Mécanismes du transport lipidique par les protéines ORP/Osh

Mechanisms of lipid transport by the ORP/Osh proteins

• Auteur / Autrice : Joachim Moser von Filseck
• Direction : Guillaume Drin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 16/12/2014
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire / IPMC
• Jury : Président / Présidente : Laurent Counillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Drin, Laurent Counillon, Catherine L. Jackson, Guillaume Lenoir, Felix Wieland, Bruno Antonny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine L. Jackson, Guillaume Lenoir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stérols

Lipides -- Métabolisme

Mots clés libres

Protéines de transfert lipidique

Protéines Osh

OSBP

Stérol

Phosphatidylinositol-4-phosphate

Phosphatidylsérine

Lipid transfer protein

Osh proteins

OSBP

OSBP-related proteins

Sterol

Phosphatidylinositol 4-phosphate

Phosphatidylserine

Résumé

Une distribution lipidique hétérogène est essentielle à l’identité et fonction des organelles, mais l’échange par trafic vésiculaire tend à annuler cette distribution. Il existe donc des mécanismes qui assurent l’homéostasie des lipides. Les protéines Osh (S. cerevisiae) et les OSBP-Related Proteins (ORP, H. sapiens), sont des transporteurs de lipides. Osh4 est capable d’échanger de l’ergostérol contre le phosphatidylinositol-4-phosphate (PI4P), présent sur l’appareil de Golgi. Utilisant des outils fluorescents mesurant avec une précision inégalée le transport de stérol et de PI4P, nous démontrons qu’Osh4 transporte du stérol contre son gradient de concentration en utilisant l’énergie d’un gradient de PI4P. Un couplage au métabolisme du PI4P permettrait à Osh4 d’alimenter le Golgi avec du stérol, ainsi créant le gradient de stérol entre ces organelles. La protéine OSBP participe, via sa capacité à connecter la membrane du RE à celle du trans-Golgi, à la création de jonctions entre ces organelles. Nous avons montré qu’OSBP, par échange stérol/PI4P, utilise le PI4P pour transférer du cholestérol au Golgi, mais également pour autoréguler sa capacité à former les jonctions. Osh6 lie la phosphatidylsérine, nous permettant d’étudier un nouveau mécanisme d’échange. Nous avons résolu la structure cristallographique d’un complexe Osh6/PI4P et avons pu observer l’échange de ces deux ligands par Osh6 entre deux membranes. Cette étude nous permet de suggérer que l’échange de PI4P avec divers lipides, via les protéines Osh/ORP, serait un mécanisme général permettant aux cellules de maintenir le gradient lipidique entre le RE et les membranes tardives de la voie sécrétoire.

An uneven lipid distribution is essential for the function of eukaryotic organelles. However, exchange of material by vesicular trafficking has a tendency to perturb this distribution; mechanisms must though exist to ensure lipid homeostasis. Osh proteins (S. cerevisiae) and OSBP-Related Proteins (ORPs, H. sapiens), are lipid transfer proteins (LTPs). Osh4 is capable of exchanging ergosterol for phosphatidylinositol 4-phosphate (PI4P), found on the Golgi. Using novel fluorescent tools to measure with unprecedented precision the transport of sterol and PI4P, we find that Osh4 can transport sterol against its concentration gradient using the energy of a PI4P gradient. Coupled to phosphoinositide metabolism, this allows Osh4 to transport sterol to the trans-Golgi and create the sterol gradients observed between these organelles. OSBP participates in the creation of membrane contact sites (MCSs) via its capacity to connect ER membranes to those of the trans-Golgi. We have shown that it uses PI4P for transporting cholesterol from the ER to the trans-Golgi by sterol/PI4P counterexchange, hence also autoregulating its tethering activity. Finally, the identification of phosphatidylserine as a ligand for Osh6 allowed us to analyze the possible extrapolation of the PI4P counterexchange mechanism. We have solved the crystal structure of Osh6 in complex with PI4P and have been able to follow counterexchange of PI(4)P and PS in vitro. Concluding, our studies allow us to suggest a general mechanism for ORP/Osh-mediated counterexchange of PI4P for other lipids to maintain lipid gradients between the ER and late membranes of the secretory pathway.