Lipides
Gouttelettes lipidiques (Lipid droplets ou LD)
Biogenèse : 2. bourgeonnement

Processus engagés dans le bourgeonnement des LD

Théoriquement, le bourgeonnement des gouttelettes lipidiques cytoplasmiques peut se produire spontanément sans l'aide d'agents ou de protéines induisant une courbure par le phenomène de démouillage (Lipid Droplets Can Spontaneously Bud Off from a Symmetric Bilayer 2017).

Toutefois, le courbure est favorisée par plusieurs facteurs (The Physics of Lipid Droplet Nucleation, Growth and Budding 2016) :

• par la composition différentielle des monocouches de la membrane du réticulum endoplasmique (RE),
• par l'accumulation des triglycérides (TG) au niveau de la lentille lipidique,
• par des protéines qui courbent la membrane,
• par des protéines ou des lipides qui entrent en interaction avec les triglycérides (TG).

Démouillage (dewetting)

1. Le processus de bourgeonnement lui-même peut être considéré comme un processus de démouillage (dewetting), dans lequel la lentille de lipides neutres, i.e. en majorité des triglycérides (TG), est convertie en bourgeon sur le réticulum endoplasmique (RE).

a. Le démouillage est un processus spontané dans lequel un film mince sur une surface se brise en un ensemble d'objets séparés. Autrement dit, le démouillage est défini comme le processus par lequel les films liquides se brisent en gouttelettes pour minimiser leur énergie, la masse du film étant redistribuée par des écoulements hydrodynamiques à l’intérieur du film (Not spreading in reverse: The dewetting of a liquid film into a single drop 2016).

b. Le démouillage augmente progressive l'angle de contact entre les gouttelettes lipidiques émergentes et la bicouche du RE.

2. Si des protéines se lient fortement aux LD naissantes de la lumière du RE, les gouttelettes lipidiques (LD) ne parviennent pas à émerger complètement.

Par exemple les apoB, en particulier l'apoB-100 hépatique, lorsqu'elle est surexprimée maintient les LD en contact avec la lumière du RE (Lipid droplets are arrested in the ER membrane by tight binding of lipidated apolipoprotein B-100 2008).

Tension et composition membranaire en phospholipides

La composition en phospholipides (PL) de la membrane du réticulum endoplasmique (RE) semble essentielle au bourgeonnement des gouttelettes lipidiques (ER Membrane Phospholipids and Surface Tension Control Cellular Lipid Droplet Formation 2017).

COPII, qui normalement induit la courbure de la membrane dans la vésiculation du RE, n'intervient pas dans le processus.

1. La tension superficielle membranaire, définie par le coût énergétique de l'exposition des lipides neutres à l'environnement cellulaire aqueux, est particulièrement importante, i.e. la forme arrondie des gouttelettes lipidiques minimise le contact entre LD et cytosol (The Physics of Lipid Droplet Nucleation, Growth and Budding 2016).

2. La composition phospholipidique affecte l'efficacité du bourgeonnement principalement par des effets géométriques pour courber la membrane (Architecture of Lipid Droplets in Endoplasmic Reticulum Is Determined by Phospholipid Intrinsic Curvature 2018).

• Les molécules à cône inversé comme les lysophospholipides favorisent le bourgeonnement, comme par exemple l'acide lysophosphatidique (LPA) et la lysophosphadylcholine (LPC).
• La courbure membranaire peut être aussi la conséquence de l'augmentation de la pression par la synthèse des lipides neutres entre les couches du RE.

3. Des protéines modifient aussi la composition lipidique membranaire.

a. La seipine et PEX30 organisent des domaines RE dans les sites de contact membranaires (MCS) pour permettre ce bourgeonnement, potentiellement par le biais d'altérations de la phosphatidylcholine (PC), du phosphatidylinositol et des diglycérides (DAG).

• La seipine peut séquestrer l'acide phosphatidique (PA) et réguler négativement GPAT et AGPAT ( domaine luminal de la seipine).
• Pex30 se lierait aux diglycérides ( PEX30 et DAG).

b. FIT2, enrichi au niveau du site de bourgeonnement, pourrait favoriser l'émergence des LD à partir du RE en réduisant les niveaux de phospholipides (PL) au niveau du feuillet cytosolique et augmenterait ceux de diglycérides ( FIT2, une acyl-CoA diphosphatase).

Direction du bourgeonnement

La composition différentielle en protéines et/ou en lipides entre les monocouches membranaires semble suffisante pour induire des déséquilibres de tension qui déterminent finalement la direction du bourgeonnement, i.e. le bourgeonnement se produit du côté de la tension monocouche inférieure (An Asymmetry in Monolayer Tension Regulates Lipid Droplet Budding Direction 2018 et Membrane Asymmetry Imposes Directionality on Lipid Droplet Emergence from the ER 2019).

1. Dans la plupart des cas, Les LD bourgeonnent vers le cytosol car la tension superficielle face à la lumière du RE est supérieure à celle face à la membrane cytoplasmique.

2. Néanmoins, des gouttelettes lipidiques peuvent être été détectées dans la lumière du RE ( gouttelettes lipidiques intraluminales).

Selon les protéines qui s'associent aux domaines membranaires riches en triglycérides (TG), les LD peuvent bourgeonner vers un emplacement ou un autre (Lipid droplet formation on opposing sides of the endoplasmic reticulum 2012).

• Par exemple, les périlipines (Plin) peuvent participer au bourgeonnement cytoplasmique car leur surexpression augmente le nombre de cLD et diminue la sécrétion de B-lps, i.e. lipoprotéines à apoB (Adipocyte Differentiation-Related Protein Promotes Fatty Acid Storage in Cytosolic Triglycerides and Inhibits Secretion of Very Low–Density Lipoproteins 2006).
• MTTP (Microsomal Triglyceride Transfer Protein) est essentiel pour la formation de iLD du RE dans les hépatocytes et les entérocytes ( formation des lLD).

Protéines impliquées dans le bourgeonnement des LD

Dans le chapitre précédent, nous avons vu que la composition différentielle en lipides entre les monocouches membranaires est importante pour le bourgeonnement des gouttelettes lipidiques (LD) et qu'elle peut être en partie la l'action de protéines que l'on va retrouver ici.

Leurs rôles et leurs mécanismes restent encore à définir exactement.

1. La seipine et LDAF1 (LD assembly factor 1) qui forment un complexe appelé LDAC (LD Assembly protein Complexes), peut-être avec d'autres protéines, stabilisent la lentille lipidique pour permettre le bourgeonnement (modèle hypothétique de formation et du bourgeonnement des LD au RE).

2. Les FIT (Fat storage-Inducing Transmembrane Protein ou FITM) interviennent également par leurs interactions au bourgeonnement avec :

• REEP5 et Rtn4, des protéines formant des tubules et provoquant la courbure de la membrane,
• les septines qui pourraient retenir les phospholipides (PL) de surface des LD nouvellement formés, et qui, par leur interactions avec l'actine tireraient la gouttelettes vers le cytosol.

3. Les périlipines, en particulier Plin3 (ou Tip47), mais peut-être aussi Plin4, pourraient se lier aux lentilles naissantes, les stabilisant ainsi dès les premières étapes de la formation de LD pour les protégeraient de la lipolyse (Biogenesis and Breakdown of Lipid Droplets in Pathological Conditions 2022).

La figure ci-dessous montre les effets des différentes protéines dans le bourgeonnement des LD chez la levure, i.e. Pet10p étant un homologue des périlipines (Pet10p is a yeast perilipin that stabilizes lipid droplets and promotes their assembly 2017).

4. D'autres protéines pourraient également augmenter la courbure membranaire sans qu'elles soient connues à l'heure actuelle.

Modèle hypothétique de formation et du bourgeonnement des LD au RE