Lipides
Régulation du métabolisme
Régulation de SREBP par le cholestérol

Vue d'ensemble de la régulation de SREBP par le cholestérol

1. Le précurseur SREBP, ancré à la membrane du réticulum endoplasmique (RE), doivent subir deux clivages, i.e. par la protéase du site-1 (S1P) et la protéase du site-2 (S2P) situées dans la membrane de l'appareil de Golgi, pour produire un domaine N-terminal actif, appelé nSREBP ou forme nucléaire de SREBP.

• Le domaine bHLH-LZ possède un nouveau signal de localisation nucléaire qui se lie directement à l'importine et permet aux nSREBP d'entrer dans le noyau.
• Une fois la translocation dans le noyau, les nSREBP stimulent l'expression de plusieurs gènes associés à la cholestérogénèse et à la lipogénèse.

2. La translocation du RE au Golgi implique une autre protéine membranaire du RE appelée SCAP (SREBP cleavage-activating protein).

Structure de SCAP

SCAP (SREBP cleavage-activating protein)est une protéine membranaire du RE de 1276 résidus qui comprend deux domaines fonctionnels (The cellular function of SCAP in metabolic signaling 2020).

Domaine N-terminal

Le domaine N-terminal (1-767), possède 8 hélices transmembranaires (TM) séparées par des boucles hydrophobes 3 grandes (1, 6 et 7) et quatre petites (Point Mutation in Luminal Loop 7 of Scap Protein Blocks Interaction with Loop 1 and Abolishes Movement to Golgi 2013).

1. La boucle 1 (L1, 240 résidus), localisée dans la lumière du RE, se lie au cholestérol par trois séquences hydrophobes.

2. La boucle 7 (L7, 175 résidus environ), localisée dans la lumière du RE, interagit avec la boucle 1, et exerce un rôle régulateur pour le contrôle de la liaison COPII par la boucle L6.

Ces deux boucles sont de part et d'autre du domaine de détection de stérol (SSD), i.e. TM2 à TM6 (Scap structures highlight key role for rotation of intertwined luminal loops in cholesterol sensing 2021).

3. La boucle 6 (L6), qui fait face au cytosol, peut se combiner par la séquence MELADL avec Sec24 de COPII pour se déplacer vers le Golgi (Point Mutation in Luminal Loop 7 of Scap Protein Blocks Interaction with Loop 1 and Abolishes Movement to Golgi 2013).

4. TM2 à 6 forme un domaine de détection de stérol (SSD) peut se lier à Insig.

La structure de TM4 (S4), contrairement aux autres TM, est formé par deux demi-hélices, S4a et S4b.

Par rapport aux structures d'autres protéines contenant des SSD comme NPC1 et patched 1, dans lesquelles S4 est droit, l'inclinaison de S4a vers l'intérieur du SSD crée l'espace pour l'hébergement du cholestérol.

Domaine C-terminal

Le domaine C-terminal (768-1276) possède au moins 4 répétitions WD40 qui se lient au domaine régulateur de SREBP (Cleavage of Sterol Regulatory Element-binding Proteins (SREBPs) at Site-1 Requires Interaction with SREBP Cleavage-activating Protein 1998).

Mécanisme

Concentration forte de cholestérol ou dérivés

Vue d'ensemble

Lorsque les cellules sont riches en cholestérol ou en ses dérivés, i.e. oxystérols, le SSD de SCAP détecte le stérol.

1. Le cholestérol se lie sur la boucle 1 interagissant avec la boucle 7 pour changer la conformation SCAP (Structural basis for sterol sensing by Scap and Insig 2021).

En effet, les mutations de Y234 dans la boucle 1 et de Y640 dans la boucle 7 inhibe le transport à l'appareil de Golgi malgré une liaison normale à SREBP (Point Mutation in Luminal Loop 7 of Scap Protein Blocks Interaction with Loop 1 and Abolishes Movement to Golgi 2013).

2. Le domaine L1-L7 s'éloigne du module SSD et déplace TM2 et le module TM7-TM8.

Ce changement conformationnel :

• crée une interface de liaison pour Insig-1 ou Insig-2 (Insuline-inducted gene) sur TM2 à TM6.
• provoque un changement de position de de L6 contenant MELADL du côté cytoplasmique.

3. La formation du complexe ternaire SREBP/SCAP/Insig dans la membrane du RE empêche les SCAP de se lier à COPII et au complexe d'atteindre l'appareil de Golgi pour le clivage de SREBP, supprimant ainsi la transcription des gènes nécessaires à la synthèse du lipides et des LDLR.

Petit aparté sur Insig et
la liaison SCAP/insig

1. Insig (Insuline-inducted gene) est une protéine à 6 domaines transmembranaires (A structure of human Scap bound to Insig-2 suggests how their interaction is regulated by sterols 2021).

a. Les insig interviennent dans le métabolisme des lipides.

• Ils se lient à SCAP/Insig.
• Ils interagissent avec la HMGCR, l'enzyme limitant la vitesse de synthèse du cholestérol, et favorisent son ubiquitination et sa dégradation (Dual functions of Insig proteins in cholesterol homeostasis 2012 et Sterol-induced degradation of HMG CoA reductase depends on interplay of two Insigs and two ubiquitin ligases, gp78 and Trc8 2011).

b. Ils agissent aussi sur d'autres voies de signalisations comme par exemple sur ATF4, facteur de transcription régulant les réponses cellulaires lors de stress (Insulin-induced genes INSIG1 and INSIG2 mediate oxysterol-dependent activation of the PERK–eIF2α–ATF4 axis 2021).

2. L'inclinaison de S4a de SCAP vers l'intérieur du SSD crée l'espace :

• pour l'hébergement du cholestérol,
• pour le déplacement de S2, qui constitue une interface majeure avec Insig.

a. Le 25HC est donc en sandwich entre SCAP (S4, S5 et S6) et Insig (TM2 et TM4) et sa présence stabilise la conformation déroulée de S4 de Scap qui est cruciale pour l'association Insig.

• 

  Des mutations dans les Insig qui abolissent la liaison à 25-HC empêchent également la protéine de se lier à Scap et favorisent sa rétention dans les membranes du RE.
• Les mutations Scap, telles que D428A (Asp428 → Ala) et Q432A (Gln432 → Ala), qui abaisse le seuil énergétique du déroulement de S4, permettent la formation de complexes avec Insig en l'absence de stérols.

b. Outre S4, les principaux changements conformationnels de SSD se produisent dans S2 qui est directement connecté à S1.

3. Un modèle simplifié pour l'interaction régulée par le 25HC (25-hydroxycholestérol) entre Scap et Insig pourrait être le suivant.

c. En présence de stérols et Insig, S4 de Scap se déroule, et le motif MELADL est dans une conformation qui ne peut pas être reconnue par COPII.

d. En l'absence des stérols, S4 peut exister sous forme d'hélice intacte comme dans d'autres protéines contenant du SSD. Les changements conformationnels de plusieurs segments SSD exposent le motif MELADL pour la reconnaissance COPII.

Concentration faible de cholestérol

Lorsque de l'épuisement des stérols intracellulaire, SCAP se dissocie des Insigs.

Transport de SREBP vers l'appareil de Golgi

Le domaine globulaire de SCAP formé par L1 et L7 est positionné directement sous le module SSD et le module TM7-TM8 est lié au SSD.

1. Dans cette conformation, la séquence MELADL sur la boucle cytoplasmique L6 est accessible aux protéines COPII.

2. SCAP se lie avec Sec24 pour l'incorporation de SREBP/SCAP dans une vésicule COPII qui bourgeonne à partir des membranes du réticulum endoplasmique (RE) et livre sa cargaison à l'appareil de Golgi (Sterols block binding of COPII proteins to SCAP, thereby controlling SCAP sorting in ER 2002).

Clivage et transport de nSREBP vers le noyau

1. Dans l'appareil de Golgi (, les précurseurs de SREBP sont clivés séquentiellement par deux protéases, processus en deux étapes appelé RIP ou Regulated Intramembrane Proteolysis(The membrane anchor of the transcriptional activator SREBP is characterized by intrinsic conformational flexibility 2015).

a. S1P (Site-1 Protease), i.e. EC 3.4.21.112, une sérine-protéase, clive les SREBP dans la boucle luminale, séparant la protéine en deux moitiés liées à la membrane (Cleavage Site for Sterol-regulated Protease Localized to a Leu-Ser Bond in the Lumenal Loop of Sterol Regulatory Element-binding Protein-2 1997).

b. S2P (Site-2 Protease), i.e. EC 3.4.24.85, une métalloprotéase à zinc, clive la moitié N-terminale de SREBP obtenue par S1P pour obtenir la nSREBP (Second-site Cleavage in Sterol Regulatory Element-binding Protein Occurs at Transmembrane Junction as Determined by Cysteine Panning 1998).

2. Le fragment transcriptionnellement actif de SREBP, appelé SREBP nucléaire ou nSREBP, est transféré dans le noyau lié à l'importine β pour se lier à ses gènes cibles et activer la transcription (The Structure of Importin-β Bound to SREBP-2: Nuclear Import of a Transcription Factor 2003).

Un dimère de nSREBP, i.e. résidu 343-403 serait lié entre les répétitions HEAT 7 à 17 de l'importine β de 876 résidus qui en compte 19.

3. Le domaine C-terminal de SREBP, lié à SCAP, retourne avec lui dans le RE (Identification of a degradation signal at the carboxy terminus of SREBP2: A new role for this domain in cholesterol homeostasis 2020).

• SCAP est libéré pour être recyclé (Sterols regulate cycling of SREBP cleavage-activating protein (SCAP) between endoplasmic reticulum and Golgi 1999).
• Le domaine C-terminal de SREBP est ubiquitiné et éliminé par dégradation protéasomique (Control of lipid metabolism by phosphorylation-dependent degradation of the SREBP family of transcription factors by SCFFbw7 2005).

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