Le recrutement de SREBP-1c sur le promoteur de la FAS dépend des facteurs USFs

La fixation de SREBP-1c sur la région -150 du promoteur de la FAS est cruciale pour la réponse à l’insuline mais SREBP-1c est incapable de se fixer sur son élément de réponse SRE quand le site de fixation pour USF (-65) est muté (Latasa et al., 2003). La fixation de SREBP-1c dépendante de l’insuline nécessite la présence des facteurs USFs sur le promoteur de la FAS.

b) Upstream stimulatory factor (USF)

Deux isoformes d’USF existent : USF1 et USF2 codés par deux gènes différents. Ils forment des homo- ou hétéro-dimères et activent la FAS en se fixant sur la région -65 « E-box » de son promoteur.

La mutation du site -65 E-box abolit la transcription de la FAS en réponse à l’insuline (Wang and Sul, 1997). D’autres études ont montré que USF1 et USF2 se fixent également sur la E-box en position -332 (Moon et al., 2000). La présence de ce second site augmente l’activation de la FAS.

USF1 et USF2 sont importants pour la régulation de la FAS puisque des souris KO pour les gènes codant ces facteurs de transcription présentent un défaut d’activation de la FAS en condition de régime riche en sucres (Casado et al., 1999).

Régulation post-traductionnelle d’USF1 par phosphorylation et acétylation

Durant le cycle jeûne-prise alimentaire, le niveau d’expression d’USF et sa fixation sur le promoteur de la FAS ne varient pas. Ce sont les modifications post-traductionnelles qui régulent l’activité de ces facteurs en fonction de l’état nutritionnel.

Des expériences de spectrométrie de masse ont montré que la prise alimentaire induit la phosphorylation d’USF sur la S262 et l’acétylation sur le site K237 (Wong et al., 2009). Des mutants mimant l’hyperphosphorylation et l’hyperacétylation de ces sites présentent une augmentation de la transcription de la FAS (Figure 21). Inversement, des mutants déphosphorylés et désacétylés n’induisent plus la transcription de la FAS.

Ces modifications post-traductionnelles sont régies par l’interaction d’USF avec différents partenaires tels que la DNA-PK (DNA-dependent protein kinase) et PP1 (Figure 21).

Figure 22 : Régulation de l’activité de ChREBP en fonction des conditions nutritionnelles.

A jeun, la sécrétion de glucagon entraîne l’activation de PKA phosphorylant ChREBP sur la S196 et la T666 induisant la séquestration cytosolique de ChREBP par la protéine 14-3-3. En période post-prandiale, le glucose emprunte en partie la voie des pentoses phosphates induisant la synthèse du métabolite X5P. Le X5P active PP2A qui déphosphoryle ChREBP. Ainsi, ChREBP migre vers le noyau et active la transcription de ses gènes cibles dont la FAS. Le G6P, produit de la glucokinase, peut également induire l’augmentation de l’activité transcriptionnelle de ChREBP.

Abréviations : ChREBP : carbohydrate responsive element binding protein, PKA : protein kinase A, AMPc : adénosine monophosphate cyclique, G6P : glucose-6P, X5P : xylulose-5P, PP2A : protein phosphatase-2A, MLX : max like protein.

En période postprandiale, PP1 est transloquée dans le noyau puis déphosphoryle et active la DNA-PK. La DNA-PK phosphoryle USF sur la S262 permettant le recrutement de l’enzyme PCAF (p300/CBP-associated factor) qui acétyle USF en position K237 (Wong et al., 2009). USF phosphorylée et acétylée induit la transcription de la FAS.

A jeun, USF interagit avec HDAC9 (histone désacétylase 9) bloquant le recrutement des autres facteurs nécessaires à l’activation transcriptionnelle (Figure 21).

c) Carbohydrates responsive element binding protein (ChREBP)

ChREBP a été le premier facteur de transcription sensible au glucose identifié. Il régule l’expression des gènes codant certaines enzymes impliquées dans la glycolyse et la lipogenèse dont la FAS (Iizuka et al., 2004). ChREBP forme un hétérodimère avec son partenaire MLX (Max-like protein) et se fixe sur les éléments ChoRE des gènes cibles (Stoeckman et al., 2004). Il existe deux isoformes de ChREBP résultant d’un épissage alternatif : ChREBPα et ChREBPβ, découverte depuis peu (Herman et al., 2012). Le glucose, via ses métabolites, induit la transcription de ChREBPα qui, à son tour, active la transcription de ChREBPβ.

Régulation de l’activité de ChREBP en fonction des conditions nutritionnelles

A jeun, ChREBP est phosphorylé par la PKA sur la S196 et la T666. ChREBP phosphorylé est incapable de transloquer dans le noyau et de se fixer sur ses gènes cibles (Kawaguchi et al., 2001) (Figure 22).

Initialement, le xylulose-5-phosphate (X5P), intermédiaire de la voie des pentoses phosphates, a été pressenti comme étant le régulateur de ChREBP. Le X5P est un activateur de PP2A (Kabashima et al., 2003) qui déphosphoryle ChREBP sur les sites S196 et T666 permettant sa translocation nucléaire et sa fixation sur ses gènes cibles (Figure 22).

Plus tard, il a été montré que d’autres métabolites comme le G6P et le Fru2,6BP étaient nécessaires pour l’activation de ChREBP (Arden et al., 2012; Dentin et al., 2012). ChREBP est également acétylé (Bricambert et al., 2010) et O-GlcNAcylé (Guinez et al., 2011) induisant son recrutement sur les régions promotrices de ses gènes cibles.

Des souris KO LRH1 foie spécifique présentent une diminution de la transcription de la glucokinase mais également de la synthèse du glycogène, de la glycolyse et de la lipogenèse. Les auteurs ont corrélé ces effets à une diminution de l’activité de ChREBP (Oosterveer et al., 2012).

Des interactions intramoléculaires interviennent également dans le contrôle de l’activité de ChREBP. La protéine ChREBPα est constituée de deux domaines : un domaine LID (Low Glucose inhibitory Domain) et un domaine GRACE (Glucose response activation conserved element).

Le domaine LID peut inhiber l’activité de ChREBP conférée par le domaine GRACE, inhibition levée en forte concentration en glucose (Li et al., 2006a). Quant à ChREBPβ, il ne présente pas de domaine LID et est, par conséquent, constitutivement actif même dans des conditions de faibles concentrations en glucose.

d) Liver X Receptor (LXR)

Deux isoformes de LXR existent : LXRα exprimée dans les tissus importants pour la régulation du métabolisme comme le foie et le tissu adipeux et LXRβ, ubiquitaire (Repa and Mangelsdorf, 2000). Les LXRs sont des récepteurs nucléaires activés par des dérivés du cholestérol ou des agonistes synthétiques (Janowski et al., 1996). Ils forment un hétérodimère avec RXR et peuvent être activés par le ligand de RXR, l’acide 9-cis rétinoïque (Willy et al., 1995) afin de se fixer sur l’élément de réponse LXRE présent sur le promoteur de la FAS au niveau de la région -700.

Les LXRs sont très importants dans la régulation du métabolisme lipidique puisque des souris ob/ob délétées des deux isoformes de LXR présentent une diminution de 80% de la lipogenèse (Beaven et al., 2013). Bien que ces souris restent obèses, la stéatose hépatique est diminuée. LXR peut augmenter la transcription des gènes codant les enzymes impliquées dans la lipogenèse en se fixant sur les promoteurs de SREBP-1c (Repa et al., 2000; Yoshikawa et al., 2001) et de ChREBP (Cha and Repa, 2007) favorisant leur transcription.

Concernant la régulation de LXR, le glucose et le G6P se fixent sur LXR et induisent son activité (Mitro et al., 2007).

Figure 23 : Régulation des facteurs de transcription régulant l’expression de la FAS en réponse

au glucose et à l’insuline.

La fixation de l’insuline sur son récepteur entraîne l’activation de kinases et phosphatases telles que PI3K, Akt, PKC, mTORC1 et 2, et PP1 régulant l’activité ou la localisation des facteurs de transcription. Ainsi, les différents facteurs de transcription activés (ChREBP, LXR, SREBP1c et USF) se fixent sur leurs éléments de réponse respectifs présents sur le promoteur de la FAS afin d’en induire la transcription.

Abréviations : X5P : xylulose 5P, G6P : glucose 6P, F2,6BP : fructose 2,6 bisP, PP : protéine phosphatase, ChREBP : carbohydrate responsive element binding protein, Mlx : max like protein, PI3K : phosphoinositide 3 kinase, mTOR : mammalian target of rapamycin, PKC : protein kinase C, TSC : tuberous sclerosis complex, BAF : Brg1/Brm-associated factor, SREBP : sterol response element binding protein, DNA-PK : DNA-dependent protein kinase, USF : upstream stimulatory protein, PCAF : P300/CBP-associated factor. p300 _p300 DNA-PK _BAF60C SRE E-box USF2 USF1 PP1 PCAF SREBP1c P FAS P LXRE ChoRE A LXR A NCOA6 RXR A ChREBP Mlx p300 _A BAF60C PI3K Akt PP2A ChREBP PKC mTORC2 mTORC1 SREBP1c TSC1/2 P Glucose Glucose X5P P G6P F2,6BP P Insuline

La conformation du complexe LXR-RXR change afin de libérer les corépresseurs SMRT (silencing mediator for retinoic acid and thyroid hormone receptor) et NCoR (Nuclear receptor co-repressor) et se fixer aux co-activateurs EP300 (E1A-associated protein p300) et ASC-2 (activating signal co-integrator 2) (Lee et al., 2008).

A jeun, la PKA phosphoryle LXR empêchant la formation du complexe LXR/RXR, la fixation de LXR sur ses gènes cibles et favorise préférentiellement le recrutement de co-répresseurs (Yamamoto et al., 2007).

e) Farnesoid X receptor (FXR)

FXR est un récepteur nucléaire régulant l’expression des gènes impliqués dans la synthèse des acides biliaires et leur transport dans le foie et l’intestin (Lefebvre et al., 2009).

Une fois activé par ses ligands naturels comme les acides biliaires, FXR se fixe seul ou en complexe avec RXR sur les éléments de réponse FXRE (FXR response element) présents sur le promoteur de la FAS.

FXR est important dans la régulation du métabolisme lipidique puisque des souris déficientes pour FXR présentent une hypertriglycéridémie (Sinal et al., 2000).

Contrairement aux autres facteurs de transcription décrits précédemment, FXR inhibe la lipogenèse en réduisant l’expression de SREBP-1c via l’induction de SHP (Watanabe et al., 2004) mais aussi directement celle de la FAS en se fixant sur son promoteur (Matsukuma et al., 2006). Cette régulation négative est en contradiction avec l’activation transcriptionnelle par SREBP-1c, USF, ChREBP et LXR.

Ainsi, la FAS est régulée de manière transcriptionnelle par le glucose et l’insuline. Le glucose active ChREBP qui induit la transcription de la FAS. Quant à l’insuline, elle permet, par la voie PI3K/Akt, l’activation de SREBP-1c et des facteurs USF1/2. LXR induit également l’expression transcriptionnelle de la FAS et FXR la diminue (Figure 23).