Récepteurs intracellulaires aux oxystérols 48

Les oxystérols sont des molécules de signalisation importantes, capables de moduler l’activité de nombreux facteurs de transcription afin, entre autres, de limiter l’accumulation excessive de cholestérol. En effet, la présence d’un groupe oxygéné en plus du β hydroxyl sur le carbone en position 3, permet aux oxystérols de s’insérer parfaitement dans le double feuillet lipidique de la membrane plasmique, exerçant alors un effet similaire à celui du cholestérol (Guardiola et al., 1996).

Deux catégories de récepteurs, cytosoliques et nucléaires, sont susceptibles de lier les oxystérols.

a. Récepteurs cytosoliques

Les OSBPs :

Les OxySterol Binding Proteins (OSBPs) sont des protéines cytosoliques de masse moléculaire apparente de 95-101 kDa, dont la spécificité de liaison aux stérols est corrélée avec la capacité de ces composés à supprimer l’activité 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A (HMG- CoA) qui conduit à la synthèse du mévalonate, précurseur du cholestérol (Taylor et al., 1984). Elles existent sous deux formes, 1 et 2. La région de liaison aux oxystérols se situe dans la région carboxy-terminale de l’OSBP, la région responsable du ciblage à l’appareil de Golgi se situe elle dans la partie amino-terminale. Les OSBPs contiennent un domaine d’homologie à la pleckstrin (domaine PH) (Letho & Olkkonen, 2003). Un domaine de dimérisation peut en plus être localisé entre le domaine PH et le domaine de liaison du ligand (Ridgway et al., 1992).

Les domaines PH contiennent des informations de ciblage suffisantes pour une localisation d’OSBP au niveau du Golgi (Figure 19). In vitro, le domaine PH des OSBPs a été trouvé pour lier le phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate PI(4,5)P2, le phosphatidylinositol-4-phosphate PI(4)P, et le phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate PI(3,4,5)P3 (Levine & Munro, 1998 ; Rameh et al., 1997). Ce ciblage, au niveau de l’appareil de Golgi, est dépendant d’une GTPase Arf1p (Adenosinediphosphate Ribosylation Factor), régulateur important des fonctions de transport des vésicules Golgiennes (Roth, 1999 ; Presley et al., 2002 ;Levine & Munro, 2002).

Tableau 6: Famille gène/protéine en relation avec les OSBPs (OxySterol Binding Protein) (Lehto & Olkkonen,

2003).

Figure 20: Les différentes protéines ORPs (OSBP-Related Protein) humaines (Lehto & Olkkonen, 2003).

Les protéines ont été organisées en six sous-familles (indiquées par des chiffres romains) en se basant sur la structure du gène et l’homologie de la séquence en acides aminés. Les séquences sont alignées en prenant comme séquence d’alignement la séquence « EQVSHHPP » (colorée en jaune). Le domaine PH est en bleu et le domaine de liaison au ligand en rouge. Les domaines transmembranaires possibles et les «ankyrin-like repeats» sont en vert et orange, respectivement Le domaine de dimérisation pour OSBP est en rose. La région responsable de l’interaction d’OSBP avec les protéines des vésicules de transport VAP-A est indiquée avec une barre noire. Les variants longs (L) et courts (S) ont été identifiés pour ORP4, ORP1 et ORP9.

OSBP : OxySterol Binding Protein; PH : Pleckstrin Homology ; VAP-A : vesicle-associated membrane protein- associated protein A.

CONTEXTE BIBLIOGRAPHIQUE Oxystérols

Le 25-hydroxycholestérol est le composé présentant la plus haute affinité pour OSBP1 mais d’autres oxystérols comme le 20-hydroxycholestérol et le 7-cétocholestérol peuvent aussi s’y fixer.

Les OSBPs possèdent de nombreux effets régulateurs sur le métabolisme du cholestérol cellulaire et de la sphingomyéline. La surexpression d’OSBP dans des cellules d’ovaires de hamster, (CHO)-K1, montre une diminution de la biosynthèse des esters du cholestérol et de l’activité de l’ACAT (Lagace et al., 1997), ainsi qu’une production accrue de sphingomyéline (Lehto & Olkkonen, 2003). Les OSBPs, en modulant les transports du réticulum endoplasmique aux membranes du Golgi, pourraient modifier le transport de SCAP et donc l’activation de la protéase SP1 (Site Protease 1). De plus, OSBPs pourraient contrôler la disponibilité des oxystérols pour les récepteurs en aval (SREBP et LXR (Liver X Receptor) qui sont plus directement impliqués dans le contrôle de l’homéostasie du cholestérol (Lehto & Olkkonen, 2003). Les OSBPs pourraient donc relayer les effets des oxystérols sur l’homéostasie du cholestérol.

Les OSBPs peuvent également participer à la régulation de voies de signalisation comme la voie de signalisation ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase). La depletion en cholestérol membranaire augmente les niveaux de ERK dans la cavéole et les fractions cytosoliques des cellules. Ceci passe par l’inactivation d’une phosphatase. Quand les niveaux de cholestérol cellulaire sont normaux, cette phosphatase travaille en tandem avec la ERK kinase MEK-1 (Mitogen-activated protein kinase Kinase) pour réguler le niveau d’ERK phosphorylée dans la cellule. Cette phosphatase est un hétéro-oligomère composé de deux phosphatases, une appartient à la famille de tyrosine phosphatases PTPPBS et l’autre est PP2A (Protein Phosphatase 2A) (Wang et

al., 2005). Le cholestérol se lie donc aux OSBPs qui subissent un changement conformationnel qui masque son domaine PH (Wang et al., 2005). Dans cette configuration, OSBP est capable de se lier à ces deux phosphatases qui se retrouvent dans un environnement favorable pour ôter sélectivement les phosphates d’ERK1/2. L’activité phosphatase conférée par OSBPs est positivement régulée par le cholestérol et négativement régulée par les oxystérols (Wang et al., 2005).

Les ORPs

La famille ORP (OSBP-Related Protein) chez les humains est composée de 12 protéines subdivisées en 6 sous-familles selon l’organisation du gène et l’homologie en acides aminés (Tableau 6, Figure 20) (Lehto et al., 2001). La plupart des protéines ORPs humaines possède deux caractéristiques structurales hautement homologues: le domaine PH à l’extrémité amino-terminale et le domaine LB à l’extrémité carboxy-terminale (Figure 20) (Lehto & Olkkonen, 2003). Il peut exister des variants longs (L) et des variants courts (S) composés seulement d’un domaine de liaison

CONTEXTE BIBLIOGRAPHIQUE Oxystérols

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du ligand (décrits pour ORP1 et ORP4). ORP4 et ORP8 possèdent des séquences de domaine transmembranaire au niveau de l’extrémité carboxy-terminale, indiquant que ces protéines peuvent entièrement s’ancrées dans les membranes.

ORP2, comme OSBP, apparaît pour se distribuer entre le cytosol et l’appareil de Golgi (Xu

et al., 2001 ; Laitinen et al., 2002). ORP1 est présent sous forme d’un variants longs (ORP1L) et d’un court (ORP1S). Le variant long se localise à la surface des compartiments endosomaux tardifs, le variant court se distribue entre le cytosol et le noyau. Le variant court d’ORP4 se localise au niveau des filaments intermédiaires de vimentine. Ces filaments influencent le métabolisme et le trafic des stérols et sphingolipides cellulaires. Il semblerait qu’il y ait une possible implication de l’interaction entre ORP4S et les filaments de vimentine dans le transport du cholestérol dérivé des LDLs au compartiment d’estérification (Wang et al., 2002).

Moreira et al. (2001) suggèrent qu’ORP4, le plus proche homologue d’OSBP, lie le 7- cétocholestérol et possède une plus faible affinité pour le 25-hydroxycholestérol. Alors que Wang et

al. (2002) montrent qu’ORP4 et OSBP présentent une spécificité similaire pour les oxystérols. Tous les ORP ne lient pas les oxystérols, ORP1S et ORP2 ne lient pas le 25-hydroxycholestérol. Ces protéines montrent une affinité pour l’acide phosphatidique et lient faiblement la cardiolipine et le phosphatidylinositol-3-phosphate PI(3)P (Laitinen et al., 2002).

Les ORPs semblent être impliquées dans divers processus cellulaires tels que le transport vésiculaire, le métabolisme du cholestérol. ORP1S et ORP2 pourraient intervenir au niveau du transport vésiculaire intracellulaire. ORP2 peut réguler le transport vésiculaire dans l’appareil de Golgi et entre le réticulum endoplasmique et le Golgi, ce qui peut conduire à des altérations dans le transport intracellulaire des lipides et des protéines et éventuellement provoquer des changements dans le métabolisme du cholestérol cellulaire (Lehto & Olkkonen, 2003). Le variant court d’ORP4, localisé au niveau des filaments intermédiaires de vimentine, peut provoquer des changements dans l’organisation de ces éléments du cytosquelette et ainsi modifier le métabolisme du cholestérol. Des cellules surexprimant cette protéine montrent une réduction de 40% dans l’estérification du cholestérol dérivé des LDLs. Des études récentes montrent que ORP1L affecte les fonctions de LXR et serait ainsi impliquée dans le contrôle du métabolisme des lipides cellulaires (Johansson et

Stérols cellulaires élevés

Stérols cellulaires faibles

Transcription faible

Transcription élevée

Figure 21: Clivage régulé par les stérols de SREBP (Sterol Responsive Element Binding Protein) (Edwards &

Ericsson, 1998)

Le domaine WD de SCAP s’associe avec SREBP, en réponse à des niveaux en stérols cellulaires réduits il se produit un clivage de SREBP par S1P (Site-1 protease) et S2P (Site-2 protease). L’association de SCAP avec SREBP et le clivage de SREBP ne se produit pas dans les cellules chargées en stérols. Le promoteur du gène de farnésyl diphosphate synthase contient des sites de liaison pour SREBP (SRE-3) et NF-Y . Lorsque SREBP est clivée, la partie N-terminale vient se lier à SRE-3, et la transcription du gène de la farnésyl diphosphate synthase ou d’autres gènes présentant une séquence SRE est activée grâce à la présence de NF-Y sur ses sites de liaison.

SCAP : SREBP cleavage activating protein ; SRE : Sterol Regulatory Element ; WD : Tryptophane Aspartate Réticulum Endoplasmique

WD

C

N

SREBP

SCAP

WD

C

S1P

S2P

SRE-3

SRE-3

SREBP

N

CONTEXTE BIBLIOGRAPHIQUE Oxystérols

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L’ AEBS

Certains oxystérols peuvent se fixer sur une protéine intracellulaire liant les anti- oestrogènes, l’Anti Estrogene Binding Site (AEBS) (Schroepfer, 2000). Les 6- et 7-cholestanols, ainsi que le 7β-hydroxycholestérol et le 7-cétocholestérol, possèdent la plus forte affinité pour ce récepteur.

Les récepteurs arylhydrocarbones

Le 7-cétocholestérol peut être un inhibiteur endogène de la transactivation du récepteur arylhydrocarbone (AhR) par liaison compétitive avec ses ligands non physiologiques, comme les xénobiotiques de type dioxine, benzopyrène et polychlorobiphényl (Savouret et al., 2001). L’association du 7-cétocholestérol avec le récepteur AhR empêcherait la liaison de ce dernier avec l’ADN. En revanche, les 7α- et 7β-hydroxycholestérols, l’epoxycholestérol et le cholestanetriol ne se lient pas à ce récepteur (Savouret et al., 2001).

b. Récepteurs nucléaires

Les SREBPs

Les SREBPs sont une famille de trois facteurs de transcription, SREBP1a, SREBP1c et SREBP2. Les SREBPs contrôlent les niveaux d’enzymes impliqués dans la synthèse du cholestérol. SREBP est activée via clivage d’un précurseur en une forme active par une protéine du réticulum endoplasmique SCAP (Figure 21). Cette forme active est transloquée au noyau. Certains oxystérols se lient aux SREBPs, abaissant leur maturation protéique par la SCAP et donc leur translocation nucléaire (Schroepfer, 2000). In vitro, sur des cellules d’hépatomes, l’utilisation des 25- hydroxycholestérol et 20-hydroxycholestérol (à la concentration de 0,1 µg/ml) ainsi que du 7- cétocholestérol (à la concentration de 1 µg/ml) a également démontré cette inhibition de l’activité de la SREBP (Wang et al., 1994).

Les LXRs

Les LXRs forment des hétérodimères fonctionnels avec RXR (Retinoid X Receptor) et activent la transcription en réponse à différents ligands. Ce complexe LXR/RXR est appelé un hétérodimère permissif car il peut être activé par les ligands de LXR ou de RXR. LXRα possède

Figure 22 : Voie de signalisation LXR dans les macrophages: implication sur le métabolisme des lipides, l’efflux de cholestérol et l’inflammation. (Tontonoz & Mangelsdorf, 2003)

Les LDLox, après internalisation via le récepteur CD36, peuvent subir des modifications aboutissant à la formation d’oxystérols. Certains oxystérols sont des récepteurs pour LXR.

LXR, en association avec RXR, agit comme un facteur de transcription qui permet l’augmentation de la transcription de gènes cibles dont ABCA1, celui de la PLTP et de l’ApoE/CII. La protéine ABCA1 est importante pour l’efflux du cholestérol cellulaire en excès. L’ApoE est le composant protéique principal des remnants, VLDLs et IDLs. La reconnaissance de l’ApoE par les récepteurs aux LDLs favorise l’internalisation au niveau du foie des remnants, VLDLs et IDLs. LXR favorise l’expression inductible par les lipides du gène de l’ApoE dans le tissu adipeux et les macrophages mais pas dans le foie. L’expression au niveau des macrophages de l’ApoE exerce des effets anti-athérogèniques. La PLTP a été identifiée comme étant un modulateur du métabolisme des HDLs et est impliquée dans le transport reverse du cholestérol. Les agonistes de LXR contrôlent l’expression de la PLTP dans les macrophages et cette enzyme est exprimée à des taux élevés au niveau des lésions athérosclérotiques.

Des agonistes de LXR inhibent l’expression de toute une batterie de gènes de l’inflammation dans les macrophages activés parmi lesquels les gènes de l’iNOS, IL-1β, IL-6, COX2, MMP9. Les médiateurs comme l’IL-1β et l’ IL-6 favorisent le recrutement des monocytes et stimulent la prolifération des cellules musculaires lisses. Les métalloprotéinases comme MMP9 ont été impliquées dans le remodelage des lésions et la rupture de la plaque. ABCA1 : ATP Binding Cassette A1 ; ApoE : Apolipoprotéine E ; CE : cholestérol estérifié ; COX2 : cyclo- oxygénase 2 ; IDL : Intermediate Density Lipoprotein ; IL : interleukine ; iNOS : NO Synthase inductible ; LDL : Low Density Lipoprotein ; LXR : Liver X Receptor ; MMP9 : Matrix MetalloProteinase-9 ; PLTP : Protéine de transfert des phospholipides ; RXR :récepteur de l’acide 9-cis-rétinoïque ; VLDL : Very Low Density Lipoprotein.

Stimuli

Stimuli

inflammatoires

CONTEXTE BIBLIOGRAPHIQUE Oxystérols

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une expression limitée aux organes viscéraux, intestin, foie, reins, rate mais également dans les macrophages. Contrairement à LXRα, LXRβ est exprimé de manière constitutionnelle à des niveaux faibles dans tous les tissus. Les hétérodimères LXRα/RXRα et LXRβ/RXRα se lient à une séquence LXRE qui est un variant de la séquence idéale AGGTCA N4 AGGTCA.

Les gènes cibles des LXRs codent des protéines qui ont des rôles critiques en régulant le catabolisme du cholestérol en acides biliaires (CYP7A1), la synthèse des acides gras à partir de précurseurs (SREBP1c, acides gras synthase), le métabolisme des lipoprotéines plasmatiques (CETP, lipoprotéine lipase), le transport transmembranaire des phospholipides et/ou des stérols (ABCA1, ABCG1, ABCG5, ABCG8 (ATP Binding Cassette), la protéine de transfert des phospholipides (PLTP)) et l’inflammation (NO Synthase inductible, IL-1β, IL-6, COX2 (cyclooxygénase 2), metalloprotéinase-9) (Edwards et al., 2002, Ory, 2004, Tontonoz & Mangelsdorf, 2003) (Figure 22).

Les oxystérols se lient aux LXRs. Les ligands les plus efficaces de l’isoforme α sont ceux oxydés sur la chaîne latérale, tels que le 22(R)-hydroxycholestérol, le 20(S)-hydroxycholestérol, le 24(S),25-epoxycholestérol, le 24-hydroxycholestérol, le 25-hydroxycholestérol, ainsi que le 27- hydroxycholestérol (Janowski et al., 1999, Ory, 2004). Le 7-cétocholestérol, le 7α- hydroxycholestérol et le 7β-hydroxycholestérol sont quant à eux des ligands moins efficaces des LXRs (Janowski et al., 1999). Les différents oxystérols activent LXR à des concentrations physiologiques, similaires à celles rencontrées dans les tissus (Lehmann et al., 1997).

Le SF-1

SF-1 (Steroidogenic Factor-1) est un membre de la famille des récepteurs nucléaires. SF-1 se lie comme monomère à un élément de l’ADN qui contient la séquence « AGGTCA » demi-site des récepteurs aux estrogènes. SF-1 régule les gènes impliqués dans la stéroïdogenèse et dans le développement des gonades. Dans les différentes expériences menées sur les fonctions de SF-1 décrites précédemment, SF-1 apparaît pour fonctionner indépendamment d’un ligand. Il a ensuite été suggéré que les oxystérols pouvaient être des ligands pour SF-1. Plusieurs mécanismes d’activation sont envisagés: les oxystérols peuvent se lier directement à SF-1 ; un métabolite des oxystérols ou un métabolite induit par les oxystérols peut servir de ligand ; les oxystérols peuvent se lier et recruter d’autres protéines qui peuvent interagir avec SF-1 et l’activer indirectement. Les oxystérols oxydés en position 25, 26 et 27 sont les activateurs les plus efficaces de SF-1 (Lala et al., 1997). Dans un environnement riche en stérols, les oxystérols pourraient agir comme signaux pour

CONTEXTE BIBLIOGRAPHIQUE Oxystérols

augmenter la biosynthèse des stéroïdes. Ceci pourrait passer par SF-1 qui peut augmenter l’expression d’enzymes impliquées dans le métabolisme des stéroïdes (Lala et al., 1997).

Autres récepteurs nucléaires

Les oxystérols peuvent également constituer des ligands des récepteurs SXR (Steroid X

Receptor) et de son orthologue chez la souris PXR (Pregnana X Receptor). Le SXR est un récepteur nucléaire orphelin qui joue un rôle clé dans la réponse aux xénobiotiques en contrôlant l’expression d’enzymes métabolisant ces drogues et impliquées dans leur clairance (Kawana et al., 2003). Il est également un senseur biologique des dérivés secondaires des acides biliaires incluant l’acide lithocholique (Kawana et al., 2003). SXR active l’expression de certaines protéines comme CYP3A4 et le transporteur ABCB1 impliqué dans l’efflux de drogues (glycoprotéine P), qui agit en réduisant la concentration de ces xénobiotiques et acides biliaires toxiques (Kawana et al., 2003). PXR est exprimé principalement dans le foie et l’intestin, il est défini comme un récepteur aux xénobiotiques qui permet de défendre l’organisme contre des produits étrangers potentiellement toxiques (Sonoda et al., 2005). Le (24S),25-epoxycholestérol a été décrit comme pouvant activer le PXR dans les hépatocytes de souris (Sonoda et al., 2005).