Transport des lipides
Lipoprotéines : récepteurs
Récepteurs LDLR : LDLR et régulation du cholestérol

Contrairement aux TRL (lipoprotéines riches en triglycérides), les LDL (lipoprotéines de basse densité) sont éliminées de la circulation indépendamment des récepteurs SDC1 et uniquement par la liaison médiée par l'apoB au LDLR ( fonctions de SDC1).

• Des mutations des gènes LDLR ou APOB provoquent une hypercholestérolémie familiale, une maladie génétique autosomique dominante caractérisée par une hypercholestérolémie.

Régulation du cholestérol par l'endocytose des LDLR

Les complexes LDLR-ligand subissent une endocytose médiée par la clathrine.

Endocytose proprement dite

1. L'endocytose pourrait être réalisée avec l'aide de :

• LRP6 ( endocytose de LDLR avec LRP6)
• ARH (Autosomal Recessive Hypercholesterolemia protein), appelée aussi LDLRAP1 (Low-Density Lipoprotein Receptor Adaptor Protein1),
• Dab2 (Disabled2).

2. ARH ou LDLRAP1 (Low-Density Lipoprotein Receptor Adaptor Protein 1) se lie, par son domaine PTB (PhosphoTyrosine-Binding Domain) au motif NPxY cytoplasmique de LDLR en forme de crochet, i.e. I-7xF-5xNPxY₀QK+2 (Atomic structure of the autosomal recessive hypercholesterolemia phosphotyrosine-binding domain in complex with the LDL-receptor tail 2012).

Ce processus regroupe les complexes récepteur-ligand dans des fosses recouvertes de clathrine.

• Les souris Arh-/- ont une internalisation altérée des LDLR dans une variété de tissus tels que le foie et présentent un défaut majeur de clairance des LDL (Disruption of LDL but not VLDL clearance in autosomal recessive hypercholesterolemia 2007).

• 

  Des mutations dans ce gène entraînent un dysfonctionnement des récepteurs LDL et provoquent l'hypercholestérolémie autosomique récessive (Autosomal Recessive Hypercholesterolemia : A Mild Phenotype of Familial Hypercholesterolemia: Insight from the Kinetic Study using Stable Isotope and Animal Studies 2014).

3. Dab2 (Disabled2) peut aussi internaliser les LDLR.

• La perte de Dab2 inhibe partiellement, mais significativement l'endocytose des LDLR, alors que
• La déplétion de l'ARH a peu d'effet.
• Lors de la déplétion de Dab2 et ARH, l'endocytose est fortement inhibée au même degré que lorsque la clathrine est absente.

4. Le rôle d'AP-2, l'adaptateur principal des cargos dans les fosses de clathrine, n'est pas clair et varie selon les scientifiques.

• 

  AP-2 normalement interagit avec le motif YxxΦ ou les motif dileucine [[DE]xxxL[LI] qui ne sont pas présents sur LDLR.
• La fonction de Dab2 serait indépendante de AP-2.
• ARH, en l'absence de Dab2, pourrait recruter indirectement AP-2 par la sous-unité β2 (The autosomal recessive hypercholesterolemia (ARH) protein interfaces directly with the clathrin-coat machinery 2002).

Dab2 et ARH, ou peut-être ARH/AP-2 pourraient être des voies parallèles et redondantes.

Devenir des vésicules endocyteés

Le devenir des LDLR et des vésicules endocytées dépend du taux de cholestérol et de l'expression de LDLR.

Dissociation dans les endosomes précoces

Dans les endosomes précoces, les différents composants sont dissociés.

• LDLR et LRP6 sont renvoyés à la membrane cellulaire par les endosomes de recyclage via le complexe CCC et WASH (CCC- and WASH-mediated endosomal sorting of LDLR is required for normal clearance of circulating LDL 2016).
• Les autres composants sont transmis aux lysosomes pour leur dégradation.

Remarque : aucune interaction entre LDLR et SXN27 n'a été observée bien qu'elle soit nécessaire à la récupération et le recyclage de nombreuses protéines transmembranaires, y compris plusieurs membres de la famille LDLR comme ApoER2 (LRP8) ou VLDLR ( régulation d'ApoER2 et VLDLR).

PCSK9 (Proprotein Convertase Subtilisin/Kexin type 9)

Une partie des LDLR peut se lier à PCSK9 (Proprotein Convertase Subtilisin/Kexin type 9), protéine sécrétée par les hépatocytes à la surface cellulaire (The PCSK9 decade 2012).

1. En présence d'ARH, le complexe LDLR/PCSK9 est internalisé dans les cellules et augmente leur clairance et leur dégradation par les lysosomes (The Proprotein Convertase PCSK9 Induces the Degradation of Low Density Lipoprotein Receptor (LDLR) and Its Closest Family Members VLDLR and ApoER2 2008).

• Après avoir pénétré dans l'endosome, la liaison de PCSK9 et de LDLR est encore renforcée, empêchant le recyclage du LDLR de l'endosome vers la surface cellulaire et/ou dirigeant le LDLR vers le lysosome où il est dégradé (PCSK9: a convertase that coordinates LDL catabolism 2009).
• Alternativement, dans une voie intracellulaire, la PCSK9 naissante peut combiner directement avec le LDLR dans l'appareil de Golgi, ce qui provoque sa dégradation dans les lysosomes.

2. Le site de liaison de PCSK9 a été localisé dans le domaine EGF-A du EGFPD (Epidermal Growth Factor-precursor homology domain) du LDLR (Molecular basis for LDL receptor recognition by PCSK9 2009 et Serum Proprotein Convertase Subtilisin/Kexin Type 9 and Cell Surface Low-Density Lipoprotein Receptor 2013).

• Le site de liaison du domaine EGF-A de LDLR réside à la surface du domaine catalytique de type subtilisine de PCSK9 contenant Asp-374.
• Des mutations ponctuelles dans PCSK9, qui ont modifié les résidus clés contribuant à la liaison de l'EGF-A (Arg-194 et Phe-379), ont considérablement diminué la liaison au domaine extracellulaire du LDLR (polymorphisme nucléotidique ou polymorphisme d'un seul nucléotide (SNP ousingle nucleotide polymorphism).

Les niveaux de cholestérol cellulaire régulent PCSK9 en concert avec LDLR via SREBP2 ou Sterol-Regulatory Element Binding Protein-2 (Sterol-dependent regulation of proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 expression by sterol-regulatory element binding protein-2 2008).

Remarque : Les inhibiteurs de la PCSK9 dont utilisés dans les traitement hypolipémiants pour réduire lees taux de LDL, utilisés seuls ou associés à des statines (Inhibiteurs PCSK9: position en pratique clinique).

3. Le mécanisme de la diminution de l'expression hépatique du LDLR médiée par PCSK9 est encore obscur, mais nécessiterait des co-récepteurs spécifiques du foie ou de protéines adaptatrices.

• Le glypican 3 (GPC3), un membre de la famille des HSPG ancrés au GPI (glycosylphosphatidylinositol), pourrait réguler la formation du complexe PCSK9-LDLR, en particulier lors de l'embryogenèse ou de la régénération du foie (An Unbiased Mass Spectrometry Approach Identifies Glypican-3 as an Interactor of Proprotein Convertase Subtilisin/Kexin Type 9 (PCSK9) and Low Density Lipoprotein Receptor (LDLR) in Hepatocellular Carcinoma Cells 2016 et Expression pattern of glypican-3 (GPC3) during human embryonic and fetal development 2017).
• La liaison de PCSK9 aux HSPG de surface cellulaire pourrait être un mécanisme pour séquestrer PCSK9 après sa sécrétion ou pour faciliter son internalisation (Heparan sulfate proteoglycans present PCSK9 to the LDL receptor 2017).

IDOL et LRX

Dans la plupart des cas, les excès du cholestérol ou d'oxystérols intracellulaire entraîne l'activation de LXR (Liver X receptors) pour limiter l'absorption des lipides cellulaires en jouant sur la transcription gènique :

• 

  d'IDOL,
• de transporteurs ABC,
• de SRBEP1/miR-33b.

1. IDOL (Inducible Degrader Of the LDLR), une E3-ubiquitine ligase, est une cible de LXR (Distinct Functional Domains Contribute to Degradation of the Low Density Lipoprotein Receptor (LDLR) by the E3 Ubiquitin Ligase Inducible Degrader of the LDLR (IDOL) 2012 et Post-transcriptional regulation of lipoprotein receptors by the E3-ubiquitin ligase inducible degrader of the low-density lipoprotein receptor 2013).

IDOL est impliqué dans le ciblage lysosomal des LDLR des hépatocytes pour leur dégradation en réponse à des niveaux élevés de cholestérol intracellulaire (LXR Regulates Cholesterol Uptake through Idol-dependent Ubiquitination of the LDL Receptor 2010).

Remarque : seuls, LDLR, ApoER2 et VLDLR sont ciblés par IDOL.

2. IDOL forme un homodimère qui reconnaît une séquence d'acides aminés conservée spécifique dans ses cibles liées à la membrane pour la reconnaissance et le transfert d'ubiquitine.

a. Le domaine FERM d'IDOL, seule ubiquitinase à en posséder, se lie à des motifs cytoplasmiques de LDLR (FERM-dependent E3 ligase recognition is a conserved mechanism for targeted degradation of lipoprotein receptors 2011).

• Le sous-domaine F3b reconnaît la séquence WxxKNxxSI/MxF N-terminale du motif NPxY, séquence unique à LDLR, VLDLR et ApoER2..
• Cette interaction physique est indépendante de l'activité ligase E3 du domaine RING.

b. La membrane cellulaire est un élément clé des interactions IDOL-récepteur.

• Si ARH s'associe facilement à la queue cytoplasmique de LDLR, l'IDOL ne le fait pas.
• Les résidus chargés positivement sur la surface FERM face à la membrane sont importants pour cette interaction.
• Étant donné que l'affinité entre IDOL et LDLR est relativement faible, l'interaction membranaire simultanée assure probablement la stabilité du complexe.
• De plus, en aidant IDOL à se localiser avec ses cibles, l'association membranaire impose une contrainte spatiale sur la dégradation dépendante d'IDOL. Il est également probable que l'interaction membranaire positionne IDOL dans la bonne orientation pour lier les queues des récepteurs des lipoprotéines.

3. IDOL contrôle sa propre stabilité grâce à l'auto-ubiquitination d'un pli de sous-domaine FERM unique non présent dans d'autres protéines FERM (The IDOL–UBE2D complex mediates sterol-dependent degradation of the LDL receptor 2011).

• la réduction de l'expression génique de la HMGCR (3-hydroxy-3-méthylglutaryl-CoA réductase) pour supprimer la biosynthèse du cholestérol par la voie du mévalonate ( synthèse de novo du cholestérol),
• la stimulation de l'activité de l'ACAT (Acyl-CoA cholestéryl Acyl Transférase) pour réduire le cholestérol libre toxique en esters de cholestérol,
• la formation de gouttelettes lipidiques (LD ou Lipid Droplet) par les triglycérides (TG) libérés,
• la suppression de la synthèse des LDLR pour réduire l'absorption des LDL via les SREBP (Sterol regulatory element-binding protein).

Régulation de LDLR au niveau transcriptionnel

LDLR est étroitement régulée au niveau transcriptionnel (Dysregulation of the Low-Density Lipoprotein Receptor Pathway Is Involved in Lipid Disorder-Mediated Organ Injury 2016).

Les SREBP-2 (Sterol-Regulatory Element Binding Protein) sont les éléments cruciaux pour la modulation de la transcription du gène LDLR.

Concentration élevée de cholestérol

1. Lorsque la concentration intracellulaire de cholestérol est élevée, la protéine capteur de stérols SCAP (SREBP cleavage-activating protein) subit un changement conformationnel qui lui permet de se lier à Insig-1, qui forme alors le complexe ternaire SREBP-2/SCAP/Insig-1.

• La liaison des protéines Insig piège SREBP-2/SCAP dans la membrane du réticulum endoplasmique (RE), i.e. le SREBP-2 n'est pas capable d'atteindre l'appareil de Golgi pour son clivage, et l'expression du gène LDLR diminue en conséquence.
• En conséquence, l'absorption du cholestérol est inhibée et les cellules établissent l'homéostasie du cholestérol.

2. En outre, dans la plupart des cas, les excès du cholestérol ou d'oxystérols intracellulaire entraîne l'activation de LXR (Liver X receptors) et Idol ( cf. plus haut).

Concentration faiblede cholestérol

Lorsque la concentration intracellulaire de cholestérol est faible, SCAP n'interagit pas avec les protéines Insig, i.e. le complexe SREBP-2/SCAP est donc libre de sortir du réticulum endoplasmique (RE).

• Après avoir atteint l'appareil de Golgi, le domaine transcriptionnellement actif du précurseur SREBP-2 sera protéolytiquement clivé pour libérer la forme mature de nSREBP-2 dans la membrane de Golgi, tandis que SCAP (SREBP (Sterol regulatory element-binding protein) Cleavage-Activating Protein) retourne au RE pour être recyclé.
• Le nSREBP-2 entre dans le noyau et se lie au SRE (Serum Response Element) pour activer la transcription du gène LDLR.

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