Métabolisme du sphingadiène et caractérisation de l'enzyme productrice de sphingadiène FADS3 (2023)

Les sphingolipides sont des lipides multifonctionnels présents chez les eucaryotes et certains procaryotes [1]. En tant que constituants des membranes biologiques, composants des structures lipidiques multicouches de la peau ou médiateurs lipidiques, ils jouent un rôle dans diverses fonctions physiologiques, notamment la fonction neurale, la formation de la barrière cutanée, l'immunité, la spermatogenèse et la régulation du métabolisme des sucres [[1], [2], [3], [4]]. Les sphingolipides sont abondants dans les membranes plasmiques et forment des microdomaines lipidiques qui, avec le cholestérol, servent de plateformes pour les protéines impliquées dans la transduction du signal [5].

Le squelette hydrophobe des sphingolipides est le céramide (CER), composé d'un amino-alcool à longue chaîne appelé base à longue chaîne (LCB) et d'un acide gras (FA). Les sphingolipides complexes ont un groupe de tête polaire qui, chez les mammifères, est une phosphocholine (dans la sphingomyéline [SM]) ou des glucides (dans les glycosphingolipides). La combinaison de ces trois composants (LCB, FA et groupe de tête polaire), dont chacun peut prendre diverses formes, crée un grand nombre d'espèces moléculaires de sphingolipides [1], et cette diversité structurelle est la base moléculaire de leurs propriétés multifonctionnelles. .

Les LCB ont généralement des groupes hydroxyle en C1 et C3 et un groupe amino en C2. Ces groupes fonctionnels agissent comme des donneurs d'électrons et des accepteurs pour les liaisons hydrogène qui sont importantes pour les interactions lipide-lipide dans la formation des microdomaines lipidiques [6,7]. Les mammifères ont cinq types de LCB : la dihydrosphingosine (DHS), la sphingosine (SPH, qui a untrans-double liaison en C4), phytosphingosine (PHS, qui a un groupe hydroxyle en C4), 6-hydroxy (6-OH) SPH (qui a untrans-double liaison en C4 et un groupe hydroxyle en C6), et le 4,14-sphingadiène (SPD ; qui atrans- etcis-doubles liaisons en C4 et C14, respectivement) [1,8]. SPH, DHS et SPD sont distribués dans un large éventail de tissus, tandis que PHS et 6-OH SPH sont spécifiques aux tissus (PHS : tissus épithéliaux tels que l'épiderme, l'intestin grêle et les reins ; 6-OH SPH : épiderme) [1 ,[9], [10], [11], [12], [13]]. Ces deux types de LCB, qui ont un groupe hydroxyle de plus que les trois autres, peuvent améliorer la fonction de barrière de perméabilité en renforçant les interactions lipides-lipides dans les tissus épithéliaux. En revanche, SPD, le seul mammifère LCB avec uncis-double liaison - affaiblit les interactions lipide-lipide en raison de la nature angulaire de lacis-double liaison, empêchant la localisation des sphingolipides contenant du SPD dans le microdomaine lipidique [12]. De plus, la présence de lacis-la double liaison dans le SPD peut signifier qu'il existe des différences entre le métabolisme du SPD et des CER contenant du SPD (SPD-CER) et celui des autres LCB/CER, bien que cela n'ait pas encore été examiné.

FADS3, un membre de la famille des FA désaturases (FADS), est responsable de l'introduction de lacis-double liaison en C14 dans SPD [12,14]. Chez l'homme, la famille FADS compte huit membres : FADS1, FADS2, FADS3, SCD5 (FADS4), SCD1 (FADS5), FADS6, DEGS1 (FADS7) et DEGS2 (FADS8) [15,16], et parmi ceux-ci, seul le fonction de FADS6 reste inconnue. FADS1, FADS2, SCD1 et SCD5 sont des acyl-CoA désaturases qui introduisent uncis-double liaison en acyl-CoAs : FADS1 en C5 ; FADS2 en C6 ; SCD1 et SCD5 en C9 [17,18]. En revanche, les substrats de DEGS1 et DEGS2 sont des CER contenant du DHS (DHS-CER). DEGS1 introduit unetrans-double liaison en C4 de la fraction DHS des DHS-CER pour générer des CER contenant du SPH (SPH-CER) [15]. DEGS2 est une enzyme bifonctionnelle avec une activité C4-hydroxylase et une faible activité C4-désaturase, produisant respectivement des CER contenant du PHS et des SPH-CER [13, 15, 19]. Bien que nous ayons déjà signalé que FADS3 produit des SPD-CER, en utilisant des SPH-CER comme substrats [12], une autre étude a montré que FADS3 présente également une activité vis-à-vis des SPH libres (ainsi que des SPH-CER) [14]. Ainsi, les substrats précis de FADS3 restent controversés.

Les réactions de désaturation / hydroxylation catalysées par les membres de la famille FADS sont initiées via le transfert d'un électron du NADH ou du NADPH au cytochromeb₅réductases [17,19]. L'électron est ensuite transféré au cytochromeb₅et ensuite aux protéines FADS, entraînant la désaturation/hydroxylation du substrat et la conversion de l'oxygène moléculaire en eau. Parmi les membres de la famille FADS, FADS1–3 ont leur propre cytochromeb₅-like domaines [20]. Bien que FADS2 puisse catalyser la réaction de désaturation en l'absence de cytochromeb₅, cette activité est renforcée en sa présence [21]. Il n'est pas clair, cependant, si les réactions catalysées par FADS3 sont également renforcées par le cytochromeb₅.

La première réaction dans la biosynthèse des sphingolipides est la condensation de la sérine avec l'acyl-CoA pour produire la 3-cétodihydrosphingosine. Les sérine palmitoyltransférases (SPT), qui catalysent cette réaction, sont composées de grandes sous-unités (SPTLC1, SPTLC2 et SPTLC3) et de petites sous-unités (SPTSSA et SPTSSB) [22]. Il existe quatre complexes SPT avec différentes combinaisons de ces sous-unités : SPTLC1/SPTLC2/SPTSSA, SPTLC1/SPTLC2/SPTSSB, SPTLC1/SPTLC3/SPTSSA et SPTLC1/SPTLC3/SPTSSB. Chacun d'entre eux présente une spécificité de substrat caractéristique en termes de longueurs de chaîne acyl-CoA [[23], [24], [25], [26]]. Certaines mutations dansSPTLC1ouSPTLC2provoquent une neuropathie sensorielle héréditaire de type 1 (HSAN1) [22]. Ces mutations modifient la spécificité de substrat de SPT de sorte qu'elle utilise l'alanine ou la glycine comme substrat, ce qui provoque la production de sphingolipides 1-désoxy neurotoxiques [22,27,28]. FADS3 est impliqué dans la production de 1-désoxy-14Z-SPH, un métabolite des 1-désoxy-sphingolipides [14,29].

Les quantités de sphingolipides nécessaires dans un tissu sont maintenues par un équilibre entre synthèse et dégradation. Les CER sont synthétisés dans le réticulum endoplasmique, convertis en sphingolipides complexes (SM et glycosphingolipides) dans l'appareil de Golgi et transportés vers la membrane plasmique [1,30,31]. En revanche, la dégradation des sphingolipides se produit principalement dans les lysosomes, où les sphingolipides sont dégradés en LCB [31]. Ces LCB sont ensuite soit recyclés pour la synthèse des sphingolipides, soit convertis en AG (via les LCB 1-phosphates et les aldéhydes gras) qui sont incorporés principalement dans les glycérophospholipides [1,32]. Les flux métaboliques diffèrent selon les LCB : alors que le SPH et le DHS sont soit métabolisés en SM et en glycosphingolipides, soit dégradés en AG saturés avec deux chaînes carbonées plus courtes [32,33], l'efficacité du métabolisme du PHS en SM est faible, de sorte que la plupart des PHS sont métabolisé en glycosphingolipides [34,35]. Dans la voie de dégradation, le PHS subit une α-oxydation et est converti en un FA avec trois chaînes carbonées plus courtes [34,35]. Cependant, les détails du métabolisme du SPD sont inconnus.

Comme décrit ci-dessus, la spécificité de substrat et le cytochromeb₅dépendance de FADS3 ne sont pas claires. De plus, le flux métabolique du SPD vers les sphingolipides complexes et la voie de dégradation du SPD restent indéterminés. Dans la présente étude, nous résolvons ces questions et fournissons des indices sur le mécanisme moléculaire de l'homéostasie des sphingolipides.