Lipides
Gouttelettes lipidiques (Lipid droplets ou LD)
Biogenèse : nucléation
Formation de la lentille lipidique

Vue d'ensemble de la formation de la lentille lipidique

Synthèse des triglycérides

1. Les lipides neutres néoformés peuvent de déplacer librement entre les deux feuillets de la membrane du réticulum endoplasmique (RE) et sont normalement dispersés.

Ils s'accumulent et se regroupent pour former une lentille lipidique par démixtion, i.e. séparation spontanée d'un mélange homogène de particules en plusieurs phases non miscibles de compositions différentes.

2. La formation de la lentille lipidique pourrait intervenir lorsque la quantité de triglycérides (TG) atteint 3 % en moles, certains disent 5 à 10 % (Triglyceride Blisters in Lipid Bilayers: Implications for Lipid Droplet Biogenesis and the Mobile Lipid Signal in Cancer Cell Membranes 2010).

Cette lentille incorpore aussi du cholestérol libre.

3. La démixtion des lipides neutres est énergétiquement favorisée par la baisse de leurs interactions avec d’autres composants membranaires.

a. La formation de la lentille lipidique survient dans des microdomaines membranaires du RE à tension faible par leur composition en phospholipides (PL), comme :

• les microdomaines enrichis en lysophospholipides,
• les microdomaines flanqués par des lipides coniques comme le diglycéride (DAG) et/ou l'acide phosphatidique PA).

b. L'interaction avec des protéines serait déterminante comme celle (The Physics of Lipid Droplet Nucleation, Growth and Budding 2016) :

• de la seipine
• de FIT (Fat storage-Inducing Transmembrane Protein) qui interviendrait, suivant les scientifiques plus ou moins tôt, i.e. dans la nucléation ou dans le bourgeonnement.

Réticulum endoplasmique et LD

Vue d'ensemble

1. Chez les mammifères, des domaines/régions prédéfinis, et donc limités, dans le réticulum endoplasmique (RE) seraient sélectionnés pour la biogenèse des LD.

a. L'incubation prolongée des cellules avec de l’oléate augmente la taille, mais pas le nombre de LD, i.e. les sites de formation de LD sur le RE sont limités (Acyl-CoA synthetase 3 promotes lipid droplet biogenesis in ER microdomains 2013).

b. En outre, deux peptides artificiels, HPos et LiveDrop, marquent les sites de formation précoce de LD autrement indétectables par les techniques de microscopie et les colorants lipophiles actuels (Seipin is required for converting nascent to mature lipid droplets 2016).

• Lors du chargement d'oléate, HPos ou LiveDrop se nucléent rapidement en points sur le RE.
• Puis, le mouvement des HPos et LiveDrop est considérablement réduit une fois qu'elles sont en pré-LD alors que les protéines dans le RE se déplacent normalement très rapidement,

HPos a été généré par fusion du domaine hydrophobe de la méthyl transférase putative ALDI (Associated with LD protein 1) avec les 20 derniers résidus de cavéoline-1 (Identification and Characterization of Associated with Lipid Droplet Protein 1: A Novel Membrane-Associated Protein That Resides on Hepatic Lipid Droplets 2006). Le marqueur LiveDrop est le motif en épingle à cheveux de la protéine GPAT4 intégrée à la membrane liée à un marqueur fluorescent.

2. La chronologie des protéines impliquées n'est pas partagée par tous les scientifiques.

• FIT2 apparaîtrait sur les sites de formation de LD avant les LiveDrop, ce qui implique qu'une activité localisée est nécessaire à un stade précoce de la formation naissante de LD ((FIT2 organizes lipid droplet biogenesis with ER tubule-forming proteins and septins 2021).
• Toutefois, certains pensent que c'est la seipine qui regrouperait les molécules de triglycérides (TG), puis générerait des sites RE avec une composition lipidique spécifique qui, à son tour, recruteraient les FIT et les périlipines (Seipin accumulates and traps diacylglycerols and triglycerides in its ring-like structure 2021).

Remarque : chez la levure, ce serait à la jonction nucléaire RE-vacuole (NVJ), en particulier dans des conditions de jeûne (Lipid droplet biogenesis is spatially coordinated at ER–vacuole contacts under nutritional stress 2018).

Tubules du RE

Chez les mammifères, la formation des lentilles et la formation ultérieure de LD semblent se produire au niveau des tubules du réticulum endoplasmique (RE) qui sont très courbés par rapport à la platitude des feuillets (Membrane Curvature Catalyzes Lipid Droplet Assembly 2020).

1. La courbure locale peut les favoriser en perturbant localement l'ordre des bicouches et en diminuant la concentration de TG nécessaire à la nucléation des LD (Acyl-CoA synthetase 3 promotes lipid droplet biogenesis in ER microdomains 2013).

2. Les perturbations de la structure du RE peuvent affecter la formation des LD.

• La déplétion en atlastine affecte la taille des LD (A Conserved Role for Atlastin GTPases in Regulating Lipid Droplet Size 2013).
• La suppression de la protéine REEP1, une protéine impliquée dans la biogenèse des tubules, perturbe aussi cette formation (Functional Mutation Analysis Provides Evidence for a Role of REEP1 in Lipid Droplet Biology 2014).

Les tubules s'étendent dans les axones, où il forme un système continu long et étroit, crucial pour la santé axonale, comme le démontre l'implication de plusieurs protéines qui façonnent le RE tubulaire dans les axonopathies (Axonal Endoplasmic Reticulum Dynamics and Its Roles in Neurodegeneration 2020), dont une forme de paraplégie spastique héréditaire.

3. Toutefois, se forment-elles de manière aléatoire dans tout le RE ou dans des sites préférentiels ?

FIT2 pourrait aussi intervenir dans ce processus par sa liaison avec REEP5 et Rtn4, deux protéines impliquées dans la formation des tubules ( interactions de FIT2).

Protéines impliquées dans la nucléation des LD

On sait relativement peu de choses sur la manière dont les sites de formation de LD sont sélectionnés et sur les protéines/lipides nécessaires au processus (Seipin and Nem1 establish discrete ER subdomains to initiate yeast lipid droplet biogenesis 2020).

1. Chez la levure, les enzymes entrant dans la synthèse des lipides neutres sont :

• Lro1, un homologue de LCAT (Lécithine-Cholestérol AcylTransférase), enzyme estérifiant le cholestérol,
• Dga1, un homologue de DGAT, qui catalyse la transformation des diglycérides (DAG) en triglycérides (TG).

a. Elles sont concentrées dans des sous-domaines discrets du RE définis par :

• Fld1/Sei1, un homologue de la seipine,
• Nem1 (Nuclear envelope morphology protein 1) régule Pah1, un homologue de la lipine-1 mammalienne, l'enzyme produisant des diglycérides (DAG) à partir de l'acide phosphatidique (Phosphatidic Acid Mediates the Nem1-Spo7/Pah1 Phosphatase Cascade in Yeast Lipid Synthesis 2022).

b. Fld1 et Nem1 se localisent sur les MCS RE/LD, indépendamment l'un de l'autre.

2. Lors de l'activation de la synthèse des TG, ils s'associent pour former des sous-domaines nécessaires au recrutement de facteurs de biogenèse :

• Yft2, homologue de FIT2 (Architecture of Lipid Droplets in Endoplasmic Reticulum Is Determined by Phospholipid Intrinsic Curvature 2018),
• Pex30, une protéine possédant un domaine d'homologie du réticulon N-terminal (RHD) qui tubule les sous-domaines du RE pour marquer les sites du RE d'où proviennent les LD et les vésicules préperoxisomales.

Le manque de Pex30 entraîne un retard significatif dans la formation de LD et des défauts dans la biogenèse des peroxysomes (Lipid droplet and peroxisome biogenesis occur at the same ER subdomains 2018).

3. Ces sous-domaine recrutent les TG-synthases pour la formation de la lentille lipidique.

4. D'autres facteurs viendront s'y ajouter plus tardivement :

• Pet10, un homologue des périlipines qui protègera la LD naissante de la lipolyse (Pet10p is a yeast perilipin that stabilizes lipid droplets and promotes their assembly 2017).
• Erg6, pour former de l'ergostérol, composant essentiel des membranes fongiques (The sterol C-24 methyltransferase encoding gene, erg6, is essential for viability of Aspergillus species 2023).

5. D'autres protéines peuvent être impliquées dans la détermination des sites de nucléation des lentilles ou, alternativement, dans la prévention de la formation de lentilles TG dans des régions spécifiques du RE.

2. Bourgeonnement des gouttelettes lipidiques naissantes