Interfacial biochemistry and cell biology of perilipins and FAM114A Proteins

Au cours de l'évolution, les organismes vivants ont élaboré et conservé un mécanisme unique de survie en condition de stress nutritionnel. Le surplus des nutriments après un repas est stocké sous forme de graisses constituant une dense réserve énergétique, dans une organelle à l'architecture particulière appelée gouttelette lipidique (GL). Les GLs sont constituées d'un cœur hydrophobe principalement des triglycérides et des esters cholestérol, entourés par une monocouche de phospholipides. De nombreuses protéines sont localisées à la surface de cette monocouche, dont beaucoup sont impliquées dans la biogenèse ou le catabolisme des GLs.Le stockage des lipides neutres se fait préférentiellement place dans les tissus adipeux, en particulier dans les adipocytes blancs. Dans ce type cellulaire, les GLs peuvent dépasser 100µm de diamètre et occuper jusqu'à 95 % du volume cellulaire. Une altération du métabolisme lipidique ainsi qu'un dysfonctionnement des adipocytes sont associés à des pathologies telles que l'obésité, la résistance à l'insuline et le diabète, avec un risque accru de développer des maladies cardiovasculaires.Durant ma thèse, je me suis attelé à déchiffrer les déterminants moléculaires permettant aux protéines de se localiser à la surface des GLs, ainsi qu'à l'identification de nouvelles protéines auparavant jamais décrites sur les GLs, et pour finir explorer leur rôle potentiel dans le métabolisme cellulaire.Durant la première moitié de ma thèse, en combinant des approches biochimiques et de biologie cellulaire, nous avons étudié les mécanismes de liaison des périlipines (PLIN1, PLIN2, PLIN3 et PLIN4) aux GLs. Cette famille de protéines est majoritairement retrouvée à la surface des GLs et régule à la fois la biogenèse ainsi que le catabolisme des GLs en coordonnant l'action des lipases. Nous avons développé un système minimal basé sur des GLs artificielles et des protéines purifiées, ce qui a révélé une différence notable d'affinité entre les périlipines sur les GLs. De plus, nos travaux ont montré que la liaison des périlipines comme PLIN3, se faisait au détriment des phospholipides présents dans la monocouche, révélant une anticorrélation entre la densité de phospholipides et la liaison de PLIN3. Ces expériences de reconstitution couplées à des observations en microscopie confocale suggèrent que les périlipines les plus solubles (PLIN3/4) sont particulièrement bien adaptée à couvrir et stabiliser des GLs en formation rapide pour lesquels la synthèse de phospholipides n'est pas suffisante pour réduire la tension de surface.Dans un second temps, je me suis consacré à l'étude de la famille FAM114A, que j'ai pu identifier en utilisant des GLs artificielles. Ces protéines n'avaient jusque-là jamais été décrites sur les GLs. J'ai pu valider la localisation de ces protéines à la surface des GLs dans différents types cellulaires, à la fois de manière endogène par immunofluorescence et après transfection de constructions GFP-FAM114A1 et GFP-FAM114A2. Cela a permis d'identifier les régions responsables de leur interaction avec les GLs. La localisation de FAM114A1 semble suivre un modèle opposé à celui des périlipines, avec une préférence possible pour les GLs riches en phospholipides. FAM114A1 de manière endogène présent une localisation majoritairement périnucléaire mais également nucléaire, suggérant un rôle potentiel dans la régulation de l'expression génique.Enfin, nos résultats indiquent que ces protéines pourraient jouer un rôle important dans le métabolisme lipidique des adipocytes. En effet, le knock-down de FAM114A1 entraîne une diminution du niveau protéique de PLIN1 et une augmentation de la taille des GLs, tandis que FAM114A2 semble participer à la régulation de la lipogenèse de novo. Les mécanismes d'action de cette famille de protéines demeurent encore mal compris et nécessiteront des études approfondies à l'avenir.