Transport de lipides : mécanismes moléculaires et rôle dans la pathogenèse

Présentation

Les lipides sont les briques essentielles des membranes cellulaires. Il en existe un très grand nombre, aux propriétés différentes, répartis dans la cellule de façon précise pour composer les membranes des organelles comme le réticulum endoplasmique ou l’appareil de Golgi ainsi que la membrane plasmique.  Ces membranes disposent d’une identité moléculaire qui leur est propre ce qui essentiel pour assurer la localisation et le fonctionnement correct d’une myriade de protéines. Il est donc obligatoire de décrypter les mécanismes moléculaires responsables de la distribution intracellulaire des lipides afin de comprendre une majorité d’évènements cellulaires. Étant donné que des altérations de cette distribution peuvent conduire à des états physiopathologiques, ce travail est également précieux car il permet aussi de définir les origines moléculaires de diverses maladies.

Afin de comprendre comment la distribution intracellulaire des lipides est établie, nous cherchons à savoir comment diverses protéines cytosoliques appelées protéines de transfert de lipides (Lipid Transfer Proteins, LTPs) déplacent précisément et rapidement certains lipides d’un point à un autre de la cellule. Notre objectif actuel est de comprendre le mode d’action de différents LTPs de la famille des ORP/Osh mais également CRAL-TRIO, PITPs et START pour étendre nos connaissances sur le transport lipidique dans des contextes cellulaires normaux mais également pathologiques. Nous cherchons également à caractériser des molécules capable d’inhiber le transport de stérol pour des thérapies anti-cancéreuse.

En termes de technologie, pour mener nos études, nous utilisons des systèmes sophistiqués de reconstitution in vitro avec des protéines purifiées et des membranes artificielles, similaires à de la biologie synthétique, avec des tests spécifiques basés sur la fluorescence (FRET). Dans ces systèmes, nous pouvons mesurer comment différentes LTPs transfèrent les lipides entre les membranes et comment leurs activités sont couplées au métabolisme lipidique. Nous menons également des investigations de biologie cellulaire par microscopie confocale et à super-résolution (STED) pour analyser la localisation des protéines de transfert lipidique et leur capacité à délivrer des lipides spécifiques dans les organites. Nous effectuons des analyses biochimiques et structurelles et des simulations in silico pour comprendre au niveau atomique comment les LTPs interagissent avec leurs ligands et les membranes cellulaires au cours d’un cycle de transport.

Figure 2. Microscopie confocale de cellules HeLa en culture. L’enrichissement en phosphatidylsérine (PS) du feuillet cytosolique de la membrane plasmique est visualisé grâce à un senseur fluorescent de PS appelé LactC2-GFP. La présence du cholestérol dans le feuillet externe de la membrane plasmique est quant à elle observée avec le senseur de stérol D4-mCherry.

Figure 3. Structure cristallographique de la protéine Osh6 (en gris) en complexe avec une molécule de phosphatidylsérine (en rose). Cette protéine contient une poche de liaison pour accommoder les chaînes acyle et la tête polaire de ce lipide. L’ouverture de la poche est contrôlée par un « couvercle moléculaire » (en vert). Le film montre également les résidus constituant la poche de liaison et les liaisons hydrogènes entre ces résidus et des résidus clés interagissant avec le lipide.