Rôle de Caveoline-1 dans la contrôle de la capacité de stockage lipidique adipocytaire

Le tissu adipeux, organe spécialisé dans le stockage des lipides

   La capacité à stocker les nutriments, nécessaire pour fournir l’énergie pendant les périodes où la demande énergétique excède l’apport calorique, est une fonction vitale essentielle, déjà présente chez les organismes unicellulaires. Le stockage des lipides dans un tissu dont la fonction est entièrement dédiée à la gestion et au stockage des lipides est apparu au cours de l’évolution chez les oiseaux et les mammifères. Les mammifères possèdent deux types de tissu adipeux (TA) : le TA blanc et le TA brun qui présentent une morphologie et des fonctions distinctes. Le premier permet le stockage de l’énergie sous forme de triglycérides (TG), tandis que le second joue un rôle dans la thermorégulation, en dissipant l’énergie sous forme de chaleur. Dans ce manuscrit, le terme tissu adipeux se réfère au tissu adipeux blanc. Outre cette fonction primaire de stockage des lipides, le TA blanc est également doté d’une fonction sécrétoire. Ainsi, la démonstration que le tissu adipeux était capable de produire de la leptine a véritablement établi la nature endocrine de l’adipocyte (pour revue, (Galic et al., 2010)). De nombreux facteurs sécrétés par le tissu adipeux (hormones, facteurs de croissance, cytokines, stéroïdes ou facteurs du complément) se révèlent importants dans le maintien de l’homéostasie énergétique de l’ensemble de l’organisme via des effets paracrines et/ou autocrine. La sécrétion de ces facteurs étant souvent dérégulée au cours de l’obésité, leur production a ainsi été associée au développement de complications métaboliques liées à l ‘obésité (pour revue, (Deng and Scherer, 2010)). D’un point de vue morphologique, le tissu adipeux blanc est un organe mal délimité puisqu’il se constitue de plusieurs panicules adipeux dont la masse peut représenter entre 8 à 20 kg du poids total d’un sujet normal, et peut atteindre des proportions considérables chez un individu obèse (jusqu’à 100kg de tissu adipeux). Le tissu adipeux blanc est distribué sur l’ensemble du corps avec deux sous-types principaux, le tissu adipeux sous-cutané et le tissu adipeux viscéral, qui présentent des caractéristiques métaboliques différentes. Une accumulation de tissu adipeux sous-cutané, localisé sous la peau mais en dehors de la cavité abdominale, n’est pas associée à des désordres métaboliques. En revanche, l’accroissement du tissu adipeux viscéral, localisé dans la cavité abdominale, est considéré comme un facteur de risque important dans l’apparition du syndrome métabolique (Despres and Lemieux, 2006).

Les cellules de l’immunité innée

   Les cellules de l’immunité innée, comme les neutrophiles ou les macrophages, sont impliquées dans la première réponse immunitaire non spécifique mise en jeu en présence d’un organisme pathogène. Dans le contexte de l’obésité, les macrophages sont les cellules de l’immunité innée qui ont été les plus étudiées dans le tissu adipeux. Ils sont plus abondants dans le TA viscéral que dans le TA sous cutané (Cancello et al., 2006) et leur infiltration augmente de manière proportionnelle à la quantité totale de tissu adipeux au cours de l’obésité (Curat et al., 2004; Weisberg et al., 2003). Les macrophages constituent une population cellulaire hétérogène dont le phénotype peut varier en fonction des stimuli auxquels ils sont soumis. Dans une étude menée in vitro,deux états d’activation ont été décrits pour les macrophages (Lacy-Hulbert and Moore, 2006).La stimulation par des cytokines pro-inflammatoires comme le TNFα (activation classique) va conduire à des macrophages ayant un fort potentiel inflammatoire (macrophage de type M1). En revanche, une stimulation par des cytokines telles que l’interleukine-4 ou l’interleukine-13 (activation alternative) induit la différenciation de macrophages au faible potentiel inflammatoire, jouant un rôle dans le remodelage et la réparation tissulaire (macrophage de type M2) (pour revue (Mosser, 2003)). Chez des souris rendues obèses par régime gras, des expériences d’immunomarquage sur coupes de tissus adipeux utilisant des anticorps dirigés contre différents marqueurs de surface de macrophages M1 (CCR2+) ou M2 (CD11c+) ont révélé que les macrophages recrutés présentent un profil plus inflammatoire que celui des macrophages résidents chez des souris non obèses se traduisant par une augmentation de la proportion de macrophages type M1 au dépend des macrophages type M2 (Lumeng et al., 2007). Des expériences complémentaires de cytométrie en flux, d’immunofluorescence et de mesure d’expression génique ont révélé que les macrophages résidents du tissu adipeux sont répartis entre les adipocytes, et expriment des gènes caractéristiques de l’état M2 (Ym1, arginase1 et IL-10) (Lumeng et al., 2008). Les macrophages M1 nouvellement infiltrés se distribuent en couronne autour des adipocytes en et sécrètent des cytokines pro-inflammatoires comme le TNFα et MCP-1 (monocyte chimoattractant protein -1) (figure 2).

La gouttelette lipidique, un organite dynamique

   Les gouttelettes lipidiques sont des organites intracellulaires de stockage, présents chez certains procaryotes et chez tous les eucaryotes (Murphy, 2001). En effet, toutes les cellules eucaryotes, de la levure aux cellules de mammifères, ont développé la capacité potentielle d’accumuler des lipides et de former des gouttelettes lipides en réponse à un afflux massif d’acides gras. Cependant, la composition lipidique des GLs varie en fonction du type cellulaire. Par exemple, les GLs adipocytaires sont très riches en triglycérides tandis que les cellules stellaires hépatiques et macrophages spumeux stockent  respectivement des esters de rétinol et des esters de cholestérol (Brown et al., 1979; Senoo, 2004). La GL de l’adipocyte blanc se distingue par sa structure uniloculaire, sa taille, et sa composition moléculaire. Longtemps considérées comme des agrégats inertes de lipides neutres, les GLs sont à présent vues comme des organites dynamiques, impliqués dans la maintenance de l’homéostasie lipidique cellulaire et du stockage énergétique.

Composition lipidique

   Dans l’adipocyte, le cœur de la GL se compose d’une majorité de triglycérides, et de cholestérol estérifié. Récemment, l’équipe de C. Thiele a également montré que le diacylglycérol (DAG), précurseur à la fois des TG et des phospholipides, était présent en quantité non négligeable au niveau des GLs (Kuerschner et al., 2008). Les analyses par spectrométrie de masse ont montré une composition originale de la membrane des GLs avec un enrichissement spécifique en cholestérol libre (non estérifié) et une composition phospholipidique différente de celle du réticulum endoplasmique d’où elles sont censées émaner (Blouin et al., 2010; Prattes et al., 2000; Tauchi-Sato et al., 2002). Les phospholipides qui composent la membrane des gouttelettes lipidiques sont par ordre d’abondance la phosphatidylcholine (PC), la phosphatidyléthanolamine (PE) et le phosphatidylinositol (PI). Comparée aux membranes totales, la monocouche phospholipidique qui entoure la GL est particulièrement enrichie en lysoPC, lysoPE et en PC, et contient moins de sphyngomyéline et d’acide phosphatidique (Bartz et al., 2007; Tauchi Sato et al., 2002). Cette composition particulière en phospholipides joue un rôle important pour l’étanchéité de la GL. En effet, dans les adipocytes 3T3-L1, une diminution de l’expression de l’enzyme PEMT (PE N-methyltransférase) qui convertit les PE en PC est corrélée à une augmentation de l’hydrolyse basale des TG (Horl et al., 2011). De plus, des défauts du stockage lipidiques en l’absence de cavéoline-1 ont aussi été reliés à une altération de la composition phospholipidique de la membrane de la GL, notamment une diminution relative des phosphatidylsérines (Blouin et al., 2010). Enfin, la composition phospholipidique de la surface des GLs semble aussi déterminante pour leur coalescence. En effet, des expériences de reconstitution in vitro de gouttelettes lipidiques contenant des lipides neutres mixés à différents ratios de phospholipides montrent que les propriétés de surfactants de certains phospholipides de surface, et particulièrement des PC, pourraient prévenir un tel processus (Krahmer et al., 2011).

Biogénèse des gouttelettes lipidiques

   Plusieurs modèles ont été proposés pour expliquer le processus de formation des gouttelettes lipidiques (Murphy and Vance, 1999; Ploegh, 2007; Waltermann et al., 2005; Zweytick et al., 2000), mais aucune donnée expérimentale ne permet de favoriser l’un ou l’autre de ces modèles. Selon le modèle le plus largement admis, la GL se formerait au niveau du réticulum endoplasmique (RE) suite à une accumulation de lipides neutres entre les deux feuillets membranaires. Cette accumulation conduirait au bourgeonnement de la GL, le feuillet cytoplasmique de la membrane du RE formant la membrane de la nouvelle GL (Murphy and Vance, 1999). Dans une variation de ce même modèle, la GL ne serait jamais totalement isolée, mais resterait en continuité avec le RE (Goodman, 2008) (figure 5). Cependant, le fait que des protéines transmembranaires (telles que les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de type 1) ou des protéines du RE dont le domaine N-terminal est normalement intraluminal (comme la calnexine ou BiP) se retrouvent à la surface des GLs a conduit l’équipe de H. Ploegh à proposer un modèle alternatif. Selon ce dernier, les GLs pourraient se former à partir des deux feuillets du RE par excision d’une bicelle (Ploegh, 2007). La membrane du RE serait alors pour partie entourée du feuillet interne du RE, et pour autre partie du feuillet externe, son excision laissant alors un pore transitoire au niveau de la membrane du RE (figure 5). L’idée que les GLs soient générées au niveau du RE est appuyée par le fait que les enzymes de la voie de synthèse des TG peuvent être localisées à la surface de cet organite (Buhman et al., 2001). Ces deux modèles permettent également d’expliquer qu’un certain nombre de protéines se retrouvent à la fois au niveau du RE et à la surface de la GL (Brown, 2001). Cependant, les résultats de lipidomique montrent que la nature des phopholipides de la monocouche de la GL diffère de celle de la membrane du RE (Tauchi-Sato et al., 2002). Cette différence pourrait s’expliquer par un remodelage des phospholipides durant la formation des GL. Notamment, au début de la différenciation adipocytaire, le ratio PC/PE des cellules décroit de manière concomitante avec la formation des GL (Horl et al., 2011). Cet enrichissement en PE, phospholipides coniques, pourrait être nécessaire pour l’induction de la courbure de la membrane et le bourgeonnement de la GL. Par la suite, ces PE vont être convertis en PC via la PEMT.

Table des matières

ABSTRACT
REMERCIEMENTS
ABBREVIATIONS PRINCIPALES
LISTE DES FIGURES
1. LE TISSU ADIPEUX, ORGANE SPECIALISE DANS LE STOCKAGE DES LIPIDES 
1.1. COMPOSITION CELLULAIRE DU TISSU ADIPEUX 
1.1.1. LES CELLULES DE LA FRACTION STROMA-VASCULAIRE
1.1.1.1. Les cellules endothéliales
1.1.1.2. Les cellules immunitaires
1.1.2. L’ADIPOCYTE, UNE CELLULE ADAPTEE AU STOCKAGE DES LIPIDES
1.2. LA GOUTTELETTE LIPIDIQUE, UN ORGANITE DYNAMIQUE 25
1.2.1. STRUCTURE
1.2.1.1. Composition lipidique
1.2.1.2. Protéines de structure
1.2.2. DYNAMIQUE DES GOUTTELETTES LIPIDIQUES
1.2.2.1. Biogénèse des gouttelettes lipidiques
1.2.2.2. Accumulation de lipides neutres dans la gouttelette lipidique
1.2.2.3. Croissance des gouttelettes lipidiques
1.2.2.4. Mobilisation des réserves lipidiques : la lipolyse
1.2.2.5. La gouttelette lipidique, un organite qui protège des effets lipotoxiques des acides gras
1.2.2.6. Mort d’une gouttelette lipidique : le processus de lipophagie
1.2.3. INTERACTION DE LA GL AVEC LES AUTRES COMPARTIMENTS CELLULAIRES
1.2.3.1. Association avec les mitochondries
1.2.3.2. Interaction avec les cavéoles
2. LES CAVEOLES 
2.1. LES PROTEINES DE STRUCTURE DES CAVEOLES 
2.1.1. LES CAVEOLINES
2.1.1.1. Structure
2.1.1.2. Fonction des cavéolines au sein des cavéoles
2.1.2. LES CAVINES, NOUVELLES PROTEINES ASSOCIEES AUX CAVEOLES
2.1.2.1. Structure des cavines
2.1.2.2. Fonctions des cavines au sein des cavéoles
2.2. FORMATION DES CAVEOLES 
2.3. FONCTIONS DES CAVEOLES
2.3.1. LES CAVEOLES CONSTITUENT DES PLATEFORMES DE SIGNALISATION
2.3.1.1. Ségrégation des protéines de signalisation dans les cavéoles
2.3.1.2. L’exemple de la NO synthase endothéliale
2.3.1.3. L’exemple de la signalisation insulinique
2.3.2. LA TRANSCYTOSE CAVEOLAIRE
2.3.3. CAVEOLES ET METABOLISME LIPIDIQUE
2.3.4. REPONSE AU STRESS MECANIQUE
3. ROLE CRITIQUE DES CAVEOLES DANS LES PATHOLOGIES HUMAINES 
3.1. ROLES CONTROVERSES DES PROTEINES CAVEOLAIRES DANS LES CANCERS 
3.1.1. ROLE DE CAV1 COMME SUPPRESSEUR DE TUMEUR
3.1.2. ROLE PRO-ONCOGENE DE CAVEOLINE-1
3.1.3. CAVINES ET CANCER
3.2. LES DYSTROPHIES MUSCULAIRES 
3.2.1. LA MYOPATHIE DE DUCHENNE
3.2.2. LES CAVEOLINOPATHIES
3.3. LES LIPODYSTROPHIES 
PRESENTATION DU TRAVAIL
ROLES DISTINCTS DE LA CAVEOLINE-1 DANS LES DIFFERENTS TYPES CELLULAIRES QUI COMPOSENT LE TISSU ADIPEUX
BUT DU TRAVAIL
RESULTATS
DISCUSSION
IMPLICATION DE LA CAVEOLINE-1 DANS LE CONTROLE DE LA CAPACITE DE STOCKAGE ADIPOCYTAIRE
BUT DU TRAVAIL
RESULTATS
DISCUSSION
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
ANNEXE I
ANNEXE II

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