II. Le transport intracellulaire du cholestérol
II. 5. La sortie du compartiment endosomal
Le compartiment endolysosomal joue un rôle central dans la régulation de la distribution intracellulaire du cholestérol. En effet, après la dégradation des LDL, le cholestérol libéré doit atteindre différents compartiments pour permettre le maintien des fonctions cellulaires et l’homéostasie intracellulaire du cholestérol.
Les mécanismes mis en jeu pour la sortie du cholestérol du compartiment endolysosomal ont un rôle critique dans le trafic et l’homéostasie cellulaire du cholestérol comme le montrent les perturbations observées dans la maladie de Niemann-Pick de type C (NPC) (Vanier and Millat, 2003). Cette maladie, à transmission autosomique récessive, causée par la mutation des protéines NPC-1 ou NPC-2, présente un phénotype d’accumulation du cholestérol libre dans les LE. Cela suggère que NPC-1 et NPC-2 jouent un rôle crucial dans la sortie du cholestérol du compartiment endolysosomal.
Sur le plan clinique, la maladie est caractérisée par l’apparition plus ou moins précoce d’une atteinte neurologique progressive et/ou d’une hépatomégalie. Dans la forme la plus répandue de la maladie, dès l’enfance, des troubles neurologiques (ataxie, épilepsie, troubles de l’élocution et de la déglutition) apparaissent, pouvant être accompagnés de troubles psychiatriques (Vanier and Millat, 2003). Au niveau cellulaire, les cellules NPC présentent, outre une accumulation endolysosomale du cholestérol, un retard de l’inhibition de la capture des LDL et de la synthèse endogène du cholestérol ainsi qu’une diminution de l’estérification du cholestérol témoignant de la diminution de l’arrivée du cholestérol au RE (Carstea et al., 1997).
Le phénotype NPC peut être mimé dans les cellules par l’utilisation d’une amine cationique amphiphile, l’U18666A, qui bloque la sortie du cholestérol libre du compartiment
endolysosomal (Liscum and Faust, 1989). Cette amine agit en se liant au LBPA/BMP présent dans les membranes des ILVs et empêche la mobilisation du cholestérol par les protéines NPC (Cenedella, 2009).
NPC-1 est une protéine exprimée spécifiquement à la membrane des Les. Elle possède un domaine SSD identique à celui retrouvé chez l’HMGCoAR (Carstea et al., 1997) (Figure 12). Le cholestérol et les oxystérols peuvent s’y lier mais l’implication de cette interaction reste à définir. L’expression de NPC-1 est régulée par les concentrations intracellulaires en cholestérol (Garver et al., 2008).
NPC-2 est une protéine liant le cholestérol, présente dans les LE et des lysosomes (Figure 12). Elle pourrait transférer le cholestérol au niveau de domaines ou à des protéines spécifiques des membranes externes du compartiment endolysosomal (Storch and Xu, 2009).
Ces protéines différentes sur le plan fonctionnel et structural semblent agir de façon séquentielle dans une voie commune de transport du cholestérol, comme le suggère le fait qu’une mutation de l’une ou l’autre des protéines entraîne le même phénotype (Carstea et al., 1997). Cette hypothèse a été confirmée par l’étude structurale de NPC-1 et NPC-2 ainsi que de leurs interactions. Le cholestérol libéré dans les ILVs est pris en charge par NPC-2 (Figure 12). Il est ensuite transféré directement à la partie N-terminale de NPC-1 sans passer dans le milieu aqueux. NPC-1 permet de mettre le cholestérol libre à disposition au niveau de la membrane externe des endolysosomes (Kwon et al., 2009).
Figure 12 : Rôle de NPC-1 et NPC-2 dans la sortie du cholestérol des MVB
Le cholestérol libéré par hydrolyse des LDL (low density lipoprotein) dans les ILVs (intraluminal vesicles) par la LAL (lysosomal acide lipase) est pris en charge par NPC-2 qui le transfère ensuite à NPC-1 localisé à la membrane externe des MVB. BMP,
bismonoacylglycerophosphate; NPC, Niemann-Pick type C; NTD, N-terminal domain; SSD, sterol sensing domain. D’après (Mesmin and Maxfield, 2009).
Deux autres protéines principales sont impliquées dans la sortie du cholestérol du compartiment endolysosomal : MLN64 (metastatic lymph node 64) et ORP1L (oxysterol related protein 1 L) (Figure 13).
MLN64 est une protéine de la famille START. Elle se lie au cholestérol et facilite sa sortie des LE vers des accepteurs cytoplasmiques ou des membranes acceptrices (Alpy and Tomasetto, 2005). MLN64 jouerait sur les phénomènes d’interaction avec le cytosquelette pour favoriser la fusion des endosomes avec les lysosomes (Holtta-Vuori et al., 2005). Il aussi été montré que MLN64 peut, indépendamment de NPC-1, transférer le cholestérol vers la mitochondrie (Charman et al., 2010).
ORP1L appartient, quant à lui, à la famille des ORP. Il est localisé à la surface externe des LE et il est l’accepteur final des stérols amenés à la membrane par les actions successives de NPC-2 puis NPC-1. Son rôle est de réguler l’interaction entre le complexe Rab7/RILP (Rab interacting lysosomal protein) et les moteurs moléculaires (Johansson et al., 2007). Le fonctionnement du complexe Rab7/ORP1L/RILP sera plus amplement décrit dans le chapitre III. 2. b.. ORP1L est capable de lier un grand nombre d’oxystérols et notamment le 7-kétocholestérol qui est abondamment retrouvé dans les lésions athéroscléreuses, mais aussi le cholestérol. En raison de l’abondance de ce dernier par rapport aux oxystérols, il est vraisemblable que le cholestérol soit le véritable ligand d’ORP1L. Des actions potentiellement différentes entre la liaison du cholestérol et des oxystérols à ORP1L restent à étudier (Vihervaara et al., 2011).
Figure 13 : Les acteurs du trafic endolysosomal du cholestérol
Le processus de sortie du cholestérol de l’endosome tardif n’est pas encore bien caractérisé. Cependant, certains acteurs sont identifiés : NPC-1 et NPC-2 dont l’inhibition bloque l’efflux du cholestérol de l’endosome tardif, MLN64 et ORP1L qui ont la capacité de se lier aux stérols ainsi que Rab7 et Rab9 qui sont impliquées dans l’interface endosome tardif/lysosome/Golgi. LDL, low density lipoprotein; MNL64, metastatic lymph node 64; MVB, multivesicular body; NPC, Niemann-Pick type C; ORP1, oxysterol-related protein 1; SSD, sterol-sensing domain. D’après (Ikonen, 2008).