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LES LIPOPROTEINES DE HAUTE DENSITE
Structure des HDL
Les lipoprotéines de haute densité (HDL, High-Density Lipoproteins), sont les lipoprotéines les plus denses et les plus petites (table 1) (Feingold and Grunfeld, 2000; Kontush and Chapman, 2012). Elles sont enrichies en protéines, qui constituent leur cœur structural. Les HDL sont également constituées de nombreuses espèces de lipides différentes. Les phospholipides (PL) et le cholestérol non estérifié, ou libre (CL), constituent la couche lipidique de surface des HDL, tandis que les esters de cholestérol (CE) et les triglycérides (TG) forment le cœur hydrophobe de la lipoprotéine (figure 3A) (Kontush and Chapman, 2012). Malgré ces caractéristiques communes, les HDL forment un groupe de particules hétérogènes en taille, densité, mobilité en gel d’électrophorèse, composition lipidique et protéique (figure 4) (Rye et al., 2009; Rosenson et al., 2011).
Classées selon leur forme et leur densité, il existe trois formes de lipoprotéines HDL décrites, organisées selon ces propriétés (figure 3B) :
– les molécules d’apo A-I dite « libre »,
– les HDL de type discoïdal, appelées HDL pré-β,
– les HDL sphériques, ou HDL α (HDL2a, 2b, 3a, 3b, 3c).
L’apo A-I « libre » est largement minoritaire dans le plasma et est capable de réaliser de l’efflux de cholestérol cellulaire, notamment par la présence des acides aminés(aa) LQEKLSPL en position 137 à 144. (Fielding and Fielding, 1995). L’apo A I n’est ainsi jamais véritablement libre, car lipidée dès qu’elle est synthétisée, formant les HDL pré-β : le ratio du contenu en phosphatidylcholine (PC) et sphingomyéline (SM) est de l’ordre de 1 :1. Les particules de type pré-β représentent moins de 5% des HDL plasmatiques car elles sont très instables. Elles diffèrent des molécules d’apo A-I libres par leur contenu en phospholipides, notamment enrichi en phosphatidylcholine. Chaque particule peut contenir une ou plusieurs molécules d’aop A-I. Enfin, les particules HDL sphériques représentent la grande majorité du contenu plasmatique en HDL. Les HDL pré-β et les HDL sphériques sont généralement associées à d’autres protéines que l’apo A-I (apolipoprotéines ou non), modulant leur fonctionnalité HDL. La structure très dynamique de l’apo A-I est largement impliquée dans le caractère hétérogène des HDL (Davidson and Thompson, 2007).
Protéome
Les apolipoprotéines et autres protéines associées aux HDL sont majeures dans la détermination de leurs structures et fonctions. Les travaux de Sean Davidson ont permis d’identifier 95 protéines différentes constituant le protéome des HDL (Davidson, 2015). Les apolipoprotéines, molécules amphiphiles, permettent le maintien de l’intégrité des lipoprotéines lorsque celles-ci sont soumises aux forces thermodynamiques de l’espace intravasculaire. Les lipides hydrophobes ne sont alors jamais exposés à l’environnement aqueux du vaisseau. Ainsi, les apolipoprotéines assurent un rôle central pour les activités biologiques des HDL.
Apolipoprotéine A-I
L’apolipoprotéine A-I (apoA-I) est la protéine majeure des HDL : elle représente en effet environ 70% de la masse totale de la particule. Chez l’Homme, elle est encodée par le gène homonyme APOA1, localisé sur le chromosome 11q23. La séquence protéique a été déterminée par le travail de Brewer et al. dès les années 1970 (Brewer et al., 1978). Après protéolyse, la protéine d’apoA-I mature est composée de 8 domaines de 22 résidus aminés de types hélices α, ainsi que 2 répétitions de 11 acides aminés (McLachlan, 1977). Elle agit comme un puissant régulateur de l’intégrité de la lipoprotéine. A l’état non lipidé, les hélices α sont maintenues au cœur de la protéine alors que les segments polaires sont au contact du milieu aqueux : l’agencement tridimensionnel de ces structures favorise le caractère amphiphile de l’apoA1 (Frank and Marcel, 2000). Dans les lipoprotéines HDL sphériques, plus riches en esters de cholestérol, l’apo A-I a également un rôle structural important, afin de maintenir l’intégrité de la molécule, et de protéger le cœur hydrophile. Il n’y a pas de consensus clair qui détermine si l’apo A-I peut être sécrétée totalement délipidée, ou si elle est associée à une très faible quantité de lipides dès sa sécrétion.
La synthèse d’apoA-I est réalisée par le foie (environ 70% de la quantité d’apoA-I produite) et l’intestin (30%). Une fois sécrétée, l’apo A-I interagit avec la phosphatidylcholine dimyristoyl (DMPC) (Atkinson et al., 1976) et/ou palmitoyloleoyl (POPC) (Matz and Jonas, 1982; Nichols et al., 1983) pour former des structures discoïdales, les HDL pré-β. Ces structures très dynamiques deviennent alors de puissants accepteurs de CL, faisant des HDL pré-β des éléments clés du transport inverse du cholestérol (Lund-Katz et al., 2003). L’apo A-I stimule ainsi l’efflux de cholestérol cellulaire, première étape du transport inverse. L’étude menée in vitro dans des cellules HepG2 par Chisholm et al. montre que certaines apo A-I peuvent être lipidées avant sécrétion, au sein de l’hépatocyte (Chisholm et al., 2002). De plus, l’apoA-I agit comme cofacteur de la lécithine-cholestérol acyltransférase, ou LCAT (Lecithin Cholesterol Acyl Transferase) : selon la conformation de l’apolipoprotéine, l’activation de la LCAT est modifiée, modulant sa capacité à estérifier le cholestérol contenu dans les HDL (Frank and Marcel, 2000). L’apo A-I Milano est une apo A-I particulière, produite chez les individus atteints de la mutation R173C, qui résulte en de très faibles concentrations plasmatiques d’apo A-I et de HDL-C, ainsi que d’une faible augmentation de la concentration de TG. La mutation a été découverte à l’université de Milan dans les années 1970, suite à une investigation menée dans le village de Limone sul Garda, en Italie, dans lequel plus de 3% de la population est atteinte. De façon intéressante, malgré ces faibles concentrations d’HDL-C, les individus porteurs de la mutation ne développent pas d’athérosclérose et leur risque CV est réduit (Franceschini et al., 1980).
Apolipoprotéine A-II
L’apolipoprotéine A-II est la seconde protéine majoritaire des HDL, représentant 15- 20% de la masse totale de la particule (Kontush and Chapman, 2012). Elle est présente dans environ 50% des lipoprotéines de type HDL. Une fois synthétisées par le foie, les deux chaînes de 77 acides aminés s’homodimérisent pour former la protéine fonctionnelle. L’apo A-II est impliqué dans la structure des HDL, et est capable de moduler la stabilité de l’apo A-I : à des ratios physiologiques apo A-II/apo A-I de 1 :2, l’apo A-II peut déstabiliser la structure de l’apo A-I, modulant ainsi sa fonctionnalité (Durbin and Jonas, 1997). Plus particulièrement, il a été récemment montré que l’efflux de cholestérol via ABCA1 était stimulé par la présence de l’apo A II (Melchior et al., 2017).
Apolipoprotéine E
L’apolipoprotéine E est également une protéine structurale et fonctionnelle importante. Produite dans le foie, mais aussi la rate, le rein, le cerveau ou encore le tissu adipeux, cette protéine tétramérique est formée de 8 hélices α amphiphiles. Elle a une très puissante affinité pour les triglycérides, participant ainsi à la formation de lipoprotéines de faible densité telles que les VLDL. Cependant, dans un milieu riche en phospholipides, l’apo E est capable de se réarranger en une structure de type HDL. De plus, elle a une affinité pour le récepteur aux lipoprotéines LDL, le LDL-R (LDL Receptor) et la protéine LRP1 (LDL-R Related Potein 1), ainsi que celui des VLDL (VLDL-R). Grâce à ces interactions, les HDL contenant de l’apo E peuvent délivrer continuellement du cholestérol et des phospholipides au foie (Hatters et al., 2006). Le gène de l’apo E a 3 isoformes, apo E2, apo E3 et apo E4. Les 3 isoformes protéiques diffèrent au niveau des aa en positions 112 et 158 : apo E3 a une cystéine et une arginine à ces positions respectivement, l’apo E2 a 2 cystéines, l’apo E4 2 arginines. Cette variation allélique module la fonctionnalité protéique. Ainsi, l’activité anti-oxydative de l’apo E dépend de l’isoforme concernée : les patients porteurs d’au moins un allèle apo E4 sont plus sensibles aux agents oxydants de l’environnement comme les LDLox dans le système vasculaire ou les dégâts oxydatifs relatifs à la maladie d’Alzheimer (Hayek et al., 1994; Montine et al., 1998). Les différentes isoformes affectent également l’affinité de l’apo E pour le LDL-R, ce qui participe à l’efficacité de l’alimination des LDL circulantes (Hatters et al., 2006). Enfin, les souris déficientes pour l’apo E sont susceptibles de développer spontanément des plaques d’athérome sous régime riche en graisses car leurs concentrations plasmatiques de VLDL sont très fortement augmentées par rapport aux souris contrôles (Plump et al., 1992; Zhang et al., 1992).
Apolipoprotéine C
La famille des apolipoprotéines C regroupe 4 petites protéines, apo C-I, apo C-II, apo C-III et apo C-IV. Elles sont toutes retrouvées majoritairement au sein des VLDL, IDL (Intermediate Density Lipoprotein), et pour certaines, dans les chylomicrons et LDL, mais également en faibles quantités dans les HDL, où elles ont des rôles variés. L’apo C-I peut moduler l’activité de diverses protéines du métabolisme des HDL, en inhibant la CETP notamment. L’apo C-I réduit alors significativement les transferts de lipides entre HDL et VLDL (Gautier et al., 2000; Dumont et al., 2005). Elle peut également impacter les HDL en activant la LCAT et inhibant la LH. Les apo C-II et III semblent avoir des fonctions antagonistes : l’apo C-II est activatrice de certaines triglycérides lipases, alors que l’apo C-III inhibe la LH et la LPL.
Apolipoprotéine M
Elle est majoritairement retrouvée dans les HDL, mais également à de faibles doses dans les LDL et les VLDL (Xu and Dahlbäck, 1999). L’apolipoprotéine M possède une forte affinité pour la sphingosine-1 phosphate (S1P), dont elle peut impacter la concentration plasmatique. Impliquée dans la formation de lipoprotéines HDL pré-β, dans l’efflux de cholestérol à partir des cellules spumeuses et dans la réduction de l’oxydation, l’apo M exerce des propriétés athéroprotectrices (Christoffersen et al., 2008; Arkensteijn et al., 2013).
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Table des matières
Introduction
A. Les lipoprotéines de haute densité
Structure des HDL
a. Protéome
b. Lipidome
c. Glycome
d. miR-nome
Métabolisme des lipoprotéines HDL
a. Biogenèse des HDL
b. Remodelage intravasculaire
B. HDL et maladies cardiovasculaires liées à l’atherosclerose
L’athérosclérose : une pathologie lipido-oxydo-inflammatoire
a. Initiation
b. Progression
c. Stabilisation
d. Rupture
Concentrations plasmatiques de HDL-C et risque cardiovasculaire
Rôle athéroprotecteur des HDL
a. Les monocytes
b. Les macrophages
c. Les cellules endothéliales
d. Cellules musculaires lisses
e. Autres activités athéroprotectrices des HDL
f. Lipoprotéines HDL dysfonctionnelles
C. Les thérapies par les lipoprotéines HDL : défis présents et futurs
Les stratégies hypolipémiantes
a. Les statines
b. Les thérapies de combinaison
La thérapie par les lipoprotéines HDL
a. Les inhibiteurs de la CETP
b. La thérapie par les molécules d’apoA-I
D. La régulation épigénétique du métabolisme des HDL
Les microARNs et le métabolisme des HDL
a. Biogenèse des microARNs
b. Fonctions des miRs
c. Stabilité des miRs
d. Impact des miRs sur le rôle athéroprotecteur des lipoprotéines HDL
Modifications des histones et impact sur le métabolisme des HDL
a. Le code des histones
b. Impact sur les gènes du métabolisme lipidique
La méthylation de l’ADN et les lipoprotéines HDL
a. Méthylation et déméthylation de l’ADN : principes
b. Méthylation de l’ADN : causes et conséquences
c. Impacts sur le métabolisme des HDL
Collaboration des systèmes de régulation épigénétique
a. Coopération entre méthylation et modifications des histones
b. Coopération avec les miRs
c. Les facteurs de transcription
Objectifs des travaux
Travaux de recherche
Discussion générale
Article collaboratif
Conclusion
Bibliographie
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