Le cholestérol, précurseur de la stéroïdogenèse

Les stéroïdes du cortex surrénalien et des cellules de Leydig sont issus d’un précurseur commun qui est le cholestérol. Le cholestérol sera transformé par différentes enzymes, dont certaines sont spécifiques à un type cellulaire, afin de générer des hormones stéroïdiennes.

1.1. Le cholestérol comme substrat

Le cholestérol utilisé dans la stéroïdogenèse surrénalienne est principalement issu des lipoprotéines, sous forme d’esters de cholestérol, tandis que dans les cellules de Leydig, la synthèse de novo du cholestérol au sein de la cellule sera privilégiée (Gwynne and Hess 1980; Gwynne et al. 1984; Gwynne and Strauss 1982; Rainey and Nakamura 2008; Brown and Goldstein 1986). En revanche, en cas de besoin accru en stéroïdes, il pourra y avoir synthèse de novo dans le cortex surrénalien à partir d’acétate qui va être converti en mévalonate puis en cholestérol après de nombreuses réactions enzymatiques (Rainey and Nakamura 2008; Toth et al. 1990). Dans les cellules de Leydig, les études menées dans les années 70-80 mettaient en avant que les gouttelettes lipidiques, contenant du cholestérol estérifié, sont la source de cholestérol en cas de besoin accru en stéroïdes (Aoki and Massa 1975; Gwynne and Strauss 1982; Hou, Collins, and Schleicher 1990). Cependant, des études plus récentes remettent en question leur implication étant donné la cinétique de ce processus qui fait intervenir des enzymes afin d’enlever le groupement ester sur le cholestérol (Porpaczy, Tomasek, and Freeman 1997; Venugopal et al. 2016). Ainsi, la source de cholestérol libre privilégiée qui est rapidement mobilisable pour répondre à un besoin accru dans la production de stéroïdes proviendrait de la membrane plasmique (Venugopal et al. 2016).

Dans le cortex surrénalien, le cholestérol provient des lipoprotéines à faible densité (LDL) ou à haute densité (HDL), qui permettent son transport dans le plasma, et dans lesquelles il est présent sous forme estérifiée (Gwynne and Strauss 1982). Les rongeurs utilisent les HDLs comme principale source de cholestérol tandis que chez l’humain, les LDLs sont privilégiés (Gwynne and Hess 1980; Liu et al. 2000). Les HDLs et LDLs sont captées au

niveau de la membrane plasmique des cellules. Les HDLs sont pris en charge par le récepteur SR-B1 (Scavenger receptor class B type 1) pour permettre l’incorporation du cholestérol dans la cellule (Acton et al. 1994). Ce récepteur a également la capacité d’interagir avec les LDLs dans les tissus stéroïdogéniques (Swarnakar et al. 1999). Le récepteur aux LDLs permet d’internaliser les LDLs par endocytose afin que le cholestérol estérifié soit stocké sous forme de gouttelettes lipidiques, ou bien hydrolysé dans des lysosomes puis libéré dans la cellule pour rejoindre la mitochondrie. Les récepteurs aux LDLs, seront quant à eux recyclés (Brown and Goldstein 1986; Paavola et al. 1985).

1.2. Transfert du cholestérol à la mitochondrie

Une fois le cholestérol libre dans la cellule, celui-ci va rejoindre la membrane externe de la mitochondrie puis être transféré dans la membrane interne afin d’être clivé et enclencher les étapes de la stéroïdogenèse. Ce transfert est assuré par un complexe protéique, le transduceosome, composé notamment par la protéine STAR et TSPO. L’entrée du cholestérol dans la mitochondrie constitue l’étape limitante de la stéroïdogenèse (Hauet et al. 2002). La protéine STAR va subir une série de maturations (clivages) avant de devenir mature. Par la suite, STAR sera phosphorylée par la PKA en réponse à une stimulation par les hormones trophiques (LH, ACTH). Ces deux évènements permettent d’avoir une protéine mature et fonctionnelle sur la membrane externe de la mitochondrie afin d’assurer le transport du cholestérol (Arakane et al. 1997; Stocco 2001). L’utilisation de modèles murins d’invalidation de Star a mis en évidence l’importance de STAR dans la synthèse des stéroïdes. Ces animaux développent une déficience en glucocorticoïdes ainsi qu’une désorganisation de la surrénale accompagnée d’une accumulation de lipides et d’une réversion sexuelle chez les animaux génétiquement XY (Caron et al. 1997; Hasegawa et al. 2000). Un phénotype similaire est observé chez les patients souffrant d’hyperplasie congénitale lipoïde, dans laquelle des mutations du gène STAR sont fréquemment retrouvées (Bose et al. 1996).

TSPO est localisée dans la membrane mitochondriale externe et est exprimée dans les cellules stéroïdogéniques et est activée par son ligand DBI (Diazepam-binding inhibitor) qui permet de stimuler son activité dans le transduceosome. TSPO est capable d’interagir avec une

protéine associée à la sous unité régulatrice RIα de la PKA (Liu, Li, and Papadopoulos 2003). Ce rapprochement de TSPO avec la PKA entraine sa phosphorylation ainsi que celle de STAR (Hauet et al. 2002).

Dans un modèle in vivo d’inactivation de TSPO à l’aide d’un inhibiteur pharmacologique (GKB), il a été montré que les rats traités présentaient une baisse des niveaux circulants de glucocorticoïdes et de progestérone, mettant en évidence le rôle de TSPO dans la stéroïdogenèse (Papadopoulos et al. 1998). À l’aide de la technologie Cre/loxP, l’inactivation de Tspo dans les cellules de Leydig n’a cependant révélé aucun effet sur la production de testostérone et le développement testiculaire (Morohaku et al. 2014). Cependant, des chercheurs ayant voulu reproduire cette expérience avec ce même modèle des souris ne sont pas parvenus à reproduire ces résultats à la suite du décès des souris durant l’embryogenèse, mettant en avant le rôle de TSPO dans le développement (Fan et al. 2015). La création d’un modèle Nr5a1cre_/Tspo flox/flox _{a cependant mis en évidence le rôle de TSPO dans} la biosynthèse des stéroïdes surrénaliens en réponse à l’ACTH. Cependant, dans les cellules somatiques du testicule la délétion de Tspo n’a pas entrainé de changement phénotypique, sans doute lié à un mécanisme compensatoire permettant de maintenir la stéroïdogenèse (Fan et al. 2015). Des études récentes utilisant la technologie CRISPR/Cas9 afin d’inactiver Tspo dans la lignée de cellules de Leydig MA-10 a également conduit à des résultats inverses. L’étude du groupe de Selvaraj suggère que TSPO n’est pas nécessaire dans la stéroïdogenèse étant donné que les cellules produisent de la progestérone en réponse à une stimulation mimant l’action de la LH (Tu et al. 2015). Tandis que l’étude du groupe de Papadopoulos montre qu’en l’absence de TSPO, les cellules MA-10 produisent très peu de progestérone malgré une induction de la stéroïdogenèse, mettant ainsi en évidence l’importance de TSPO dans la biosynthèse des stéroïdes (Fan et al. 2018). Les études portant sur le rôle de TSPO sont contradictoires, d’où l’importance de continuer les recherches sur cet élément du transduceosome (revue dans (Papadopoulos, Fan, and Zirkin 2018)).