Transport des lipides
Lipoprotéines: HDL (lipoprotéines de haute densité)
Remodelage des HDL par CETP : modèles

Modèles de l'activité de CETP

Le transfert bidirectionnel des lipides par CETP est modélisé de deux manières différentes (Cholesteryl ester transfer protein and its inhibitors 2018).

Modèle dit " navette "

Dans le premier modèle, dit " navette ", la CETP agit comme une navette pour les lipides, rentrant en contact au hasard et à plusieurs reprises avec les lipoprotéines, i.e. HDL (lipoprotéines de haute densité) avec VLDL (lipoprotéines de très basse densité)/IDL (lipoprotéines de densité intermédiaire)/LDL (lipoprotéines de basse densité) .

1. Ce processus conduit à la formation de complexes binaires qui facilitent les échanges bidirectionnels d'esters de cholestérol (CE) et de triglycérides (TG) entre chacune des lipoprotéines et CETP.

Les complexes se dissocient par la suite des lipoprotéines où ils ont été générés, et restent dans la circulation jusqu'à ce qu'ils entrent au hasard avec une autre lipoprotéine et participent à un autre cycle d'échanges CE et TG.

2. En raison du bon ajustement de la courbure de surface concave de la CETP et de la courbure de surface des HDL, la structure cristalline de la CETP est cohérente avec le mécanisme de navette et l'interaction de la CETP avec une seule particule de lipoprotéine à la fois (Crystal structure of cholesteryl ester transfer protein reveals a long tunnel and four bound lipid molecules 2007) :

• De plus, la CETP transfère les lipides via les propriétés de son domaine C-terminal, qui ordonne les lipides via des transitions désordonnés à ordonnés dans sa structure secondaire.
• Les peptides carboxy-terminaux de CETP ont une conformation stable en hélice α qui facilite la formation de petites structures homogènes de type micelle qui déplacent les lipides à travers une interface aqueuse dans des paramètres thermodynamiques raisonnables (Key structural arrangements at the C-terminus domain of CETP suggest a potential mechanism for lipid-transfer activity 2014).

3. Le rôle des interactions électrostatiques dans la formation de complexe CETP/lipoprotéine est essentiel dans ce modèle (Lipid Exchange Mechanism of the Cholesteryl Ester Transfer Protein Clarified by Atomistic and Coarse-grained Simulations 2012).

a. Les groupes phosphates des phospholipides sont les principaux sites d'interaction des lipoprotéines avec la CETP, en particulier avec les lysines de la surface concave.

b. Des résidus glutamate et aspartate forment des ponts salins avec les groupes choline chargés positivement des POPC, bien que le rapport des ponts salins formés par les acides aminés chargés positivement et négativement soit d'environ 1,8, ce qui indique que la plupart des acides aminés chargés positivement contribuent à la formation de complexes CETP-lipoprotéine.

4. Des tryptophanes (Trp) sont enfouis dans la matrice lipidique pour ancrer plus fortement la CETP à une surface de lipoprotéine dans les régions Ω5 et Ω1. Ces acides aminés sont essentiels dans les deux modèles, i.e. navette et tunnel (Atomistic MD simulation reveals the mechanism by which CETP penetrates into HDL enabling lipid transfer from HDL to CETP 2015).

• 

  Des mutations dans la région Ω5 du volet structurellement similaire (Trp-91, Phe-92 et Phe-93) de la PLTP et ont montré que l'activité de transfert de phospholipides de la PLTP des liposomes aux particules de HDL diminuait jusqu'à 60% (A hydrophobic Cluster at the Surface of the Human Plasma Phospholipid Transfer Protein Is Critical for Activity on High Density Lipoproteins 2001).
• La région Ω5 du volet flexible de CETP et les résidus Trp qui s'y trouvent est cruciale dans la liaison de la CETP aux particules HDL.

4. La profondeur de pénétration de la CETP est un facteur important dans l'échange de lipides médié par la CETP, car elle détermine l'efficacité avec laquelle les lipides du noyau neutre peuvent interagir avec la CETP.

La CETP se fixe à la surface à l'aide d'interactions électrostatiques, les groupes de tête des POPC s'écartent, donnant accès à la région lipidique hydrophobe.

• Par ce phénomène, les deux ouvertures du tunnel de la surface concave sont exposées à la matrice lipidique hydrophobe de la lipoprotéine.
• La formation de patch hydrophobe facilite, en générant un défaut à la monocouche de surface, la diffusion des lipides centraux vers la région de la monocouche de surface située sous CETP.

Modèle dit " tunnel "

Le deuxième modèle, dit " tunnel " implique la formation d'un pont entre la CETP et deux particules de lipoprotéines.

Les lipides neutres se déplacent dans les deux sens entre les deux lipoprotéines à travers le tunnel dans la CETP (Insights into the Tunnel Mechanism of Cholesteryl Ester Transfer Protein through All-atom Molecular Dynamics Simulations 2016).

1. Dans ce modèle, le CETP peut former un complexe ternaire (Structural basis of transfer between lipoproteins by cholesteryl ester transfer protein 2012).

• Le domaine N-terminal de CETP pénétrant dans la monocouche de surface HDL-phospholipide à une profondeur d'environ 17 à 28 Å et atteignant le noyau HDL-CE.
• Le domaine C-terminal uniquement pénètre la surface des LDL ou des VLDL à une profondeur de 20 à 25 Å.

2. La CETP se lie au HDL par des interactions hydrophobes de surface tandis que la liaison aux LDL/VLDL se produit via des interactions protéine-protéine (HDL surface lipids mediate CETP binding as revealed by electron microscopy and molecular dynamics simulation 2015).

a. L'apoA-I et l'apoA-II peuvent ne pas être impliquées dans la liaison de la CETP.

b. Les phospholipides (PL) de surface et la courbure de surface dominent probablement l'interaction de CETP avec la surface de HDL. Une plus grande surface lipidique offre une plus grande possibilité de liaison pour CETP.

• HDL2, dont le diamètre est supérieur à celui de HDL3, a également un pourcentage plus élevé de particules CETP liées (50% contre 42%). Les lipides de surface de HDL2 occupent une plus grande surface que les lipides de surface de HDL3 (31,3% contre 22,7%).
• Les liposomes plus gros que HDL2 ou HDL3 possèdent environ 6 molécules de CETP liées, par rapport à 1 ou 2 molécules de CETP pour HDL2 et HDL3.

Le transfert de CE entre les HDL et les LDL, ou entre les HDL et les VLDL, par ce mécanisme dépend des changements conformationnels dans les domaines N- et C-terminaux de la CETP qui augmentent la continuité du tunnel et améliorent l'accessibilité aux lipides neutres (Structural Plasticity of Cholesteryl Ester Transfer Protein Assists the Lipid Transfer Activity 2016).

2. Le pore phospholipidique N-terminal, à environ 60 Å de l'extrémité, est adjacent à la surface HDL, ce qui permet la possibilité d'un transfert lipidique de surface ((Insights into the Tunnel Mechanism of Cholesteryl Ester Transfer Protein through All-atom Molecular Dynamics Simulations 2016 et Atomistic MD simulation reveals the mechanism by which CETP penetrates into HDL enabling lipid transfer from HDL to CETP 2015).

Ce pore pourrait être important pour le transfert de phospholipides (PL) de surface lorsque la taille des HDL diminue, par exemple lors de l'efflux de cholestérol, stabilisant ainsi potentiellement la courbure croissante ou décroissante de la surface des HDL.

3. Le rôle de l'hélice X est encore incertain, mais des mutations ponctuelles et par délétion antérieures suggèrent que l'hélice X est importante dans le transfert des esters de cholestérol (CE), alors qu'elle n'est pas nécessaire dans le transfert des phospholipides (Identification of a sequence within the C-terminal 26 amino acids of cholesteryl ester transfer protein responsible for binding a neutralizing monoclonal antibody and necessary for neutral lipid transfer activity 1992).

• Dans le modèle clef-verrou, l'hélice X est une porte pour le transfert de lipides avec des états ouverts et fermés, i.e. les CE diffuseraient dans le tunnel hydrophobe du CETP lorsque la conformation de l'hélice X serait à l'état ouvert ou lorsqu'elle se déplace à l'intérieur du tunnel hydrophobe.
• Dans l'autre modèle, le domaine du tonneau β N-terminal de la CETP agirait comme une porte pour le transfert des lipides et l'hélice X est présente et principalement dans son état fermé, ce qui est très probablement une condition nécessaire au bon fonctionnement du transfert des lipides.

Il semblerait que ces résultats contardictoires soient dus aux anticorps utilisés pour cibler les domaines N- et C-terminaux de la molécule CETP.

Remarque : le modèle tunnel dimère, un modèle tunnel modifié, implique la formation d'un tunnel hydrophobe par un dimère CETP au lieu d'un monomère.

Mécanismes de transfert