Une activité PLD a été détectée dans la plupart des types cellulaires chez les mammifères (Jenkins et Frohman, 2005). Les PLD1 et PLD2 sont exprimées dans quasiment tous les tissus de l’organisme, mais dans des proportions différentes selon les organes étudiés. Du fait du manque d’anticorps spécifiques pour détecter ces isoformes par immunofluorescence, les connaissances
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59 actuelles sur leur distribution se basent le plus souvent sur la détection des transcrits dans les tissus ou la visualisation de protéines avec une étiquette surexprimées dans les cellules.
Localisation tissulaire
L’isoforme PLD1 semble exprimée à des niveaux variables dans l’organisme. Les premières études de caractérisation des PLD chez les rongeurs ont rapporté un niveau d’expression élevé de cette isoforme dans certains organes comme le cœur, le cerveau, la rate et le pancréas, alors qu’une très faible quantité de transcrits a été détectée au niveau des poumons, du thymus, de la trachée, des ganglions lymphatiques et les leucocytes circulants (Steed et al., 1998). Au niveau du système nerveux, la PLD1 s’exprime fortement et de façon ubiquitaire. L’expression de cette isoforme a notamment été détectée chez la souris et le rat dans les neurones de l’hippocampe, du bulbe olfactif, du cortex et du cervelet, ainsi que dans la rétine et la moelle épinière (Colley et al., 1997a ; Lee et al., 2000a). L’expression de la PLD1 est maximale lors du développement des neurones et diminue drastiquement après leur différenciation et leur migration (Ammar et al., 2013). De la même façon, les transcrits de PLD1 sont détectables dans les fibres musculaires en développement mais ne le sont plus dans le muscle squelettique chez le rat adulte (Katayama et al., 1998). Dans les tissus exprimant la PLD1, le variant PLD1b semble majoritairement présent, et le niveau de PLD1a est variable selon les tissus (Katayama et al., 1998 ; Steed et al., 1998 ; Millar et al., 1999). L’expression de la PLD2 apparaît beaucoup plus vaste et homogène, puisqu’elle est retrouvée dans le cœur, le thymus, la prostate, les ovaires, la thyroïde, la trachée, la rate, le cerveau et la moelle épinière chez l’homme et le rongeur. Elle est exprimée à un niveau élevé dans les organes, à l’exception du foie et du muscle squelettique (Colley et al., 1997b ; Kodaki et Yamashita, 1997). Des trois variants de la PLD2, PLD2a est le plus largement exprimé quel que soit le tissu examiné.
Localisation subcellulaire
À l’échelle cellulaire, une activité PLD a été détectée au niveau des différentes membranes, incluant la membrane plasmique (Whatmore et al., 1996), l’enveloppe nucléaire (Balboa et Insel, 1995), les mitochondries (Madesh et Balasubramanian, 1997), le RE (Decker et al., 1996), l’appareil de Golgi, ainsi que les endosomes et granules de sécrétion (Provost et al., 1996 ; Czarny
et al., 1999). Par la suite, des études de fractionnement subcellulaire combinées à des expériences d’immunocytochimie ont permis de préciser la localisation des différentes isoformes. Au moins une des isoformes a ainsi été retrouvée dans chaque compartiment membranaire. Cependant la répartition de chaque isoforme semble être dépendante du type cellulaire étudié. De façon générale, les PLD1 et PLD2 possèdent des distributions subcellulaires spécifiques, qui évoluent de façon dynamique en fonction de l’état d’activation de la cellule.
La localisation de la PLD1 a fait l’objet de nombreuses controverses liées à la variabilité des observations, selon la technique employée et d’un type cellulaire à l’autre (Roth, 2008). La
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PLD1 surexprimée a été retrouvée au niveau de structures vésiculaires périnucléaires (correspondant à des lysosomes, des granules de sécrétion et des endosomes) dans des fibroblastes embryonnaires de rat, les lignées de fibroblastes COS-1 et de basophiles RBL-2H3 (Colley et al., 1997a ; Brown et al., 1998 ; Hughes et Parker, 2001). La PLD1 endogène en revanche a été détectée par immunocytochimie majoritairement au niveau de l’appareil de Golgi, ainsi que du RE, des endosomes et à la membrane plasmique (Colley et al., 1997a ; Sung et al., 1999a ; Freyberg et al., 2001 ; Lucocq et al., 2001 ; Vitale et al., 2001). Ktistakis et collègues avaient déjà montré auparavant l’existence d’une activité PLD dépendante d’Arf dans des fractions membranaires, dont la plus importante était observée dans les fractions enrichies en membranes golgiennes par rapport aux autres (Ktistakis et al., 1995). La présence de la PLD1 au niveau de l’appareil de Golgi reste cependant un sujet de débat entre différents groupes, puisque les deux approches utilisées ont chacune leurs limites. D’une part, la surexpression de la PLD1 pourrait causer une localisation artéfactuelle de l’enzyme vers une classe hétérogène de vésicules au détriment de l’appareil de Golgi, et d’autre part la spécificité des anticorps utilisés dans l’approche impliquant de l’immunocytochimie peut également être discutable, au vu de la qualité médiocre des anticorps anti-PLD1 disponibles à ce jour. Cependant, un certain nombre de données fonctionnelles sous-tend la participation des PLD dans la formation des vésicules de transport à partir de l’appareil de Golgi (Roth et al., 1999).
Dans certaines études, la PLD1 a été retrouvée principalement à la membrane plasmique. Par exemple, dans des cellules de foie de rat, l’activité PLD1 la plus importante a été quantifiée au niveau de la membrane plasmique, bien qu’une activité significative soit également retrouvée au niveau du noyau et de l’appareil de Golgi (Provost et al., 1996). Dans les cellules neuroendocrines de type chromaffines, la PLD1 sauvage est constitutivement localisée à la membrane plasmique, de même que la PLD1 catalytiquement inactive ou un mutant non activable par la PKC (Vitale et
al., 2001). Une association de la PLD1 au niveau de microdomaines de la membrane plasmique enrichis en cavéoline-1 a aussi été rapportée dans la lignée de fibroblastes COS-7, les myoblastes et les lymphocytes (Kim et al., 2000 ; Meacci et al., 2000 ; Xu et al., 2000 ; Diaz et al., 2002). Enfin, après activation des GTPases Rho et Arf, la PLD1 a été localisée dans des fractions insolubles contenant des éléments du cytosquelette d’actine et ses protéines associées telle l’α-actinine dans les lignées de monocytes U397 et de neutrophiles HL60 (Hodgkin et al., 1999 ; Iyer et Kusner, 1999). La PLD1 surexprimée quant à elle colocalise partiellement avec l’actine corticale dans la lignée de cellules neuroendocrines PC12, ainsi que dans les cellules COS-7 et les basophiles RBL-2H3 (Lee et al., 2001 ; Vitale et al., 2001 ; Powner et al., 2002).
Par ailleurs, plusieurs groupes ont établi par la suite que la localisation de la PLD1 était loin d’être statique et que cette isoforme peut être recyclée entre différents compartiments membranaires, ce qui peut expliquer en partie la variabilité des résultats obtenus. Cette translocation de la PLD1 a lieu de façon régulée et est cruciale pour le fonctionnement de l’enzyme.
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61 Dans les cellules RBL-2H3, PLD1b-GFP et PLD1b-HA ont été trouvées au niveau de granules de sécrétion, puis à la membrane plasmique après stimulation des cellules (Brown et al., 1998 ; Choi
et al., 2002 ; Powner et al., 2002). Une étude réalisée en collaboration avec notre équipe a également montré que la PLD1 surexprimée dans les cellules COS-7 est localisée sur des endosomes périnucléaires et l’appareil de Golgi. Cependant, suite à l’activation de la PKC dans ces cellules, la PLD1 transloque à la membrane plasmique avant de redevenir présente au niveau des endosomes au bout de quelques heures. De plus, il semble que le trafic de ces vésicules soit facilité par l’activité de la PLD1, puisqu’un mutant catalytiquement inactif (PLD1K898R) n’est pas transporté à la membrane plasmique après stimulation (Du et al., 2003). Cette translocation entre des vésicules périnucléaires et la membrane plasmique a également été démontrée dans la lignée d’adipocytes 3T3-L1 suite à l’application d’insuline (Emoto et al., 2000 ; Huang et al., 2005), ainsi que dans la lignée de cellules β pancréatiques MIN6 après stimulation de l’exocytose (Hughes et
al., 2004).
La caractérisation structurale des PLD a montré que la localisation subcellulaire de la PLD1 implique les domaines de régulation PH et PX, qui sont indispensables pour son internalisation de la membrane plasmique vers des vésicules périnucléaires. En résumé, le domaine PH faciliterait l’entrée de la PLD1 au sein des microdomaines lipidiques de la membrane plasmique, alors que l’interaction entre le domaine PX et le PI5P favoriserait un recyclage efficace de la PLD1 dans les endosomes (figure 24). L’interaction avec le PI(4,5)P2 est également nécessaire à la localisation de la PLD1 à la membrane plasmique. En effet, la mutation du motif polybasique permettant l’interaction avec ce phosphoinositide conduit à une expression complètement cytosolique de la PLD1 dans différents types cellulaires (Du et al., 2003).
La PLD2 en revanche se localise préférentiellement à la membrane plasmique dans de nombreux types cellulaires (Colley et al., 1997b ; Honda et al., 1999 ; Corrotte et al., 2006 ; Roth, 2008), et une association aux microdomaines lipidiques associés à la cavéoline a aussi été rapportée pour cette isoforme (Czarny et al., 2000 ; Xu et al., 2000). Dans les fibroblastes embryonnaires de rat, la PLD2 surexprimée peut être redistribuée vers les compartiments vésiculaires sous-membranaires lorsque les cellules sont stimulées (Colley et al., 1997b). La PLD2 a également pu être observée en bordure du Golgi par immunolocalisation dans des cellules rénales NKT et la lignée hypophysaire GH3 (Freyberg et al., 2002). Par ailleurs, plusieurs études ont montré que la PLD2 colocalise avec l’actine-F et l’α-actinine (Honda et al., 1999 ; Park et al., 2000 ; Lee et al., 2001 ; O’Luanaigh et al., 2002).
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