AGGTCA cEGckG
2.2. Mécanisme d’action du récepteur
Le domaine A/B, dans la région N-terminale, est peu conservé entre les différents isotypes de PPAR et possède une fonction de transactivation ligand-indépendante nommée AF-1, capable de lier des corégulateurs (Juge-Aubry et al., 1999). La région C est la plus conservée. Elle est composée de deux doigts de zinc qui permettent la fixation à l’ADN. Le premier doigt de zinc
contient une région proximale appelée P-box (CEGCKG), une hélice α responsable de
l’affinité pour le demi-site de l’élément de réponse. Le deuxième doigt de zinc contient une
D-box, une hélice α perpendiculaire à l’hélice P-box nécessaire à la dimérisation du récepteur
et la reconnaissance de l’espace entre les 2 demi-sites de l’élément de réponse. La D-box des PPAR contient seulement 3 acides aminés au lieu des 5 acides aminés que possèdent les récepteurs nucléaires aux hormones (figure 8). La région charnière D est nécessaire à l’interaction du récepteur avec ses cofacteurs (coactivateurs et corépresseurs). Elle contient un signal de localisation nucléaire (NLS). Le complexe multifonctionnel (E-F) dans la partie C-terminale contient un domaine de fixation au ligand ou LBD (Ligand Binding Domain), une interface de dimérisation des récepteurs et un site de transactivation dépendant du ligand via le domaine AF-2 qui lie des corégulateurs (Michalik et Wahli, 1999). Le LBD se compose de 12 hélices α (notées H1 à H12) et de 1 feuillet β à 4 brins anti-parallèles qui forment une poche hydrophobe dans laquelle viennent se loger les ligands (Wang et al., 2006b) (figure 9).
La fixation du ligand à PPARγ module l’interaction intramoléculaire entre le domaine A/B et
le LBD (Schoonjans et al., 1996). Le domaine F n’a aucune fonction connue.
2.2. Mécanisme d’action du récepteur
L’activation de PPARs peut être due à l’interaction avec les chaperonnes HSP (Heat Shock Protein), à l’activation de voies de signalisation qui modifient le statut de phosphorylation du récepteur ou à l’interaction du récepteur avec son ligand (physiologique ou pharmacologique).
Cependant, l’activation de PPARγ se fait principalement par fixation du ligand. Après
activation, PPARγ forme un hétérodimère avec le récepteur de l’acide-9-cis-rétinoïque
(RXR/NR2B) qui se fixe sur un élément de réponse aux proliférateurs de peroxysomes, PPRE (Peroxisome Proliferator Response Element), en amont de gènes cibles afin de réguler leur transcription. Le PPRE est composé de deux séquences répétées directes de six nucléotides, séparées par un nucléotide aléatoire « n », 5’ AGGTCA n AGGTCA 3’. Cette séquence est
nommée DR1 (Direct repeat) (Kliewer et al., 1992). PPARγ interagissant avec le premier
Figure 10 : Mécanisme de transactivation. L’hétérodimère PPAR/RXR se fixe sur le PPRE
(Peroxisome Proliferator Response Element), localisé dans le promoteur des gènes cibles, par le domaine C (DNA-Binding Domain) de chacun des récepteurs. L’activité de PPAR est régulée par la phosphorylation du domaine A/B et du domaine E/F (Ligand-Binding-Domain). L’hétérodimère PPAR/RXR activé s’associe avec des cofacteurs possédant une activité histone acétyl-transférase (HAT) modifiant la structure du nucléosome par recrutement des facteurs généraux de la transcription (Escher et Wahli, 2000).
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hexamérique en 3’ (figure 8 ; figure 10) (IJpenberg et al., 1997). PPARγ/RXRα est un
hétérodimère permissif. Il peut être activé par l’un des deux ligands ou de manière synergique en présence des deux ligands (Aranda et Pascual, 2001). Le fait que l’hétérodimère puisse être activé par un seul des deux ligands a été en partie expliqué par le fait que chaque récepteur est capable de recruter des coactivaeurs différents (IJpenberg et al., 2004). Une étude a montré que la formation de l’hétérodimère PPAR/RXR ne nécessiterait ni la fixation du ligand, ni la liaison à l’ADN (Feige et al., 2005).
L’interaction avec les cofacteurs est un mécanisme fondamental de la régulation de l’activité
transcriptionnelle de PPARγ (figure 10). Le LBD permet la fixation du ligand mais aussi
l’interaction avec les coactivateurs et corépresseurs permettant respectivement, d’augmenter ou de réprimer l’activité transcriptionnelle en modulant le recrutement de la machinerie transcriptionnelle et en modifiant la chromatine. La fixation du ligand sur le récepteur provoque la dissociation des corépresseurs et le recrutement des coactivateurs
transcriptionnels. Le récepteur PPARγ recrute un des nombreux complexes coactivateurs
classés en trois groupes. Le premier groupe contient les coactivateurs universels. Ils incluent SRC-1, SRC-2, SRC-3 et CBP/p300 (CREB binding protein) (Zhu et al., 1996). Ces coactivateurs possèdent une activité histone acétyl-transférase (HAT) qui leur permet de modifier les charges portées par les histones et ainsi de provoquer la décompaction de la stucture chromatinnienne nécessaire à une meilleure transcription. Le second groupe, qui contient PBP (PPAR binding protein) (Zhu et al., 1997), forme un complexe de coactivateurs constitué de multiples sous-unités, appelé TRAP ou PRIC. Ces protéines ne possèdent pas d’activité enzymatique connue mais elles forment un pont entre le récepteur nucléaire et la machinerie transcriptionnelle facilitant son recrutement (Roeder, 2005). Le complexe coactivateur, TRAP/DRIP, contient au moins 12 facteurs, dont l’un d’eux permet une
interaction directe, ligand-dépendante avec l’hélice 12 (H12) du LBD
(TRAP220/DRIP204/PBP) (Kodera et al., 2000). Le mécanisme d’action du troisième groupe
de coactivateurs, incluant PGC-1α, PGC-1β (Puigserver et al., 1998) et ARA70 (Heinlein et
al., 1999), est encore mal connu mais recruterait probablement des protéines possédant une
activité HAT. Les protéines corégultarices possèdent une courte séquence en hélice α
essentielle à leur interaction avec les récepteurs nucléaires, un motif LXXLL (où L est une leucine et X est un acide aminé quelconque) dans le cas des coactivateurs et LXXXIXXXL
27 en l’absence de ligand ou en présence d’antagonistes. Deux classes de corépresseurs nucléaires NCoR (Nuclear receptor CoR) (Horlein et al., 1995) et SMRT (Silencing Mediator for Retinoid and Thyroid hormone receptors) (Chen et Evans, 1995) ont été identifiés. Leur effet répressif est essentiellement dû au recrutement des histones déacétylases (HDAC) (Robyr et al., 2000). Ces HDAC induisent une compaction de la chromatine. Les
corépresseurs se complexent à PPARγ et s’associent aux promoteurs de leurs gènes cibles. Ils
sont absents de certains promoteurs constitutivement actifs. L’hétérodimère PPARγ/RXR peut
se complexer à des corépresseurs en absence de ligand (Guan et al., 2005). Ces corépresseurs assemblent un complexe de répression qui inclut plusieurs protéines dont Sin3, RIP140 (receptor interacting protein 140) et d’autres HDACs (Alland et al., 1997; Nagy et al., 1997; Treuter et al., 1998).
2.3. Modifications post-traductionnelles de PPARγγγγ
Certaines modifications des PPAR peuvent entraîner la modulation de leur activité transcriptionnelle. A ce jour, trois types de modifications sont décrites.
2.3.1. Phosphorylation
PPARγ est phosphorylé par différentes voies de signalisation. Sa phosphorylation au niveau
des résidus sérine par les MAPK inhibe l’activité transcriptionnelle (Hu et al., 1996). L’effet
de la phosphorylation de PPARγ par les MAPK serait expliqué en partie par la modification
du domaine A/B du récepteur qui réduirait l’affinité du LBD pour le ligand (Shao et al., 1998).
2.3.2. Ubiquitination
L’ubiquitine est une protéine de 8 KDa fixée de façon covalente sur les protéines par des enzymes à activité ubiquitine ligase. Cette fixation induit la dégradation de la protéine ubiquitinée par le protéasome 26S permettant de réguler le taux cellulaire des récepteurs
nucléaires. La dégradation de PPARγ après ubiquitination est augmentée par la fixation du
28 2000). Le coactivateur p300 possède une activité ubiquitine-ligase qui agit directement sur l’ubiquitination des PPAR (Grossman et al., 2003).
2.3.3. SUMOylation
PPARγ peut être modifié par SUMOylation. Cette modification post-traductionnelle consiste
en la liaison covalente de protéines SUMO (Small Ubiquitin-like MOdifier) sur un résidu lysine de la protéine cible (Ohshima et al., 2004). La SUMOylation régule différents mécanismes comme la stabilité des protéines, la translocation nucléaire et la transcription
(Seeler et Dejean, 2003). La SUMOylation de PPARγ affecte sa stabilité et son activité
transcriptionnelle mais pas sa localisation nucléaire (Floyd et Stephens, 2004). Des études par mutagenèse dirigée ont identifié la lysine 107 comme lysine acceptrice de la protéine SUMO-1. Ce résidu se trouve dans la partie N-terminale au niveau du domaine AF-1 et sa
SUMOylation régule négativement la fonction de transactivation de PPARγ (Floyd et
Stephens, 2004; Shimizu et al., 2006; Yamashita et al., 2004). Ces mêmes études ont montré
que la phosphorylation du résidu sérine 112 faciliterait la SUMOylation de PPARγ.
III. Distribution tissulaire et principaux rôles de PPARγγγγ
Les différents types de PPAR présentent une expression tissulaire spécifique. PPARγ est
exprimé principalement dans le tissu adipeux, la forme majoritaire étant PPARγ2. Dans la
rate, l’œsophage, l’estomac, l’intestin grêle et le côlon, la forme PPARγ1 prédomine. Une
expression modérée voire faible de PPARγ est décrite dans la glande mammaire, l’appareil
génital, les reins, la rétine, les monocytes/macrophages et le système nerveux central. PPARγ
n’est pas exprimé dans le foie et la peau (Braissant et al., 1996).
Ce récepteur joue un rôle très important dans la différenciation adipocytaire, dans la sensibilisation à l’insuline, le métabolisme lipidique. Il est aussi impliqué dans l’inflammation, l’athérosclérose, l’angiogenèse, la reproduction et le cancer.
Métabolisme lipidique et diabète
Les thiazolidinediones, ligands synthétiques de PPARγ possèdent des effets antidiabétiques
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squelettiques et du foie. Le rôle de PPARγ dans la différenciation adipocytaire est clairement
établi (Tontonoz et al., 1994a). En effet, la surexpression de PPARγ dans des fibroblastes ou
des myoblastes en culture permet leur différenciation en adipocytes (Tontonoz et al., 1994b;
Teboul et al., 1995). D’autre part, l’invalidation du gène PPARγ se traduit par une absence de
tissu adipeux chez la souris (Rosen et al., 1999). Chez les diabétiques de type II, l’activation
de PPARγ, majoritairement localisé au niveau du tissu adipeux induit une cascade de
réactions métaboliques conduisant à l’apoptose des gros adipocytes insulinorésistants et à la différenciation des pré-adipocytes en adipocytes de petite taille plus sensibles à l’action de l’insuline (Picard et Auwerx, 2002; Larsen et al., 2003; Spiegelman, 1998). Cette activation
de PPARγ dans l’adipocyte induit une augmentation de l’expression de gènes impliqués dans
la capture du glucose (transporteur de glucose GLUT-4), le captage et le stockage d’acides gras circulants (acyl-CoA synthétase, lipoprotéine lipase (LPL)), le transport d’acides gras (FATP, l’adipocyte lipid binding protein aP2…). Ceci s’accompagne donc d’une diminution des lipides circulants, ce qui permet une augmentation de la sensibilité à l’insuline du muscle
(Ferre, 2004; Arner, 2003; Spiegelman, 1998). De plus, l’activation du récepteur PPARγ
entraîne une modification de l’expression des gènes codant les adipocytokines (protéines ou hormones sécrétées par les adipocytes). Ainsi, la production des adipocytokines, telles que le
TNFα (Tumor Necrosis Factor α), l’interleukine 6, la leptine ou la résistine qui ont des effets
néfastes sur la sensibilité à l’insuline, est diminuée (Stears et Byrne, 2001), alors que l’expression et la sécrétion d’adiponectine (protéine sécrétée par l’adipocyte et impliquée dans l’amélioration de la sensibilité à l’insuline chez les sujets obèses, intolérants au glucose ou diabétiques de type II) est fortement augmentée (Ferre, 2004).
Inflammation
Dans les monocytes, les ligands de PPARγ diminuent la production de cytokines
pro-inflammatoires comme le TNFα, l’IL1 et l’IL6 (Jiang et al., 1998). L’expression de PPARγ
est fortement augmentée dans les macrophages activés de rat et le traitement par les ligands
naturels et synthétiques de PPARγ inhibe l’expression des marqueurs d’activation
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Athérosclérose
L’athérosclérose est caractérisée par une prolifération des cellules musculaires lisses des artères due à l’action des produits des macrophages activés (MMP-9, gélatinase B, IL-1 et
TNFα) aboutissant à des lésions. Les ligands de PPARγ pourrait donc avoir un rôle protecteur
en inhibant la production de cytokines inflammatoires par les macrophages activés, localisés au niveau de ces lésions, par une inhibition de l’adhésion des monocytes sur les parois de l’endothélium et par une diminution de la prolifération des cellules endothéliales de muscles lisses (Marx et al., 1998; Duan et al., 2008). Ces effets expliqueraient la régression des plaques d’athérome observée chez des patients traités avec des thiazolidinediones (Michalik et Wahli, 1999).
Angiogenèse
Les ligands de PPARγ naturels ou synthétiques sont de puissants inhibiteurs de l’angiogenèse,
tant in vitro qu’in vivo. Ces agonistes empêchent la prolifération et la différenciation en structures tubulaires de cellules endothéliales en culture et inhibent l’effet de facteurs de
croissance exogènes sur ces cellules (Xin et al., 1999). Les agonistes de PPARγ inhibent en
effet l’expression des récepteurs au VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), VEGFR-1 (Flt-1) et VEGFR-2 (Flk/KDR) (Witmer et al., 2003). Par ailleurs, ils inhibent l’expression d’une protéase importante dans la croissance des vaisseaux, l’urokinase plasminogen activator (uPa) et stimule celle de l’inhibiteur de l’uPa, le PAI-1 (Plasminogen Activator Inhibitor-1)
(Xin et al., 1999; Marx et al., 1998). L’expression de PPARγ dans l’épithélium pigmentaire
de la rétine et les cellules endothéliales des vaisseaux choroïdiens et rétiniens a ouvert un
nouveau champ d’étude des maladies néovasculaires de l’œil ; cibler PPARγ peut être une
nouvelle voie d’approche thérapeutique de ces pathologies (Murata et al., 2000).
Reproduction
PPARγ est également exprimé dans les tissus impliqués dans la reproduction : gonades
(ovaire et testicule), utérus, glande mammaire, prostate, hypophyse et au niveau du système nerveux central (Komar et al., 2001; Mouihate et al., 2004). Chez la souris, l’invalidation
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(Cui et al., 2002). PPARγ semble avoir un rôle important dans l’implantation de l’embryon et
dans le développement et le fonctionnement placentaire (Barak et al., 1999). Ces résultats sont en accord avec la forte expression de ce récepteur dans le trophectoderme et la masse
cellulaire interne du blastocyste (Mohan et al., 2002). L’inactivation de PPARγ induit plus
particulièrement un défaut de vascularisation du placenta, ce qui conduit à la mort de
l’embryon pendant la gestation. Chez la femme, PPARγ est aussi exprimé dans le tissu
placentaire (trophoblaste). Son activation stimule l’expression et la sécrétion d’hormones nécessaires à la grossesse et au développement du fœtus telles que l’hCG (gonadotrophine chorionique humaine) et les hormones syncytiotrophoblastiques (hormones lactogènes, hormone de croissance placentaire, leptine) (Tarrade et al., 2001). L’ensemble de ces résultats
montrent que PPARγ est essentiel pour la maturation d’un placenta fonctionnel.
Cancer
Enfin, plusieurs études ont montré un rôle des ligands de PPARγ dans l’inhibition de la
prolifération, la différenciation et l’induction de l’apoptose, présentant un intérêt dans le traitement des cancers du sein, de la prostate, de l’estomac et du côlon (Sarraf et al., 1998; Mueller et al., 2000; Takahashi et al., 1999; Blanquicett et al., 2008).
IV. Le ligand PPARγγγγ