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Lipides
Trafic non vésiculaire
LTP ou protéines de transfert des lipides
Transfert par navette

Sommaire
définition

Le trafic non vésiculaire des lipides est assuré par des protéines de transfert des lipides (LTP ou Lipid Tranfer Protein) qui agissent, pour la plupart, comme des navettes entre les différentes membranes.

Les LTP intracellulaires se localisent sur les sites de contact membranaire (MCS) au sein desquelles les LTP peuvent transférer les lipides d'un compartiment donneur à un compartiment accepteur sous forme (Lipid transfer proteins: the lipid commute by shuttles, bridges and tubes 2019 et Mechanisms of Non-Vesicular Exchange of Lipids at Membrane Contact Sites: Of Shuttles, Tunnels and, Funnels 2021) :

  • de navette,
  • de tube, de pont et de tunnel multimériques ou monomériques, ce qui a l'énorme avantage de déplacer le lipide dit par glissement (sliding en anglais) sans ou avec un minimum de mouvements des protéines, i.e. ce qui permet une augmentation substantielle de la vitesse du transfert.
Localisations subcellulaires et spécificités de liaison des LTP humaines
Localisations subcellulaires et spécificités de liaison des LTP humaines
(Figure : vetopsy.fr d'après Chiapparino et coll)

Vue d'ensemble des transferts lipidiques par navette

1. La plupart des transporteurs connus fonctionnent comme des navettes qui transportent des molécules lipidiques uniques entre les membranes :

  • soit par un domaine simple,
  • soit par plusieurs domaines comprenant des domaines d'échange lipidique et/ou d'autres modules protéiques impliqués dans la liaison membranaire spécifique et/ou l'interaction avec d'autres protéines associées ou intégrées à la membrane, déterminant ainsi leur emplacement cellulaire et leurs capacités de connection.
Domaines impliqués dans le transfert des lipides
Domaines impliqués dans le transfert des lipides
(Figure : vetopsy.fr d'après Egea)

2. Leurs domaines de transfert lipidique ont généralement une taille d'environ 150 à 300 acides aminés.

a. Ils sont formés de feuillets β courbés pour se plier en structures en forme de panier, de tonneau ou de coupe et former des cavités hydrophobes qui protègent les lipides de l'environnement pendant le transport, i.e. leur énergie est bien inférieure à celle des milieux aqueux (loupe coût énergétique du transfert).

b. Le lipide est inséré dans cette cavité avec un lipide pour un LTP, i.e. stoechiométrie 1:1 (Conformational dynamics of lipid transfer domains provide a general framework to decode their functional mechanism 2023).

  • La sélection du lipide s'effectue par son groupe de tête et sa chaîne acyle (R-C(=O)-) grâce à une interaction spécifique avec des résidus distincts dans la cavité.
  • Toutefois, certains LTP peuvent se lier à deux lipides à groupes de tête différents pour effectuer des échanges.

c. Certaines de ces structures ressemblent à des paniers, scellés à une extrémité et dotés de boucles flexibles ou de petites hélices agissant comme des couvercles ou des portes à leur entrée pour piéger et libérer de manière réversible les ligands lipidiques et fonctionner comme des navettes.

Conformation des navettes LTP
Conformation des navettes LTP
(Figure : vetopsy.fr d'après Wong et coll)

3. La forme archétypale de LTP ressemble à une boîte protéique (Lipid transfer proteins: the lipid commute by shuttles, bridges and tubes 2019).

a. La cavité hydrophobe interne renferme une partie ou la totalité du ligand lipidique pour le protéger du milieu aqueux.

b. Ces LTP peuvent :

  • soit exposer le groupe de tête hydrophile,
  • soit posséder un couvercle (lid en anglais) qui peut s'ouvrir et se fermer par changement conformationnel, i.e. le groupe de tête hydrophile peut être soit proximal, soit distal.

4. Ce transfert lipidique nécessite 8 étapes.

a. Sur le compartiment donneur, il faut :

  • un ancrage membranaire,
  • une extraction lipidique,
  • un désancrage
  • une diffusion cytosolique.

b. Sur le compartiment receveur, les étapes sont semblables, excepté le dépôt au lieu de l'extraction.

Étapes du transfert lipidique par navette
Étapes du transfert lipidique par navette
(Figure : vetopsy.fr d'après Wong et coll)

c. La LTP, après le transfert du lipide du donneur à l'accepteur, retourne :

  • soit vide pour réaliser le trafic lipidique,
  • soit avec un lipide différent lors d'échange, comme dans le cas de LTP bispécifique.
étonné

Nous ne pouvons pas développer l'étude de toutes les LTP : vous pouvez vous référer à plusieurs chapitres de vetopsy.fr et à la bibliographie dédiée.

Superfamille StARKin

Vue d'ensemble

1. Les membres de la superfamille StARKin appartiennent à une grande superfamille de protéines avec un pli Bet v1, un ancien échafaudage polyvalent pour la liaison de ligands hydrophobes (The Bet v 1 fold: an ancient, versatile scaffold for binding of large, hydrophobic ligands 2008).

  • La disposition particulière des éléments de structure secondaire des base d'hélices α et des feuillets β donne naissance à une structure tridimensionnelle constituée d'une cavité hydrophobe, ouverte sur l'extérieur.
  • Les protéines avec le pli Bet v1 se trouvent dans tous les règnes et se diversifient en de nombreuses familles avec une faible similarité de séquence, mais avec un pli commun au cours de l'évolution.

2. Les membres de la superfamille StARKin contiennent un domaine START (Steroidogenic Acute Regulatory (STAR) Transfer domain comme celui de StAR ou STARD, ou un domaine apparenté, i.e. START-like, ASTER/Lam, PITP ou PRELID.

bien

Toutes ces familles sont étudiées dans des chapitres spéciaux.

Classification des StARkin

1. La famille STARD (START Domain containing), contenant un domaine START, comprend 15 membres groupés en 6 sous-familles à rôles divers, i.e.

2. La famille GRAMD/Lam, contenant un domaine START-like ou un domaine ASTER, famille conservée par l'évolution, comprend plusieurs membres qui contrôle le transfert de stérols entre la membrane plasmique et d'autres organites au niveau des sites de contact membranaire (MCS).

3. La famille PITP (Phosphatidylinositol (PI) Transfer proteins) qui sont des StARkins bi-spécifiques, à domaine PITP, pour le phosphatidylinositol (PtdIns ou PI) et :

4. La famille PRELI/Ups, à domaine PRELID/MSF, localisée dans l'espace inter-membranaire IMS) des mitochondries, est la famille StARkin la plus proche de PITP (loupePRELID/Ups et mitochondries).

Famille Orp/Osh

La famille ORP/Osh est impliquée dans l'homéostasie des phospholipides (PL), du cholestérol et des oxystérols.

bien

La famille ORP/Osh est étudiée dans un chapitre spécial.

Superfamille Sec14 ou CRAL/TRIO

La superfamille Sec14, i.e. Sec14p de la levure et les protéines apparentées (CRAL/TRIO) sont répandues chez tous les eucaryotes (Two-ligand priming mechanism for potentiated phosphoinositide synthesis is an evolutionarily conserved feature of Sec14-like phosphatidylinositol and phosphatidylcholine exchange proteins 2016).

Structure du domaine Sec14 de Sec14p
Structure du domaine Sec14 de Sec14p
(Figure : vetopsy.fr d'après Ryan et coll)

1. Ces LTP sont généralement bispécifiques, comme les PITP de classe I, pour :

2. Le domaine Sec14 de Sec14p de la levure est composée d'une structure globulaire de 280 résidus à deux lobes sans homologie structurale avec la famille StARkin, impliquant une évolution convergente pour une fonction commune (The Sec14-superfamily and mechanisms for crosstalk between lipid metabolism and lipid signaling 2011).

a. Ce domaine comprend 12 hélices α (A1-A12), 6 brins β (B1-B6) et 8 hélice-310 (T1-T8).

  • Le lobe N-terminal est constitué de quatre hélices α antiparallèles, A1-4 de 129 résidus, formant forme un tripode pour le ciblage de l'appareil de Golgi.
  • Le lobe C-terminal, appelé domaine CRAL-TRIO, i.e. appelé ainsi pour Cellular RetinALdehyde-binding protein (CRALBP) et TRIple functional domain protein guanine exchange factor, définit la poche de liaison des phospholipides (PL).
  • Le plancher de la cavité de liaison Sec14p se compose de cinq brins β parallèles comprenant un feuillet β pris en sandwich par deux longues hélices α d'un côté et deux courtes hélices β plus une hélice-310 de l'autre.

b. L'hélice hydrophobe A10/T4/A11 de Sec14p est positionnée à l'embouchure de la poche et forme un couvercle qui s'ouvre et se ferme en fonction de l'occupation des lipides aidée en cela par ( Conformational Dynamics of the Major Yeast Phosphatidylinositol Transfer Protein Sec14p: Insight into the Mechanisms of Phospholipid Exchange and Diseases of Sec14p-Like Protein Deficiencies)  :

  • Module G du domaine Sec14 de Sec14p
    Module G du domaine Sec14 de Sec14p
    (Figure : vetopsy.fr d'après Ryan et coll)
    une charnière qui lie les extrémités N- et C-terminales de la porte hélicoïdale, i.e. F212, Y213, K239, I240, et I242 (B4-B5) qui flanque A10/T4/A11,
  • un module de déclenchement, ou module G, i.e. B1LB2 and A12LT5, à travers lequel les informations conformationnelles sont transduites à la charnière.

c. Le nombre de brins β impliqués dans la formation du feuillet qui définit le fond de la poche et les angles des hélices qui forment les parois des cavités de liaison lipidique sont variables parmi les membres de la famille (Functional Anatomy of Phospholipid Binding and Regulation of Phosphoinositide Homeostasis by Proteins of the Sec14 Superfamily 2007).

Par exemple, le domaine CRAL-TRIO de la kalirine, une RhoGEF impliquée dans la dynamique du cytosquelette comprend 5 brins β et 9 hélices α sans lobe hélicoïdal N-terminal (Structure of the Sec14 domain of Kalirin reveals a distinct class of lipid-binding module in RhoGEFs 2023).

Sec14p/Sfh1
Sec14p/Sfh1
(Figure : vetopsy.fr d'après Bankaitis et coll et Schaaf et coll)

Famille SCP2

La famille SCP2 (Sterol Carrier Protein 2) comprend deux LTP non spécifiques impliquées dans le transport et le métabolisme de nombreux lipides dont le cholestérol entre plusieurs compartiments cellulaires (Role of STAR and SCP2/SCPx in the Transport of Cholesterol and Other Lipids 2022).

Structure de AeSCP2
Structure de AeSCP2
(Figure : vetopsy.fr d'après Koivuniemi et coll)

1. Le gène SCP2 contient deux sites distincts d'initiation de la transcription et code une protéine pro-SCP2 de 15 kDa et SCPx de 58 kDa, qui ont des extrémités C -terminales identiques (Sterol Carrier Protein-2, a Nonspecific Lipid-Transfer Protein, in Intracellular Cholesterol Trafficking in Testicular Leydig Cells 2016).

2. SCP2/SCPx, par la séquence AKL à l'extrémité C-terminale, ciblent les peroxysomes et par une séquence N-terminale les mitochondries.

SCP2 aurait un rôle dans l'athérosclérose (Sterol carrier protein 2: A promising target in the pathogenesis of atherosclerosis 2022).

Transfert lipidique par tube