanophénanthrénique. Les différents types de stérols se
distinguent selon le nombre et la position d’insaturation et/ou de chaînes latérales. Les stérols se divisent en 6 sous classes : les stérols et dérivés (cholestérol, phytostérol, ergostérol…), les stéroïdes (oestrogènes, androgènes corticoïdes), les secostéroïdes, les acides biliaires, les stéroïdes conjugués et les hopanoïdes.
6°- les prénols. Leur structure de base est l’isoprène.
7°- les polykétides forment une gamme très vaste de composés naturels dont sont dérivés de nombreux
antibiotiques
8°- Les glycolipides (ou saccharolipides) qui sont le résultat de l’estérification ou de l’amidification
d’acide gras par des sucres. Ils se répartissent en 4 catégories, les acyloaminosucres, les polysaccharides d’acylaminosucres, les acyltréhaloses, et les polysaccharides d’acyltréhaloses.