L’équilibre énergétique et lipidique cellulaire : un vrai roman …

Ce billet un peu technique relate la mise en évidence d’un mécanisme de régulation du métabolisme des acides gras et par conséquent du métabolisme énergétique dans les cellules jusque là ignoré car il va un peu à l’encontre des idées reçues sur les mécanismes biologiques de régulation. Et cette découverte réalisée à l’Université de Bonn en Allemagne sous la direction du Docteur Reinhard Bauer ouvre de nouvelles perspectives de recherche sur l’épidémie d’obésité et de diabète de type 2 qui ravage les populations occidentales depuis plusieurs décennies et même la Chine depuis quelques années.

Pour bien comprendre l’importance de cette découverte il faut faire malheureusement quelques rappels de pure biologie qui sembleront peut-être ardus pour nombre de mes lecteurs. Les membranes cellulaires et sub-cellulaires sont constituées de lipides phosphatés appelés phospholipides, de cholestérol et d’une autre classe de lipides comprenant un résidu appelé sphingosine, un alcool gras comprenant 18 atomes de carbone. Il s’agit d’un composant essentiel pour la solidité des membranes biologiques, cireux à l’état pur, qui est ensuite lié à un autre acide gras, d’où le nom de céramide donné à ce constituant. Par exemple les membranes isolantes des neurones et des nerfs sont riches en ce dérivé qui est un constituant majeur de la myéline. Ce composé se trouve au coeur de la régulation du vieillissement des cellules et il intervient lors de désordres métaboliques dans l’apparition de l’obésité ou encore du diabète non dépendant de l’insuline. L’étude de la biosynthèse des céramides était donc d’une importance particulière pour tenter d’expliquer le mécanisme d’apparition de l’obésité. Les curieux peuvent se reporter à l’article de wikipedia à ce sujet (voir le lien).

L’équipe du Docteur Bauer a utilisé des mouches du vinaigre pour étudier l’enzyme clé du métabolisme des céramides pour la simple raison qu’il existe chez cette mouche, la drosophile, une seule forme de cet enzyme appelé céramide synthase (CerS Schlank) alors que chez l’homme il y en a 8 formes différentes, ce qui complique singulièrement les travaux de recherche. Cet enzyme très important pour le maintien de l’équilibre métabolique et surtout énergétique des cellules, on dit homéostase, a été remarquablement conservé au cours de l’évolution. Pour en terminer avec ces quelques informations très techniques il existe chez de nombreuses protéines ce que les spécialistes en la matière appellent un homéodomaine, une partie de la structure protéique qui a la faculté de se fixer à des portions bien précises de l’ADN et cette propriété est essentiellement rencontrée dans les protéines dites facteurs de transcription qui ont pour rôle d’initier la transcription de l’ADN en ARN messager pour la synthèse subséquente d’une protéine donnée, le plus souvent un enzyme. Le cas de la céramide synthase est tout à fait particulier car cet enzyme possède dans sa structure un homéodomaine qui régule la transcription de son propre gène, une situation très rare en biologie puisque seuls deux autres enzymes, parmi une vingtaine de milliers, régulent leur propre expression de cette manière !

Mais la question que le biologiste est en droit de se poser est la suivante : il doit bien exister un autre signal pour que cette régulation puisse être optimale pour maintenir une homéostase cellulaire satisfaisante, ce qui n’est plus le cas dans les désordres métaboliques conduisant à l’obésité, au diabète de type 2 ou encore au vieillissement cellulaire et à la dégénérescence des neurones. Tout se passe au niveau de la membrane du noyau qui justement contient aussi cet enzyme, une protéine plus soluble dans les lipides que dans un milieu aqueux.

Dans la réalité c’est la disponibilité en acides gras qui va induire le rôle de facteur de transcription de la céramide synthase liée à la membre nucléaire. Et cette protéine régule également l’expression de deux autres gènes codant pour deux enzymes également cruciaux dans le maintien de l’homéostase lipidique, des lipases, qui ont pour rôle de catalyser comme leur nom l’indique l’hydrolyse des triglycérides afin de satisfaire les besoins énergétiques de la cellule. Pour prendre une image les acides gras sont un peu le pétrole de la cellule : des réserves énergétiques sur le long terme alors que les sucres, notamment le glucose, sont « brûlés » un peu comme un feu de paille. On comprend dès lors le rôle très important de la céramide synthase dans le maintien de l’intégrité cellulaire et la prévention des désordres métaboliques. Le foie et le pancréas sont en effet les principaux producteurs de lipases et toute atteinte à cette régulation est alors catastrophique comme par exemple l’ingestion d’acides gras dits « trans » qui apparaissent lors de l’hydrogénation partielle des graisses végétales. C’est une pratique industrielle qui devrait être formellement interdite car il est tout à fait plausible que ces acides gras « trans » induisent un désordre dans cette régulation d’une remarquable finesse. Il s’agit d’une suggestion que je me suis permis de soumettre au Docteur Bauer.

Note explicative de l’illustration : Schlank = céramide synthase de la drosophile, WT = type sauvage, NLS2 = protéine de la céramide synthase mutée sur l’homéodomaine, le noyau et le réticulum endoplasmique où a lieu la synthèse des protéines sont représentés en traits fins. L’ADN nucléaire est symbolisé par la barre en grisé. Feeding status = alimentation, starvation = jeûne, lip3 = gène de lipase.

Source et illustration (résumé graphique) : https://doi.org/10.1016/j.celrep.2017.12.090 en accès libre

https://en.wikipedia.org/wiki/Ceramide