Biologie cellulaire : peroxysomes
Autres fonctions et maladies peroxysomales (PBD et SPPD)

• Les peroxysomes participent à la respiration cellulaire, comme les mitochondries, i.e. ils consomment de l'oxygène en employant des enzymes oxydatives.
• Leur nom provient de la leur capacité à neutraliser le peroxyde d'hydrogène (H₂0₂) très toxique, pour produire de l’eau.

Signalisation et défense antivirale

1. Les peroxysomes coopèrent dans la signalisation et la défense antivirales au moyen des protéines MAVS (Mitochondrial AntiViral-Signaling protein), qui sont des protéines TA ou tail-anchored (Signaling Organelles of the Innate Immune System 2012).

• Les MAVS peroxysomaux induisent rapidement l'expression d'un sous-ensemble de gènes antiviraux qui freinent la réplication virale.
• Les MAVS mitochondriaux induisent une réponse antivirale soutenue.

2. Par exemple, les cellules infectées par le VIH expriment des niveaux élevés de microARN, dont un sous-ensemble devrait cibler les facteurs de biogenèse des peroxysomes (PEX2, PEX7, PEX11ß, PEX13) entraînant une réduction du nombre de peroxysomes (MicroRNAs upregulated during HIV infection target peroxisome biogenesis factors: Implications for virus biology, disease mechanisms and neuropathology 2017 et The HIV-1 Accessory Protein Vpu Downregulates Peroxisome Biogenesis 2020).

Rôles métaboliques

Les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) ou de l'azote (RNS) sont d'importants régulateurs de nombreux processus physiologiques et pathologiques, contribuant et complétant des systèmes de régulation supérieurs opérant dans un organisme vivant (production de ROS).

Signalisation

Les ROS/RNS servent de messagers de signalisation.

Les niveaux accrus de ces molécules réactives à courte durée de vie ou toute perturbation de l'homéostasie ROS/RNS peuvent exercer des effets néfastes dus au stress oxydatif, en particulier par H₂O₂ (Update on the oxidative stress theory of aging: Does oxidative stress play a role in aging or healthy aging? 2010).

Métabolisme des lipides

Les peroxysomes sont des régulateurs clés du métabolisme global des lipides cellulaires et des ROS/RNS, interagissant ainsi intimement à la fois fonctionnellement et physiquement avec d'autres organites cellulaires, en particulier avec les mitochondries (Protein transport into peroxisomes: knowns and unknowns 2017 et Redox Signaling from and to Peroxisomes: Progress, Challenges and Prospects 2018).

1. Les peroxysomes participent à la β-oxydation des acides gras saturés et aussi des acides gras polyinsaturés dont les prostaglandines et produisent des radicaux acétyl (CH₃CO) qui se combinent au coenzyme A.

L'acétyl-CoA ainsi obtenu est transféré aux mitochondries où il emprunte diverses voies métaboliques.

• Cette β-oxydation se déroule comme dans les mitochondries, seule la première enzyme est différente.
• Elle transfère directement les 2 hydrogènes, enlevés à l'acyl-coenzyme A lors de la création de la double liaison sur le cytochrome a3 avec formation d'H₂O₂.

Remarque : ils sont aussi responsables du catabolisme oxydatif des dérivés du cholestérol et de leur transformation en sels biliaires.

2. Les peroxysomes sont également le siège ou le départ de plusieurs voies de biosynthèse lipidiques :

• le cholestérol,
• le dolichol,
• les éthers lipides ou plasmalogènes comme le PAF (Platelet-Activating Factor ou facteur activateur des plaquettes).

Remarque : le cycle du glyoxylate, variante du cycle de Krebs chez les plantes et les formes primitives animales, peut convertir des graisses en glucides, ce qui est impossible chez les animaux supérieurs.

Catabolisme du glucose

1. Le couplage de l'activité catalasique et peroxydasique réalise une sorte de chaîne respiratoire.

Cette forme d'oxydation est très différente de celle observée dans les mitochondries. Toutefois, toutes deux atteignent le même but, l'oxydation d'une très grande variété de substances alimentaires avec réduction d'oxygène en eau.

• Les mitochondries récupèrent une part importante de l'énergie libre sous forme d'ATP utilisable.
• Par contre dans les peroxysomes, l'oxydation est entièrement dissipée sous forme de chaleur.

2. Ce couplage oxyde le NADH2 en NAD grâce à un transfert d'électrons. En maintenant un certain taux de NAD qui contôle la dégradation des glucides en pyruvate, les peroxysomes régulent le catabolisme du glucose.

Remarque : les peroxysomes peuvent aussi oxyder aussi d'autres substrats.

Maladies peroxysomales

1. Les maladies peroxysomales peuvent être séparées en deux groupes :

• les maladies liées à une anomalie de la biogenèse des lysosomes ou PBD (Peroxisome Biogenesis Disorder), dont la plus connue est le syndrome de Zellweger,
• les maladies liées au déficit d'une seule enzyme peroxysomale ou SPPD (Single Peroxisomal Protein Defects), i.e. elles affectent en général une seule voie métabolique.

2. L'une des principales caractéristiques des troubles héréditaires peroxysomaux est le phénotype neuropathologique souvent sévère représenté par des altérations du développement de la migration neuronale, la démyélinisation progressive des neurones ou une activation inflammatoire de la microglie (Peroxisomes in brain development and function 2016).

Une revue est disponible dans : The peroxisome: an update on mysteries 2.0 (2021).

Remarque : la perte auditive progressive est l'une des pathologies typiques associées aux troubles peroxysomaux héréditaires (Peroxisome biogenesis disorders in the Zellweger spectrum: An overview of current diagnosis, clinical manifestations, and treatment guidelines 2016 et The peroxisome: an update on mysteries 2.0 2021).

3. les preroxysomes sont aussi impliqués dans les cancers ( revue dans he peroxisome: an update on mysteries 2.0 (2021)