Lipides
Gouttelettes lipidiques (Lipid droplets ou LD)
Périlipines (Plins) : rôles dans la lipolyse " classique "

L'accumulation de gouttelettes lipidiques cytoplasmique (cLD) est le résultat d'un équilibre dynamique entre :

• la synthèse des lipides neutres,
• l'hydrolyse des lipides neutres.

Plin1

Vue d'ensemble

Plin1 est la principale périlipine qui joue un rôle dans dans la limitation de la lipolyse adipocytaire.

1. Plin1 protège les triglycérides (TG) contre les lipases.

2. En outre, Plin1 augmente le stockage des TG dans l'état basal par une diminution de leur turn-over (Perilipin A Increases Triacylglycerol Storage by Decreasing the Rate of Triacylglycerol Hydrolysis 2000).

• Chez les souris Plin1-KO, les LD sont recouvertes de Plin2 et le renouvellement des triacylglycérols est accéléré, conduisant à une réduction d'environ 70 % de la masse du tissu adipeux (Absence of perilipin results in leanness and reverses obesity in Leprdb/db mice 2000). ).
• Cette fonction est facilitée par la réduction de l'activité de la PKA induite par l'insuline par plusieurs mécanisme lors de l'état postprandial ( régulation de la lipolyse adipocytaire).

3. Plin1 forme un échafaudage stratégique à la surface des cLD du tissu adipeux blanc (WAT) pour l'assemblage et le désassemblage coordonnés de complexes lipolytiques multiprotéiques lors de la phosphorylation ou de la déphosphorylation de Plin1a.

Modèle d'interaction de Plin1 dans la lipolyse

État basal

Dans l'état basal dans le tissu adipeux, Plin1, liée aux gouttelettes lipidiques cytoplasmiques (cLD) n'est pas phosphorylée et les enzymes lipolytiques, i.e. l'ATGL (Adipose TriGlycéride Lipase, la HSL (Hormone-Sensitive lipase) et MGL/MAGL (MonoGlycéride Lipase) sont cytosoliques.

1. D'une part, l'extrémité C-terminale de Plin1a non phosphorylée interagit avec CGI-58/ABHD5 l'activateur de l'ATGL, limitant ainsi l'activité lipolytique cellulaire.

Dans des conditions basales, les lipases sont séquestrées des cLD et la lipolyse est supprimée.

2. D'autre part, Plin1a interagit avec OPA1 (Optic Atrophy 1), la protéine d'ancrage de PKA, qui attache les PKA de type 1 et de type 2 à la surface des cLD (Optic atrophy 1 is an A-kinase anchoring protein on lipid droplets that mediates adrenergic control of lipolysis 2011).

Plin1 serait alors disponible pour une phosphorylation rapide lors de l’activation immédiate de la PKA.

État stimulé

Lors d'une stimulation β-adrénergique, l'adénylate cyclase (AC) est activée via Gs-GTP (guanosine triphosphate), l'AMPc (adénosine monophosphate cyclique) s'accumule et la PKA est activée.

Dans ces conditions, Plin1, CGI-58/ABHD5 et ATGL, ainsi qu'HSL sont phosphorylées par la PKA avec pour conséquence une réorganisation de l'échafaudage des cLD qui est essentielle pour l'activation massive de la lipolyse, i.e. plus de 50 fois.

1. La phosphorylation de Plin1 libère CGI-58/ABHD5 phosphorylé, qui interagit avec l'ATGL phosphorylé pour coactiver l'hydrolyse des triglycérides (TG).

L'ATGL phosphorylée est fortement recrutée dans les gouttelettes lipidiques où elle se lie de manière indépendante de Plin1.

2. La HSL phosphorylée subit une translocation du cytoplasme vers la surface des gouttelettes lipidiques, où elle se lie à Plin1 phosphorylée et hydrolyse les diglycérides (DAG) produit par l'ATGL.

La MGL/MAGL (MonoacylGlycérol Lipase) cytosolique clivera les monoglycérides (MG) restants.

Remarque : actuellement, on ne sait pas si Plin1 contrôle ou non l'activité ou la localisation de MGL/MAGL (MonoacylGlycérol Lipase) dans les gouttelettes lipidiques, ou si la localisation de MGL est modifiée par la stimulation.

Sites de phosphorylation
de Plin1

1. Plin1a de la souris possèdent 6 sites possibles de phosphorylation de la PKA, i.e. site 1 à 6 sur des sérines (Differential Phosphorylation of Perilipin 1A at the Initiation of Lipolysis Revealed by Novel Monoclonal Antibodies and High Content Analysis 2013).

• 3 sur la partie N-terminale, i.e. une sur le domaine PAT (Ser81), deux après les les répétitions 11-mer (Ser222/276),
• 3 sur le domaine C-terminale (Ser433/492/517).

a. Plin1b et Plin1c ne possèdent pas les trois sites C-terminaux, ce qui peut expliquer leur faible protection contre la lipolyse et la mauvaise réponse à l'activation de la PKA.

b. Plin1a humain n'a pas de site 2, et des insertions de résidus par rapport à celui de la souris implique que les sites 5/6 correspondent aux Ser497/522.

2. Les sites 5/6 C-terminaux de phosphorylation de la PKA sont essentiels.

a. La phosphorylation C-terminale de Plin1a perturbe l'interaction avec CGI-58/ABHD5.

Néanmoins, CGI-58 reste lié à la surface du CLD via son extrémité N-terminale riche en tryptophane, i.e. Trp-21, Trp-25 et Trp-29 ( plus haut).

b. La phosphorylation par PKA de CGI-58 améliore sa capacité à recruter, mobiliser et activer l'ATGL.

3. La phosphorylation N-terminale de Plin1a par PKA ou PKG, permettant l'interaction HSL/Plin1 grâce au domaine PAT, i.e. la translocation de l'HSL à la surface des LD (Activation of Hormone-sensitive Lipase Requires Two Steps, Protein Phosphorylation and Binding to the PAT-1 Domain of Lipid Droplet Coat Proteins 2009).

Les fibroblastes, dépourvus des trois sites de phosphorylation N-terminaux, sont réfractaires à l'induction lipolytique complète.

Remarque : la déphosphorylation des périlipines est moins bien connu mais ferait intervenir PP1, la Protéine Phosphatase 1 (Dephosphorylation of perilipin by protein phosphatases present in rat adipocytes 1998).

Autres Plin

Plin2

Plin2, est exprimée de manière ubiquitaire, est la principale périlipine associée aux gouttelettes lipidiques dans les cellules dans lesquelles Plin1 ou Plin5 sont réduites ou absentes.

La périlipine 2 n'atténue que modérément la lipolyse et n'est pas phosphorylée par la PKA.

• La périlipine 2 se localise presque exclusivement dans les gouttelettes lipidiques et ne recrute pas de manière significative CGI-58/ABHD5, ATGL ou HSL dans les gouttelettes lipidiques.

• 

  Elle n'est pas phosphorylée par la PKA et la lipolyse dans des conditions basales est approximativement comparable à la lipolyse lors d'activation de la PKA.

Plin3

Plin3 est exprimée de manière omniprésente dans les tissus et les lignées cellulaires en culture.

1. Plin3 est localisée sur des gouttelettes lipidiques naissantes minuscules et les stabilise dans les premières étapes de la formation de LD (TIP47 functions in the biogenesis of lipid droplets 2009).

Elle semble rester présente sur les LD même après le détachement car elle intervient dans la lipophagie avec Plin2 ( macrolipophagie).

Certains pensent elle est déplacée par Plin2 à mesure que la taille des gouttelettes lipidiques augmente (S3-12, Adipophilin, and TIP47 Package Lipid in Adipocytes 2005).

2. Plin3 se trouve aussi dans les LD nucléaires (nLD) pour réguler la synthèse de la phospatidylcholine (Plin3 et PC).

3. Plin3 entretient des liens avec la dynéine et les microtubules et la phosphorylation par AMPK provoque, par détyrosination des microtubules, une dispersion des LD dans le cytoplasme pour pouvoir interagir avec les mitochondries (Phosphorylation of PLIN3 by AMPK promotes dispersion of lipid droplets during starvation 2019).

Plin4

Plin4 est associée à de gouttelettes lipidiques naissantes minuscules d'adipocytes en culture et aux gouttelettes lipidiques du tissu adipeux blanc des tissus oxydatifs, i.e. cœur et muscle squelettique (Adipocyte Protein S3-12 Coats Nascent Lipid Droplets 2003).

1. Son rôle est obscur car son inactivation chez la souris n'a entraîné aucune altération de la production de tissu adipeux ou de la différenciation des adipocytes (Inactivation of Plin4 downregulates Plin5 and reduces cardiac lipid accumulation in mice 2013).

• Son inactivation serait associée à une réduction de la teneur en ARNm et en protéines de Plin5, en particulier dans le cœur, diminuant ainsi l’accumulation de lipides cardiaques chez la souris.
• Toutefois, Plin4 et Plin5 sont localisés sur une région très proche du même chromosome et ce pourrait être un artefact.

2. Plin4 ne semble pas la cible de la phosphorylation, mais son étude est des plus limitée.

Plin5

Plin5 diminue l'hydrolyse des cLD dans les tissus oxydatifs, i.e. cœur, muscle squelettique et foie, avec Plin2, et tissu adipeux brun avec Plin1, mais le mécanisme est encore à clarifier.

1. Les expérimentations ont montré un processus un peu différent de celui de Plin1 ( cf. plus haut).

a. Les souris déficientes en Plin5 présentent une déplétion presque complète des LD cardiaques (Perilipin 5, a Lipid Droplet-binding Protein, Protects Heart from Oxidative Burden by Sequestering Fatty Acid from Excessive Oxidation 2012).

b. Les souris à surexpression cardiaque spécifique de Plin5 présentent une accumulation massive de triglycérides (TG), similaire au phénotype cardiaque des souris déficientes en ATGL (Cardiac-specific overexpression of perilipin 5 provokes severe cardiac steatosis via the formation of a lipolytic barrier 2013).

2. Plin5 est modélisé comme un échafaudage cLD formant une barrière lipolytique qui séquestre les substrats des cLD des lipases, i.e. en se liant, comme, Plin1, au CGI-58/ABHD5 et à HSL, mais aussi à l'ATGL.

a. L'action de Plin5 est aussi régulé par PKA (The Interplay of Protein Kinase A and Perilipin 5 Regulates Cardiac Lipolysis 2015).

b. Plin5 interagit directement avec ATGL et CGI-58/ABHD5 (Perilipin Controls Lipolysis by Regulating the Interactions of AB-hydrolase Containing 5 (Abhd5) and Adipose Triglyceride Lipase (Atgl) 2005), se colocalise avec ATGL et CGI-58/ABHD5 à la surface des LD et augmente leur concentration locale sur les LD (Unique Regulation of Adipose Triglyceride Lipase (ATGL) by Perilipin 5, a Lipid Droplet-associated Protein 2011).

• Les résidus Arg417-Phe463 de Plin5 sont responsables de l'interaction avec l'ATGL (Interactions of Perilipin-5 (Plin5) with Adipose Triglyceride Lipase 2011).
• La liaison à l'ATGL et à CGI-58/ABHD5 s'exclue mutuellement, i.e. les sites de liaison se chevauchent, empêchant les deux protéines de se lier à une seule molécule de Plin5.

c. Le site de liaison pour HSL est distinct et est localisé, comme Plin1, à l'extrémité N-terminale.

Plin5 pourrait limiter la lipolyse en interférant avec l'interaction de l'ATGL et de son activateur CGI-58 (Perilipin 5 improves hepatic lipotoxicity by inhibiting lipolysis 2015).

3. Plin5 s'associe aussi à la surface des mitochondries ( MCS LD-mitochondries et expansion des LD).

Les gouttelettes lipidiques nucléaires (nLD) contiendraient aussi PLin5 qui interviendrait dans le cadre d'un complexe régulateur de la transcription de gènes mitochondriaux ((Nuclear Perilipin 5 integrates lipid droplet lipolysis with PGC-1α/SIRT1-dependent transcriptional regulation of mitochondrial function 2016).

périlipines et lipophagie