Les membranes biologiques sont des objets dynamiques dont la composition en protéines et lipides varie au cours du temps pour assurer de nombreux processus cellulaires. Il existe notamment une différence de composition en lipides entre les deux couches de la membrane (asymétrie lipidique) qui est finement régulée par des protéines, parmi lesquelles les flippases. Celles-ci catalysent le transport des lipides du feuillet externe (exoplasmique) vers le feuillet interne (cytosolique) des membranes.
Comprendre les mécanismes qui relient cholestases et flippases
Chez l’Homme, des mutations de la flippase ATP8B1 sont responsables de plusieurs formes de cholestase intrahépatique[1] (cholestase intrahépatique progressive familiale, cholestase gravidique et cholestase intrahépatique récurrente bégnine).
Des efforts importants sont déployés pour comprendre les mécanismes de transport de lipides utilisés par les protéines de la famille d’ATP8B1 (famille des ATPases P4). En 2019, une collaboration européenne impliquant une équipe du Laboratoire des Protéines et des Systèmes Membranaires (I2BC) a dévoilé trois structures à haute résolution (obtenues par cryomicroscopie électronique) de l’homologue de la levure (Drs2p) en interaction avec sa sous-unité Cdc50p. Ces travaux ont révélé le mécanisme par lequel l’extrémité C-terminale de Drs2p inhibe l’activité du complexe et les premières étapes de la levée de cette auto-inhibition par le PI4P (voir "Transport transmembranaire de lipides : premières structures de flippases dévoilées !").
Etude biochimique et structurale de la flippase humaine ATP8B1
En collaboration avec les universités d’Aarhus, de Bochum et de Copenhague, les chercheurs de l’I2BC ont cette fois-ci étudié le mécanisme d’autoinhibition d’ATP8B1, ainsi que sa régulation par les lipides et la phosphorylation.
Grâce à la cryo-microscopie électronique, ils ont établi la structure du complexe ATP8B1-CDC50A dans un état auto-inhibé. Ils ont aussi mesuré l’activité enzymatique de la protéine sauvage et de mutants tronqués à ses extrémités N- et/ou C-terminales. Les chercheurs montrent que les deux extrémités, et particulièrement la C-terminale, jouent un rôle essentiel dans la l’auto-inhibition de l’activité enzymatique. L’efficacité de l’inhibition est dépendante de la phosphorylation du résidu S1223 situé dans le segment C-terminal. De plus, les phosphoinositides, au premier rang desquels le phosphatidylinositol-3,4,5-phosphate (PI(3,4,5)P3), sont des activateurs de l’enzyme. L’utilisation d’un peptide synthétique mimant le segment C-terminal de la protéine restaure l’inhibition de formes tronquées d’ATP8B1 mais différemment selon que la forme tronquée contient ou non le segment N-terminal. Ces données suggèrent une communication moléculaire entre les segments N- et C-terminaux dans l'auto-inhibition. Ce résultat démontre aussi qu’il est possible de concevoir des composés capables de réguler l’activité du complexe. La résolution de la structure d’ATP8B1/CDC50A dans un état auto-inhibé permet de localiser les mutations d’ATP8B1 responsables des différentes formes de cholestases intrahépatiques. Les mutations sont réparties uniformément sur la séquence mais la plupart sont localisées dans des zones clefs qui impactent directement les propriétés catalytiques de l’enzyme. La présence du motif (G/A)(Y/F)AFS dans le segment C-terminal auto-inhibiteur, déjà repéré chez d’autres ATPases de la même famille et directement impliqué dans l’auto-régulation de l’activité enzymatique, suggère que ce mécanisme est largement employé parmi les flippases de la famille des ATPases P4.
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[1] La cholestase est définie par une diminution ou un arrêt de la production de la bile.